FRATURA.09

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Fratura dos Materiais
Prof. João Mattos
Aula 9
Fratura por Corrosão (Parte II)
O fenômeno da corrosão provoca depleção/degradação de material e a modificação morfológica dos mesmos, criando geometrias superficiais ou internas que simulam a presença de defeitos concentradores de tensão, nos aproximando mais uma vez da mecânica da fratura. 
Nesta aula estudaremos como a mecânica da fratura aborda o fenômeno da corrosão, assim como a relação deste com a fluência e a fadiga.
Fratura por Corrosão (Parte II)
Ensaios e suas Limitações
A susceptibilidade do material à fratura assistida pelo ambiente é verificada por ensaios com corpos lisos, submetidos a ambientes degradadores, que simulam o ambiente no qual o material será utilizado. O ensaio registra o tempo em função da carga utilizada, determinando o tempo em que a fratura se manifestará no material naquelas condições. Por exemplo, se o material será utilizado no mar, o ensaio deverá ser realizado em solução semelhante a água que compõe este meio.  
Fratura por Corrosão (Parte II)
Ensaios e suas Limitações
As técnicas utilizadas nos ensaios não permitem discriminar o tempo de nucleação e propagação de trincas, registrando apenas o tempo entre o início do ensaio e a fratura do material. Dois corpos de prova fabricados com o mesmo material submetidos às mesmas condições podem apresentam tempos complemente diferentes distribuídos entre os fenômenos de nucleação e propagação de trincas. Um dos corpos de prova, por exemplo, pode apresentar grande resistência a nucleação, porém baixíssima resistência a propagação; no outro, poderemos ter uma inversão deste comportamento, ou seja, baixa resistência a nucleação e alta resistência a propagação de trinca.
Fratura por Corrosão (Parte II)
Ensaios e suas Limitações
Existem casos em que o material na forma de corpo de prova liso (sem entalhes ou defeitos superficiais) apresenta grande resistência à fratura sob as condições de ensaio, porém baixíssima resistência se há a presença de entalhes ou mesmo o surgimento de formas semelhantes a estes, como os pites de corrosão.
Fratura por Corrosão (Parte II)
Exercício
A micrografia a seguir mostra microtrincas de um material fabricado com aço inoxidável austenítico submetido a ambiente marinho e a grandes cargas. Neste contexto, descreva possíveis maneiras de se evitar a corrosão e a consequente fratura.
Fratura por Corrosão (Parte II)
Solução
o corpo de prova em questão está submetido a corrosão sob tensão, ou seja, o tipo de corrosão observada em estruturas sob a cargas em ambientes corrosivos. Uma das formas de minimizar este efeito é redimensionar a carga aplicada ao componente, diminuindo a intensidade do fenômeno.
Fratura por Corrosão (Parte II)
Utilização da MFLE no Estudo assistido pelo Ambiente
A mecânica da fratura linear elástica aplicada a fratura assistida pelo ambiente forneceu diversas ferramentas de análise para uso em projeto, porém, embora seja um método consagrado para determinação em laboratório do valor de KIC, descrito na norma ASTM E-399, sua variação para utilização em ambientes corrosivos não se encontra ainda normatizada, sendo utilizada uma adaptação
Fratura por Corrosão (Parte II)
Utilização da MFLE no Estudo assistido pelo Ambiente
Nesta variação, são utilizados os mesmos corpos de prova utilizados nos ensaios de KIC convencionais, pré-trincados ou não. O dispositivo possui uma célula de corrosão com solução que simula o efeito do ambiente em que a peça irá operar. 
Fratura por Corrosão (Parte I)
Os valores de K em função do tempo de fratura (no caso desta ocorrer) são registrados em gráficos. 
Fratura por Corrosão (Parte II)
Percebemos no gráfico que quanto maior o valor de K inicialmente aplicado menor será o tempo necessário para levar a peça à fratura. Constata-se também que existe um valor K abaixo do qual não ocorre crescimento subcrítico de trinca (KIEAC do material, onde EAC é - "Environment Assisted Cracking"). O valor de KIEAC de aços e ligas de titânio aparece bem definido no gráfico obtido por este ensaio, porém o mesmo não ocorre em ligas de alumínio, tornando imperativo um maior cuidado em projetos em que estas ligas forem utilizadas.
Fratura por Corrosão (Parte II)
Corrosão sob Fadiga
Este tipo de fadiga surge quando o material está exposto a tensões cíclicas e a ambientes corrosivos simultaneamente, o que diminui sobremaneira a vida útil do material. 
Fratura por Corrosão (Parte II)
Corrosão sob Tensão
A fratura por corrosão sob tensão é facilmente observada em estruturas submetidas a cargas em ambientes corrosivos. Até mesmo materiais relativamente inertes e com boa ductilidade quando submetidos a estas condições apresentam pequenas trincas, que se propagam e resultam em fraturas frágeis, o que geralmente não ocorria se o material não fosse submetido a tamanha severidade corrosiva. Casos típicos deste tipo de corrosão podem ser observados nos aços inoxidáveis em atmosfera de cloreto de sódio e nas ligas de cobre, como os latões, em ambiente amoniacal
Fratura por Corrosão (Parte II)
Corrosão sob Tensão
Este tipo de corrosão também afeta as borrachas como o estireno e o nitrilo butadieno entre outros.
Na presença de ozônio, o fenômeno se torna mais intenso, uma vez que este composto afeta as ligações duplas presentes nestes compostos, diminuindo a resistência mecânica dos mesmos.
Fratura por Corrosão (Parte II)
Fragilização ou Fratura por Hidrogênio
O hidrogênio molecular H2, diferentemente do hidrogênio atômico, H, não provoca o que normalmente denominamos de “fratura por fragilização por hidrogênio”. Este tipo de fratura ocorre quando o hidrogênio atômico encontra-se inserido na rede cristalina do material, o que pode ocorrer durante os processos de fundição do material, de decapagem por ácido sulfúrico e de eletrodeposição, somente para exemplificar alguns casos; pode ocorrer também quando o material é submetido a uma atmosfera rica em hidrogênio (vapor d'água, por exemplo) a altas temperaturas, como ocorre durante tratamentos térmicos ou processos de soldagem. 
Fratura por Corrosão (Parte II)
Fragilização ou Fratura por Hidrogênio
A susceptibilidade dos materiais a este fenômeno é variável. Para aços de altíssima resistência mecânica (1.600 MPa), o hidrogênio presente no ar atmosférico pode gerar significativa diminuição KIEAC
Fratura por Corrosão (Parte II)
Fragilização ou Fratura por Hidrogênio
Geralmente os aços de maior resistência são os mais suscetíveis a ação fragilizadora do hidrogênio, como os aços martensíticos, enquanto os aços ferríticos, bainíticos e globulizados são relativamente imunes. As ligas de estrutura atômica cúbica de corpo centrado (CFC) como os aços inoxidáveis austeníticos, as ligas de alumínio e as ligas de cobre possuem boa resistência a fragilização por hidrogênio. 
Fratura por Corrosão (Parte II)
Fragilização ou Fratura por Hidrogênio
Como forma de minimizar o problema causado pelo hidrogênio, pode-se considerar a execução de tratamento térmico que promova a difusão do hidrogênio através da rede cristalina e sua consequente saída do material. Porém, é necessário considerar se o mesmo tratamento não acrescentará propriedades mecânicas indesejáveis ao material.
João Marques de Moraes Mattos 
O docente é graduado pelo Instituto Militar de Engenharia – IME e concluiu o doutorado em Engenharia Metalúrgica e de Materiais pela Universidade Federal do Rio de Janeiro em 2003. Atualmente é professor da universidade Estácio de Sá e do Instituto Militar de Engenharia – IME. Atua na área de Engenharia de Materiais e Metalúrgica, com ênfase em cerâmicos avançados.
http://lattes.cnpq.br/6456132028816817
Fratura por Corrosão (Parte II)
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