Corrosão e Fadiga de Materiais

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Corrosão sob solicitações 
mecânicas
Profa. Renata
rnp@unifei.edu.br
IEM – UNIFEI
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Princípios físicos
• Eletroquímica: o metal está em contato com um 
eletrólito (solução condutora que envolve áreas anódicas e 
catódicas ao mesmo tempo), formando uma pilha de corrosão. 
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Princípios físicos
• Química: é o ataque de algum agente químico diretamente sobre 
o material. 
• Não precisa de água. Os casos mais comuns ocorre a reação com o 
oxigênio (oxidação seca)
• Temperaturas elevadas
• Reação genérica da oxidação seca: 
METAL + OXIGÊNIO → ÓXIDO DO METAL 
• Geralmente, o óxido do metal forma uma camada passivadora que 
constitui uma barreira para que a oxidação continue (barreira para a 
entrada de O2). 
• Essa camada passivadora é fina e aderente. 
• A oxidação só se processa por difusão do oxigênio
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Algumas formas de corrosão
•Corrosão uniforme
•Corrosão intergranular
O contorno de grão funciona como uma região anódica
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•Corrosão por placas
•Corrosão alveolar
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•Corrosão puntiforme (por pites) 
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Proteção catódica
•Metal de sacrifício 
Ânodos de sacrifício de alumínio (barras 
retangulares de cor clara) montados sobre uma 
estrutura de camisas de aço
Ânodo de sacrifício em zinco (objeto 
arredondado) aparafusado na parte inferior 
do casco de um pequeno barco.
https://pt.wikipedia.org/wiki/Prote%C3%A7%C3%A3o_cat%C3%B3dica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Prote%C3%A7%C3%A3o_cat%C3%B3dica
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Material
Ambiente
Tensão/ 
deformação
CST
Fadiga Corrosão
Corrosão-
fadiga
Composição
Tratamento térmico
Microestrutura
Acabamento superficial
Composição
Temperatura 
Potencial de eletrodo
Taxa de escoamento
Tensão de serviço
Tensão de ajuste
Tensão residual
Taxa de deformação
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Corrosão-fadiga
• Efeito de tensões cíclicas em ambiente corrosivo 
caracterizado por uma vida mais curta se comparado 
apenas a um ambiente corrosivo ou a apenas tensões 
cíclicas.
• Todos os metais e ligas são susceptíveis. 
Ar 
Meio corrosivo
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•Mecanismos:
•A trinca pode ser intergranular ou transgranular (mais 
comum), ambas com aparência frágil.
•Os metais sujeitos a este fenômeno são aqueles que têm 
uma camada protetora, como um óxido.
•Nucleação:
•Pites agem como concentradores de tensão.
• Trinca nucleia na superfície e por capilaridade a 
atmosfera corrosiva penetra no material.
•O mais comum é uma combinação dos dois.
•A propagação é perpendicular ao carregamento.
•A superfície da trinca se torna uma área anódica. 
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Corrosão-fadiga
(a) MEV da superfície de uma turbina a gás mostrando os pites (setas) que levaram a fraturas por fadiga. O material 
é um aço inoxidável 17-4PH endurecido por precipitação. (b) Fotomicrografia de uma seção ao longo de um pit 
polida atacada como os mostrados em (a). Observe o início de uma trinca de fadiga crescendo do fundo do pit. Os 
pites foram causados pela operação contínua na água do mar.
(a) 
(b) 
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• Identificação: área de propagação é mais propensa a estar 
severamente corroída, porque ficou exposta por mais tempo.
https://corrosion.ksc.nasa.gov/Corrosion/FormsOf
Gentil, 2008.
https://corrosion.ksc.nasa.gov/Corrosion/FormsOf
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• Identificação: área de propagação é mais propensa a estar 
severamente corroída, porque ficou exposta por mais tempo.
https://www.efficientplantmag.com/2012/07/failure-analysis-of-machine-shafts/
https://www.efficientplantmag.com/2012/07/failure-analysis-of-machine-shafts/
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• Fatores críticos:
•Material, ambiente corrosivo, tensões cíclicas e 
concentradores de tensão
•Ambientes que resultem em pits ou corrosão localizada 
são os preferenciais para levar a material à falha por 
corrosão-fadiga.
•Não há limite de resistência à fadiga
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Corrosão-fadiga: prevenção
•Proteção catódica.
•Revestimentos, galvanização.
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Corrosão-fadiga: prevenção
• Selecionar o material mais adequado para o ambiente.
•Controle químico da água de alimentação e condensado
•Reduzir a resultante de tensão trativa.
• Reduzir tensão aplicada e residuais, rever dimensões da peça.
• Introduzir tensões compressivas na superfície.
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• Inspeção:
• Equipamentos rotativos: 
•Ultrassom
•Partículas magnéticas fluorescentes
•Desaeradores:
•Partículas magnéticas fluorescentes úmidas 
•Caldeiras: 
•Ultrassom 
• Transdutor acústico eletromagnético
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Corrosão sob tensão (CST)
•A trinca surge pela ação conjunta de corrosão e tensões 
trativas (internas ou externas).
•O trincamento por CST é um tipo progressivo de fratura, 
similar a fadiga. 
•Geralmente há pouca ou nenhuma evidencia visual de 
corrosão.
•Para determinado metal ou liga apenas determinados 
ambientes contribuem para este tipo de falha.
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Sistema metálico – meio corrosivo
• Aços carbono – em presença de álcalis ou nitratos, produtos da destilação 
do carvão e amônio anidra.
• Aços de alta resistência – vários ambiente, principalmente aqueles que 
contêm cloreto.
• Ligas de cobre na presença de amônia.
• Ligas de níquel – soluções concentradas de hidróxido de sódio ou de 
potássio em temperaturas elevadas.
• Ligas de alumínio – diversos ambientes
• Ligas de magnésio e titânio – diversos meios, em especial os cloretos
• Aços inoxidáveis – cloretos 
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Identificando CST
Aço de alta resistência . Embora pareça marcas de praia, este padrão foi 
causado por diferenças na taxa de penetração de corrosão.
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CST – Cloreto
•Materiais: 
• aços inoxidáveis da classe 300 extremamente suscetíveis, 
• aços inoxidáveis DP mais resistentes e,
• as ligas de Ni, são muito resistentes, mas não imunes.
• Fatores críticos:
• Concentração de ácido clorídrico, pH, temperatura, tensões, 
presença de oxigênio e composição da liga.
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• Equipamentos susceptíveis: 
• Tubulações e vasos de pressão feitas em aço inox 300.
•Condensadores resfriados por água
•Drenos em unidades de hidroprocessamento e outros.
•Aparência:IE
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SCC in a 316 stainless steel chemical processing piping system; 
(https://www.nace.org/resources/general-resources/corrosion-
basics/group-3/stress-corrosion-cracking)
https://www.mdpi.com/2075-4701/9/5/590/htm
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•Prevenção:
• Selecionar material resistente
•Uso de revestimentos
• Evitar geometrias que propiciem o depósito do cloreto
• Se for trabalhar com aço inox da classe 300, avaliar se o 
tratamento de alívio de tensões pode provocar 
sensitização.
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CST – soda cáustica
•Materiais: 
• aços carbono, aços de baixa liga e inox 300 são suscetíveis, 
• as ligas de níquel são mais resistentes.
• Fatores críticos:
• Suscetibilidade à fragilização por NaOH e KOH
• Temperatura
• Nível de tensão
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Corrosion & Materials Feb 2011
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CST – soda cáustica
•Peças e equipamentos afetados
• Tubulações e equipamentos expostos a atmosfera rica em 
NaOH ou KOH
•Prevenção:
• Alívio de tensões
• O aço inox 300 é ligeiramente mais resistente que os aços 
carbono
• Em altas temperaturas, as ligas de Ni são as mais resistentes.
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• Inspeção:
•Partículas magnéticas, líquido penetrante, correntes 
parasitas, ultrassom e emissão acústica, mas a maioria 
das trincas são visíveis. 
https://mti.memberclicks.net/assets/documents/TAC-
Bulletins/Non-Member-Egnlish/Bulletin%2018%20-%20non-
member%20English.pdf
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https://www.intechopen.com/books/failure-analysis/stress-
corrosion-cracking-damages
Failed area (a) cracks extending in the weld joint of tube 
sheet to plugs and (b) branched cracks in the surface of 
the tube sheet and through the holes [8].
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CST - Amônia
•Materiais:
• Ligas de cobre e aço carbono
• Fatores críticos:
• Altas tensões residuais e a presença de oxigênio
• Ligas de cobre:, pH acima de 8,5, qualquer temperatura
• Aços C: temperatura aumenta a ocorrência, tratamento 
térmico após a solda elimina a susceptibilidade. 
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https://link.springer.com/article/10.1007/s12540-019-00386-
0?shared-article-renderer
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Inspeção baseada em risco: RBI
•Capacidades:
• Criação de planos de inspeção focados nos mecanismos de 
danos.
• Classificação da unidade de acordo com o risco
• Otimização dos recursos de inspeção
• Aumento da confiabilidade e da segurança operacional
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Manutenção centrada em confiabilidade
• Quais são as funções e padrões de desempenho do item no seu 
contexto operacional atual?
• De que forma ele falha em cumprir suas funções?
• O que causa cada falha funcional (modos de falhas ou 
mecanismos de danos)?
• O que acontece quando ocorre cada falha?
• De que forma cada falha têm importância?
• O que pode ser feito para prevenir cada falha?
• O que deve ser feito, se não for encontrada uma tarefa preventiva 
apropriada?