Unidade 9 - Corrosão e Tipos de Falhas em Serviço

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Princípios da Ciência e Tecnologia 
dos Materiais
CCE 0291 (2 créditos)
Fábio Oliveira
2015/2
Unidade 9 
Corrosão 
e 
Tipos de Falhas em Serviço
Corrosão 
Introdução
Em maior ou menor grau, a maioria dos
materiais apresenta algum tipo de interação
com grande número de ambientes diferentes.
Tais interações comprometem a utilidade de um
material como resultado da deterioração.
Corrosão em Metais
A corrosão é definida como o ataque destrutivo e não
intencional de um metal; esse ataque é eletroquímico
e começa normalmente na superfície. A corrosão
metálica é um problema significativo pois estima-se
que 5 % das receitas de uma nação industrializada são
gastos na prevenção/manutenção de equipamentos
por conta de reações de corrosão.
Corrosão em Metais
O processo eletroquímico consiste em uma reação
química na qual há uma transferência de elétrons de
uma espécie química para outra, como por exemplo, na
oxidação do ferro:
Oxidação do ferro Fe (s)  Fe
+ 2
(aq) + 2e ânodo
Redução do oxigênio O2 (g) + 2 H2O (l) + 4e  4 OH
-
(aq) cátodo
Reação global 2 Fe(s) + O2 (g) + 2 H2O (l)  2 Fe(OH)2 (aq)
4 Fe(OH)2 (aq) + O2 (g) + 2 H2O (l)  4 Fe(OH)3 (aq)
ferrugem
Corrosão em Metais
Corrosão em Metais
Corrosão em Metais
Passividade
Alguns metais e ligas normalmente ativos perdem
sua reatividade química e se tornam extremamente
inertes, sob condições específicas. Esse fenômeno
denominado passividade ocorre por conta da
formação de uma camada de óxido de cromo, que
serve de barreira física para a ocorrência de reações
de oxi-redução.
Formas de Corrosão
Ataque uniforme
A forma mais comum de corrosão, o ataque
uniforme trata-se de um ataque eletroquímico que
ocorre ao longo de toda a superfície exposta.
Como exemplo, temos a
corrosão de peças fabricadas
em aço carbono.
Formas de Corrosão
Corrosão galvânica
Ocorre quando dois metais ou ligas de composições
diferentes são acoplados eletricamente enquanto são
expostos a um eletrólito. O metal menos nobre sofrerá
corrosão. Por exemplo, temos
a corrosão de parafusos de aço
carbono acoplados em peças
de latão, na água do mar.
Formas de Corrosão
Corrosão por frestas
A corrosão eletroquímica também pode ocorrer por
conta da diferença de concentração dos íons ou gases
dissolvidos na solução eletrolítica e entre duas regiões
da mesma peça metálica.
Como exemplo, este tipo de
corrosão em locais cobertos
por arruelas.
Formas de Corrosão
Corrosão por pites
A corrosão por pites é outra forma muito localizada
de ataque corrosivo, na qual se formam pequenos pites
ou buracos. Ocorre a penetração vertical da corrosão a
partir da superfície. Tipo traiçoeiro de corrosão pois,
muitas vezes, não é detectado.
Como exemplo, uma peça de
aço carbono com pites.
Formas de Corrosão
Corrosão intergranular
Ocorre preferencialmente, ao longo dos contornos de
grão. O resultado final deste processo é uma amostra
que se desintegra ao longo dos seus contornos de
grão, acarretando numa possível fratura catastrófica
do metal.
Formas de Corrosão
Corrosão sob tensão
Resulta da ação combinada de uma tensão de tração
e de um ambiente corrosivo. Alguns materiais inertes à
corrosão tornam-se suscetíveis a esta forma de
corrosão quando uma tensão é aplicada. Com isso, a
propagação da trinca ocorre
perpendicularmente à tensão.
Corrosão em Cerâmicas
Os materiais cerâmicos são extremamente imunes
aos processos corrosivos, especialmente à temperatura
ambiente. Por isso estes materiais são utilizados com
frequência em virtude de sua resistência à corrosão.
Por essa razão o vidro é empregado por muitas vezes
para armazenamento de
líquidos corrosivos como
ácidos e bases.
Degradação em Polímeros
Os materiais poliméricos também apresentam
deterioração como consequência de interações com o
ambiente. Nos polímeros as degradações são de
origem físico-químicas, causando deteriorações,
geralmente por inchamento e/ou por dissolução.
Como exemplo de degradação de polímeros temos o
polietileno que, quando exposto à uma atmosfera rica
em oxigênio, torna-se frágil.
Falhas em Serviço
Introdução
Você já teve o incômodo considerável para rasgar e
abrir uma pequena embalagem plástica de
amendoins ou balas? Provavelmente já deve ter
notado que quando um pequeno corte é feito na
aresta, o esforço feito para a abertura da embalagem
é bem menor?
Introdução
Esse fenômeno está associado a uma das
características básicas da mecânica da fratura: uma
tensão de tração que esteja sendo aplicada é
amplificada na extremidade de um pequeno rasgo ou
entalhe.
Introdução
Sob o ponto de vista microscópico, a falha de uma
estrutura se dá de acordo com a seguinte sequência:
- acúmulo de tensões;
- iniciação de uma ou mais trincas;
- propagação da trinca;
- fratura do material.
Introdução
A fratura consiste na separação de um corpo em dois
ou mais partes em resposta à imposição de uma tensão
estática. Uma fratura também pode ocorrer devido à
fadiga (quando são impostas tensões cíclicas) e à
fluência (deformação que varia com o tempo e ocorre
em temperaturas elevadas).
Tipos de Fratura
Para os metais, são possíveis dois modos de fratura:
- Fratura dúctil e;
- Fratura frágil.
A classificação é baseada na habilidade de um
material apresentar deformação plástica.
Fratura Dúctil
As superfícies da fratura dúctil terão suas
características próprias, tanto ao nível macro quanto
ao nível microscópico.
Fratura Frágil
A fratura frágil ocorre sem qualquer deformação
apreciável e através da rápida propagação de uma
trinca, perpendicular à direção da tensão aplicada.
Fadiga
A fadiga é uma falha que ocorre em estruturas
submetidas a tensões dinâmicas e variáveis (por ex.:
pontes, aeronaves, etc.). Tais circunstâncias podem
levar à ocorrência de uma falha sob um nível de
tensão muito inferior ao limite de resistência à
tração para uma carga estática.
Fadiga
A fadiga é importante uma vez que é a maior causa
individual de falhas nos metais, sendo estimado que
compreenda aproximadamente 90 % de todas as
falhas de metais. Os polímeros e as cerâmicas
também são suscetíveis à fadiga. Além disso tal falha
é catastrófica e traiçoeira.
Fadiga
Variação das tensões que causam falhas em fadiga
Alternadas Repetidas
Aleatórias
Fadiga
Curvas S-N
Material com limite de resistência à fadiga Material sem limite de resistência à fadiga
Fluência
Com frequência, os materiais são colocados em
serviço sob condições de temperaturas elevadas e
são expostos à tensões mecânicas estáticas. A
deformação sob tais circunstâncias é denominada de
fluência. Trata-se de uma deformação
permanente e dependente do tempo.
Fluência
A fluência é um fenômeno indesejável e, com
frequência, o fator limitante da vida útil de uma
peça. Ela é observada em todos os materiais.
Entretanto, para os metais ela se torna importante
apenas em temperaturas maiores que
aproximadamente 0,4 Tf.
Fluência
Curva típica de fluência
ftp://ftp.cefetes.br/Cursos/.../Mecanica/T%E9cnico/%C1rea%20de%20Materiais_2012-
2/Ensaios%20de%20Materiais/Apostilas_ensaios%20destrutivos_ED/Ensaio%20de%20Fluencia.pdf
Exercícios
1. Do ponto de vista microscópico, como se dá o processo de
falha?
2. Defina as falhas por fadiga.
3. Cite três tipos de corrosão explicando cada uma delas.
4. Quais são os dois tipos de fratura?
5. Como ocorre uma falha sob fluência?
6. Como se pode proteger os aços inoxidáveis do processo
de corrosãointergranular?