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------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------ Estudo sobre formação de óxido em aço elétrico Téc. Jovanio Oliveira Santos Prof. Dr. Amilton Sinatora

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Page 1: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Estudo sobre formação de óxido

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Estudo sobre formação de óxido em aço elétrico

Téc. Jovanio Oliveira Santos

Prof. Dr. Amilton Sinatora

Page 2: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Estudo sobre formação de óxido

2

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Introdução

Objetivo

Materiais e métodos

Resultados e Discussões

Conclusões

SUMÁRIO

Page 3: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Estudo sobre formação de óxido

3

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------INTRODUÇÃO

“Interação físico-química entre um metal e o meio envolvente, da

qual resultam mudanças nas propriedades do metal, levando

freqüentemente à sua inutilização ou do sistema técnico do qual faz

parte ou ainda à alteração do meio ” (Federação Européia de Corrosão)

“Degradação de um material ou das suas propriedades devido

à reação com o meio envolvente” (NACE – National Association of Corrosion Engineers)

Conceito de Corrosão

Page 4: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Estudo sobre formação de óxido

4

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------INTRODUÇÃO

Metalurgia X

Corrosão

Dippold e Rothenburg, 2003

Wustita (FeO)

Magnetita (Fe3O4)

Hematita (Fe2O3)

Page 5: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Estudo sobre formação de óxido

5

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------INTRODUÇÃO

Paidassi, 1955Khanna, A.S., 2002

Cassarini, Villabón e Sinatora,

2004

Fe2O3

Fe3O4

FeO

Oliveira, J; Sinatora,

2005

Page 6: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Estudo sobre formação de óxido

6

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Diagrama Ferro-Oxigênio

INTRODUÇÃO

Page 7: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Estudo sobre formação de óxido

7

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------INTRODUÇÃO

FeO a 600ºC

Martins A., Sinatora, 2005

Page 8: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Estudo sobre formação de óxido

8

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Estudar os filmes de óxido formados em aço elétrico a 575 ºC e a 1000 ºC

Determinar as propriedades mecânicas dos filmes de óxidos formados

Estudar o crescimento do filme de óxido a 575ºC entre 0,25 - 60 h

Avaliar a adesão dos filmes de óxido resultantes do resfriamento ao ar e no forno

OBJETIVO

Page 9: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Estudo sobre formação de óxido

9

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Microscópia Óptica

Microscópia Eletrônica de Varredura (SE)

Ensaio de microdureza Vickers 0,49 N (50gf)

Ensaio de microdureza instrumentado 10 mN (1gf)

MATERIAIS e MÉTODOS

Difração de raio-X

575ºC 1000ºC

0,25 h 1 h 3 h 6 h 9 h 12 h 18 h 24 h 36 h 48 h 60 h 0,75 h

Composição química do aço elétrico (% em massa)

C Si Ni Mn Al

0,03 1,25 0,05 0,3 0,27

Page 10: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Estudo sobre formação de óxido

10

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Wp trabalho plástico; We trabalho elásticoWt trabalho total e dP/dh a rigidez de contato

Adaptado de Oliver e Pharr (1992)

Ensaio de microdureza Instrumentado

MATERIAIS e MÉTODOS

Page 11: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Estudo sobre formação de óxido

11

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Crescimento do filme de óxido

Microdureza Vickers e Instrumentado

Aderência do filme de óxido

Difração de raio-X do filme de óxido

RESULTADOS e DISCUSSÕES

Page 12: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Estudo sobre formação de óxido

12

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Gentil, V; 1987; Callister, W; 2003

Crescimento do óxido em função do tempo a 575º C

0

4

8

12

16

20

0 10 20 30 40 50 60 70Tempo (h)

Esp

essu

ra (

mm

)

RESULTADOS e DISCUSSÕES

Page 13: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Estudo sobre formação de óxido

13

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

575ºC Resfriamento no fornoResfriamento ao ar

RESULTADOS e DISCUSSÕES

Page 14: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Estudo sobre formação de óxido

14

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Coeficiente de dilatação térmicaMartins A.,

Sinatora, 2005

RESULTADOS e DISCUSSÕES

Page 15: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Estudo sobre formação de óxido

15

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Fe2O3

1000ºC575ºC

RESULTADOS e DISCUSSÕES

Page 16: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Estudo sobre formação de óxido

16

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

10 mN (1 gf)Camada Superior HP[GPa] HU[GPa] Mód. E [GPa] HV [kgf/mm2]

Média 12,2 6,9 158 1140

Desvpad 1,1 0,4 11 101

Int. Conf. 95% 0,19 0,1 2 19

Camada Inferior HP[GPa] HU[GPa] Mód. E [GPa] HV [kgf/mm2]

Média 6,5 3,9 89 605

Desvpad 1,6 0,7 11 147

Int. Conf. 95% 0,3 0,1 2,1 27

Superior

Inferior575ºC

RESULTADOS e DISCUSSÕES

Page 17: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Estudo sobre formação de óxido

17

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

* Camada Superior HP[GPa] HU[GPa] Mód. E [GPa] HV [kgf/mm2]

Média 11,4 7,7 195 1071

Desvpad 0,5 0,2 8,3 44

Int. Conf. 95% 0,1 0,04 1,6 8,2

* Camada Inferior HP[GPa] HU[GPa] Mód. E [GPa] HV [kgf/mm2]

Média 2,2 1,8 71,7 206

Desvpad 0,7 0,5 13,5 65

Int. Conf. 95% 0,1 0,09 2,5 12,2

** Vickers

1112

36

11

** Vickers

527

35

11

10 mN (1 gf) 0,49 mN (50gf)

Camada Superior*1071 / **1112 HV

*206 / **527 HVCamada Inferior

1000ºC

RESULTADOS e DISCUSSÕES

Page 18: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Estudo sobre formação de óxido

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HV FeO Fe3O4 Fe2O3

Escala Mohs 5 5,5 6 - 7

Oliveira, J. (Instrumentado), 2005 **** 206 - 605 1071 - 1140

Oliveira, J. (Convencional), 2005 **** 527 1112

Hutchings, 1992 370 600 ****

Herbert Uetz, 1986 470 490 - 660 900 - 1350

Loung e Heijkoop, 1981 460 540 1050

Skoczynski et al, 1997 **** **** 1000 - 1050

Stachowiak e Batchelor, 2001 **** **** 1038

RESULTADOS e DISCUSSÕES

Valores de dureza comparativos

Page 19: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Estudo sobre formação de óxido

19

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

0

2

4

6

8

10

12

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20

Profundidade de penetração (mm)

Car

ga,

(m

N)

Inferior

0

2

4

6

8

10

12

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20

Profundidade de penetração (mm)

Car

ga,

(m

N)

Superior

575ºC

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

Profundidade de penetração (mm)

Car

ga, (

mN

)

Inferior

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

Profundidade de penetração (mm)

Car

ga, (

mN

)

Superior

1000ºC

Comportamento elasto-plástico

Page 20: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Estudo sobre formação de óxido

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-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------CONCLUSÕES

O módulo de elasticidade e a dureza da camada de óxido superior é duas vezes maior que a da camada inferior.

Os óxidos formados a 575ºC foram identificados como sendo FeO (Wustita), Fe2O3 (Hematita) e Fe3O4 (Magnetita); e a 1000ºC como Fe2O3 (Hematita).

A taxa de crescimento dos óxidos formados a 575ºC segue um comportamento parabólico.

A adesão entre o substrato e os filmes de óxidos é maior quando o aço é resfriado dentro do forno (baixa taxa de resfriamento) do que quando é resfriado ao ar (alta taxa de resfriamento).

O filme de óxido formado a 575 ºC e a 1000 ºC é constituído por duas camadas: Superior (Hematita) e Inferior (Magnetita e Wustita).

A adesão é menor quando resfriado ao ar, porque gera descontinuidade na interface óxido/metal, devido as diferenças dos coeficientes de dilatação.

Provavelmente com tratamentos térmicos a 575ºC será possível a produção de filmes de óxidos adequados também para estudo do atrito.

Page 21: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Estudo sobre formação de óxido

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-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Trabalhos Futuros

Desenvolver uma metodologia para caracterizar os filmes de óxido por meio de técnicas de metalografia colorida.

Estudar a tenacidade à fratura dos filmes de óxido por meio de ensaios de dureza instrumentados.

Estudar o comportamento tribológico dos filmes de óxido por meio de ensaios de desgaste por microabrasão.