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Ana Carolina Soares da Silva Ana Carolina Soares da Silva André Hernandes André Hernandes Brenda Oliveira Brenda Oliveira Caroline
Caroline FF. de Assis . de Assis CostaCosta Daiany Priscila Daiany Priscila Mariana Pereira Sanglard Mariana Pereira Sanglard
Junho/ 2011 Junho/ 2011
Corrosão associada a solicitações mecânicas
Corrosão associada a solicitações mecânicas
oo Quando houver uma associação de meio corrosivo e solicitaçõesQuando houver uma associação de meio corrosivo e solicitações
mecânicas, o material pode sofrer um processo corrosivo ac
mecânicas, o material pode sofrer um processo corrosivo acelerado.elerado.
o
o O processo corrosivo pode ser sem perda acentuada de massa.O processo corrosivo pode ser sem perda acentuada de massa.
Os diferentes tipos de interação entre solicitação mecânica e o Os diferentes tipos de interação entre solicitação mecânica e o ambiente são:
ambiente são:
o
o Corrosão sob fadiga;Corrosão sob fadiga; o
o Corrosão com erosão, cavitação e impingimento;Corrosão com erosão, cavitação e impingimento; o
o Corrosão sob atrito;Corrosão sob atrito; o
o Fragilização por metal líquido;Fragilização por metal líquido; o
o Fragilização pelo hidrogênio;Fragilização pelo hidrogênio; o
o Fendimento por álcali;Fendimento por álcali; o
Figura 1. Eixo de manivela com fratura por fadiga
Corrosão Sob Fadiga
oQuando um metal é submetido a solicitações mecânicas alternadas ou
cíclicas;
o Formação de trinca em ponto de concentração de tensões, o qual
penetra o metal, na direção perpendicular à tensão;
o A resistência à fadiga de um metal é determinada pelo seu limite de
fadiga, que é a tensão específica máxima de tração que pode ser aplicada alternada e indefinidamente sem causar ruptura;
Figura 2. Corrosão por fadiga em avião.
Corrosão Sob Fadiga
o Sujeito a esforços cíclicos em um meio capaz de atacar quimicamente
ou eletroquimicamente o material exposto, tendo eles camada protetora;
o Característico do aparecimento de profundas escavações no material
oriundas da corrosão e ela é influenciada pela freqüência das vibrações mecânicas.
Corrosão Sob Fadiga
Ocorrência
o Tubulação de equipamento de perfuração de poços;
o Tubulações transportando vapores ou líquidos, de temperaturas
variáveis;
o Trocadores ou permutadores;
Corrosão Sob Fadiga
Mecanismo
o Concentração de tensões nos locais de entalhes ou pites formados pelo
meio corrosivo;
o Fendas na superfície do metal;
o A superfície limpa do metal, no ápice de tais fissuras produzidas durante
os ciclos de tensões, se torna a área anódica da pilha galvânica;
o Ruptura das películas;
o A aeração diferencial, regiões mais solicitadas do fundo das fendas se
Corrosão Sob Fadiga
Proteção
• Proteção catódica; • Uso de inibidores;
• Revestimentos metálicos anódicos ou de sacrifício; • Películas não-metálicas pigmentadas com pó de zinco;
• Jateamento na superfície do metal ou meios capazes de introduzir esforços de compressão na superfície metálica;
Erosão- corrosão
o Deterioração de materiais;
o Destruição das camadas da superfície; o Processo mecânico ;
o Influência da velocidade;
Proteção:
o Uso de revestimento;
o Emprego de materiais resistentes; o Proteção catódica.
Figura 3. Erosão em tubo de aço-carbono causada por ação de ácido sulfúrico concentrado.
Cavitação
o Bolhas de vapor; o Descompressão ;
o Origina pelo comportamento do líquido e não do metal;
o Áreas de baixas pressões ocorrem devido a irregularidades, aspecto de
superfície martelada.
Mecanismo depende de fatores:
o Tipo de material; o Temperatura;
o Extensão do crescimento das bolhas; o Impurezas;
Cavitação
Proteção
o Diminuição da área de queda de pressão; o Materiais de alta resistência, etc.
Cavitação
Figura 5. Esquema do ataque por cavitação: (A) líquido em repouso em temperatura e pressão ambientes; (B) expansão e formação de bolhas de vapor em temperatura ambiente e pressão reduzida; (C) compressão e colapso, ou implosão da bolhas de vapor, em temperatura ambiente e aumento de pressão; (D) destruição da película de óxido, ou revestimento, pelo impacto da onda de choque transmitida pela implosão da bolha de vapor; (E) reconstituição da película de óxido e redução da espessura do material metálico.
Impingimento
o É a corrosão por turbulência (diferença de diâmetro); o Bolhas de ar;
o Fluido pode conter gases;
o Pode ocorrer quando líquidos, gases ou vapores se chocam contra a
superfície;
o Produção de pites.
Proteção
o Reduzir a velocidade do fluido; o Diminuir a quantidade de ar ou
partículas sólidas;
o Modificação da geometria dos equipamentos evitando curvas.
Fatores que levam a ocorrência deste tipo de corrosão;
o Materiais estão em contato e são submetidos a pequenos deslizamentos; o Material deve estar sujeito a carga;
o Ocorre em locais de uniões, como ajustes prensados e locais onde
materiais estão em movimento relativo. Mecanismo
o As partículas metálicas são arrancadas da superfície metálica e a seguir,
oxidadas;
o A superfície metálica é oxidada, talvez devido ao calor originado pelo
atrito, e a seguir partículas do óxido são removidas.
Proteção
o Combinação de metal mole com metal duro;
o Construção de superfícies em contato de maneira a evitar quase por
completo o deslizamento;
o Uso de lubrificantes;
o Uso de juntas de elastômeros ou materiais de baixo o coeficiente de atrito.
Corrosão Sob Atrito
Fragilização por Metal Líquido
o Não envolve modificação química;
o É necessário a existência de uma tensão aplicada e contato direto entre
o sólido e o metal;
o O líquido flui para o interior de uma trinca;
o Sistemas sujeitos a fragilização, geralmente possui baixa solubilidade
Fragilização pelo Hidrogênio
o O hidrogênio interage com metais, levando a fraturas frágeis e
altamente densas;
o Relacionada à utilização intensiva de estruturas soldadas e de aços de
alta resistência mecânica;
o A quantidade de hidrogênio que penetra é determinada pela extensão
da superfície exposta e pela presença de substâncias que diminuem a produção de hidrogênio gasoso (sulfeto, cianeto, arsênico);
o A solubilidade do hidrogênio pode ocorrer pela incorporação ou
formação de hidretos, como os de titânio, zircônio, vanádio e o paládio e a incorporação de elementos como cobre, ferro e prata;
Fragilização pelo Hidrogênio
o Processos de absorção do hidrogênio: Solubilidade no metal no estado
líquido e decapagem por meios químicos ou eletroquímicos;
Figura 8. Corrosão pela Fragilização pelo
hidrogênio em metais. hidrogênio, ocasionado por gás sulfídrico, HFigura 9. Trecho de tubulação com empolamento pelo
Fragilização pelo Hidrogênio
Mecanismo
o A fragilização pode ser reversível ou irreversível;
o A fragilização irreversível está relacionada à danificação da estrutura
metálica, comprometendo sua resistência mecânica;
o Ocorre, principalmente, em materiais que possuem uma fase
não-metálica; Exemplos:
Cobre com inclusões de óxido: Cu20 + 2H -> Cu + H20
Fragilização pelo Hidrogênio
Proteção
o Deve-se evitar a absorção de hidrogênio pelo metal;
o Onde não há fragilização irreversível, pode-se provocar a
desidrogenação, levando-se a peça ao recozimento a 190 – 200 ºC por 4-8 horas.
Fendimento por Álcali
o Ocorre principalmente em caldeiras;
o É adicionado na água da caldeira substâncias alcalinas, pois estas
tornam o ferro passivo;
o São essas substâncias que ocasionam um caso grave de corrosão;
o Com o tempo, observa-se entre os rebites o aparecimento de fendas,
que enfraquecem a caldeira e podem levá-la a uma explosão Mecanismo
A equação que representa o fendimento por álcali ou fragilidade cáustica é:
Fendimento por Álcali
Proteção
o Substituir rebites por soldas;
o Adicionar aditivos na água de preferência substâncias tamponantes; o Revestir as partes sujeitas ao ataque com níquel ou ligas de níquel; o Utilizar o aparelho detector de fendimento.
Corrosão Sob Tensão
o Deterioração de materiais ocasionada pela ação combinada de tensões
mecânicas (residuais ou aplicadas) e o meio corrosivo;
o Perda não acentuada de massa do material;
Fatores determinantes para este tipo de corrosão:
o Tensão;
o Concentração ou natureza do meio corrosivo; o Temperatura;
o Estrutura e composição do material.
Mecanismo
o Nucleação da trinca;
o Propagação da trinca → Fratura Intergranular e intragranular
Corrosão Sob Tensão
Sistema : Material metálico - meio corrosivo
o Aços- carbono;
o Aços de alta resistência mecânica;
o Ligas de cobre em presença de amônia, níquel, Alumínio, magnésio e
titânio;
o Aços Inoxidáveis → Condições influentes na ação corrosiva com cloreto:
Temperatura; pH;
Velocidades baixas e áreas de estagnação; Frestas;
Soldas ;
Solicitações mecânicas; Tempo de contato;
Área de concentração de tensões.
Figura 10. Corrosão de armadura por cloretos em estrutura de
Corrosão Sob Tensão
Proteção o Passivação do material; o Adição de inibidores químicos; o Proteção catódica; o Substituição do materialempregado por um menos corrosivo.
Figura 12. Corrosão sob tensão e corrosão intergranular de um tubo
pré-aquecedor em aço inox 316Ti.
Figura 14. Corrosão em estruturas sustentadoras de concreto.
Figura 11. Fratura em materiais metálicos. Figura 13. Aspecto dafratura provocada por corrosão sob tensão
Figura 15. Corrosão intergranular em aços inoxidáveis.
Métodos de ensaio para determinação da influência de
fatores mecânicos na corrosão
o Os ensaios de laboratório existentes não são satisfatórios; o Condições diferentes entre o real e a simulação;
o A simulação conforme o real dura por longo tempo;
o De modo geral, os ensaios submetem o material à solicitação mecânica e
à ação de um agente fraturante;
Tensões em relação ao corpo-de-prova:
o Ensaios a carga constante: Tensionado por meio de carga fixa.
o Ensaios a deformação constante: Submetido a uma deformação inicial.
Geometria do corpo-de-prova:
o Cilindros tensionados axialmente; o Barras ou chapas tensionadas;
