Corrosão associada a solicitações mecânicas

Centro Federal de Educação Tecnológica Tecnológica de Minas Gerais Educação Profissional Técnica de Nível Médio em Química

Ana Carolina Soares da Silva André Hernandes Brenda Oliveira Caroline F. de Assis Costa Daiany Priscila Mariana Pereira Sanglard

Junho/ 2011

Corrosão associada a solicitações mecânicas o

Quando houver uma associação de meio corrosivo e solicitações

mecânicas, o material pode sofrer um processo corrosivo acelerado. ac elerado. o

O processo corrosivo pode ser sem perda acentuada de massa. Os diferentes tipos de interação entre solicitação mecânica e o

ambiente são: o

Corrosão sob fadiga;

o

Corrosão com erosão, cavitação e impingimento;

o

Corrosão sob atrito;

o

Fragilização por metal líquido;

o

Fragilização pelo hidrogênio;

o

Fendimento por álcali;

o

Corrosão sob tensão.

Corrosão Sob Fadiga Quando um metal é submetido a solicitações mecânicas alternadas ou

o

cíclicas;

o

Formação de trinca em ponto de concentração de tensões, o qual

penetra

o

o

metal,

na

direção

perpendicular

à

tensão;

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 1. Eixo de manivela com fratura por fadiga

Corrosão Sob Fadiga

Figura 2. Corrosão por fadiga em avião.

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;

o

Diversos tipos de vasos de pressão.

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

tornam mais fortemente anódicas.

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; •

Alteração do projeto.

Erosão- corrosão o

Deterioração de materiais;

o

Destruição das camadas da superfície;

o

Processo mecânico ;

o

Influência da velocidade;

Proteção: Figura 3. Erosão em tubo de aço-carbono causada por ação de ácido sulfúrico concentrado.

o

Uso de revestimento;

o

Emprego de materiais resistentes;

o

Proteção catódica.

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;

o

Conteúdo de ar.

Cavitação Proteção

o

Diminuição da área de queda de pressão;

o

Materiais de alta resistência, etc.

Figura 4. Corrosão por cavitação em materiais metálicos.

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

Figura 6. Corrosão por pites.

partículas sólidas; o

Modificação da geometria dos equipamentos evitando curvas.

Corrosão Sob Atrito 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.

Corrosão Sob Atrito 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.

Figura 7. Corrosão de alavancas.

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

dos metais sólidos e ausência de compostos intermetálicos.

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 Figura 9. Trecho de tubulação com empolamento pelo hidrogênio em metais. hidrogênio, ocasionado por gás sulfídrico, H 2S, e umidade.

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

desidrogenação, levando-se a peça ao recozimento a 190 8 horas.

provocar  –

a

200 ºC por 4-

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: Fe(s) + 2NaOH  Na2FeO2 + H2

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 Propagação contínua ou descontínua

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; Figura Corrosão de armadura Área10.de concentração por cloretos em estrutura de

de tensões.

Corrosão Sob Tensão Proteção

o

Passivação do material;

o

Adição

de

inibidores

químicos; o

Proteção catódica;

o

Substituição do material

empregado por um menos corrosivo.

Figura 11. Fratura em materiais metálicos.

Figura 14. Corrosão em estruturas sustentadoras de concreto.

Figura 12. Corrosão sob tensão e corrosão intergranular de um tubo préaquecedor em aço inox 316Ti.

Figura 13. Aspecto da fratura 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; Ensaio a velocidade constante.

Referências Bibliográficas

GENTIL,V. Corrosão. 3ª Ed. UFRJ. Rio de Janeiro RJ. 1996. Cap.15.  –

Fim