dissertação de mestrado - influÊncia do metal de adiÇÃo na susceptibilidade À corrosÃo sob...

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUB

INSTITUTO DE ENGENHARIA MECNICA

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA

INFLUNCIA DO METAL DE ADIO NA SUSCEPTIBILIDADE

CORROSO SOB TENSO DE JUNTAS SOLDADAS DISSIMILARES

DE AO INOXIDVEL AUSTENTICO AISI 316 E AO INOXIDVEL

DPLEX UNSS 32304

Autor: Leonardo Albergaria Oliveira

Orientador: Prof. Dr. Edmilson Otoni Corra

Itajub, Junho de 2013




DISSERTAO DE MESTRADO




DPLEX UNSS 32304



Curso: Mestrado em Engenharia Mecnica

rea de Concentrao: Projeto e Fabricao

Dissertao submetida ao Programa de Ps-Graduao em Engenharia Mecnica como parte dos

requisitos para obteno do Ttulo de Mestre em Engenharia Mecnica.

Junho de 2013.

Itajub/MG Brasil




DISSERTAO DE MESTRADO




DPLEX UNSS 32304



Composio da Banca Examinadora:

Prof. Dr. Carlos Alberto Carvalho Castro (CEFET-MG)

Prof. Dr. Ricardo Risso Chaves - (UNIFEI)

Prof. Dr. Edmilson Otoni Corra (Orientador UNIFEI)

Dedicatria Aos meus pais Eliana e Joaquim, aos meus irmos Leticia e Laurence Jos e a minha Namorada

Giuliana.

Agradecimentos

A Deus, pela fora e pacincia.

Aos meus pais e irmos, a minha famlia, pelo apoio e incentivo.

Ao meu orientador, Prof. Dr. Edmilson Otoni Correa, pela competncia, dedicao, pacincia

e amizade.

Ao Ronaldo, da empresa ESAB, pela doao dos arames.

Aos funcionrios da Oficina Mecnica e do Laboratrio de Metalurgia e Materiais da UNIFEI

pelo apoio e participao durante a fase de realizao dos ensaios e anlises.

Coordenao de Aperfeioamento de Pessoal de Nvel Superior (CAPES), atravs do

programa de bolsas, pelo apoio financeiro.

Enfim, a todos os meus amigos que, de alguma forma, contriburam para que mais esta

conquista fosse possvel em minha vida.

http://www.capes.gov.br/

Resumo

Oliveira, L. A. (2013), Influncia Do Metal De Adio Na Susceptibilidade Corroso Sob

Tenso De Juntas Soldadas Dissimilares De Ao Inoxidvel Austentico 316 e Ao Inoxidvel

Dplex 2304, Dissertao (Mestrado em Projeto e Fabricao), Instituto de Engenharia

Mecnica, Universidade Federal de Itajub, Itajub MG.

Devido grande utilizao de soldas dissimilares nas indstrias, este trabalho de grande

importncia. Neste trabalho, apresenta-se investigao da influncia dos metais de adio

E316L e E2209 quanto susceptibilidade corroso sob tenso (CST), em juntas soldadas do

ao inoxidvel austentico AISI 316 e do ao inoxidvel duplex AISI 2304, em soluo

aquosa de MgCl2 (43%). Estes dois tipos de metal de adio foram utilizados com o intuito de

se produzir juntas soldadas com zonas fundidas de diferentes composies qumicas. Para

analisar a microestrutura das juntas soldadas foi utilizado um microscpio tico. As

propriedades mecnicas das juntas soldadas foram analisadas atravs de ensaios de trao e

dureza Vickers. Para avaliar a susceptibilidade das juntas soldadas corroso sob tenso, foi

usado o mtodo de ensaio de corroso sob tenso utilizando carga constante. As amostras

foram caracterizadas quanto microestrutura aps o ensaio. A susceptibilidade CST foi

avaliada em termos do tempo para fratura. A susceptibilidade CST foi avaliada em termos

do tempo para fratura. Os testes de CST revelaram que o eletrodo E316L apresentou melhor

resistncia a fissurao por corroso sob tenso.

Palavras-Chave: Corroso Sob Tenso. Aos Inoxidveis. Soldagem.

Abstract

Oliveira, L. A. (2013), Influence Of Metal From Corrosion Susceptibility In Addition Under

Tension From Dissimilar Welded Joints Stainless Steel Austenitic 316 Stainless Steel and

Duplex 2304, Dissertation (Master in Design and Manufacturing), Institute of Mechanical

Engineering, Federal University of Itajub, Itajub MG, Brazil.

This work presents the investigation of the influence of the filler metals E316L and E2209

on the susceptibility to stress corrosion cracking (SCC) of welded joints of austenitic stainless

steel AISI 316 and duplex stainless steel AISI 2304 in aqueous solution of MgCl2 (43%).

These two types of filler metals were used for the purpose of producing welded joints fusion

zones with different chemical compositions. To analyze the microstructure of the welded

joints was used an optical microscope. The mechanical properties of the welded joints were

analyzed by tensile tests and Vickers hardness. To assess the susceptibility of welded joints to

stress corrosion method was used for corrosion test under load using load constant. Samples

were characterized micro structurally after the test. The susceptibility to CST was assessed in

terms of time to fracture. The CST tests revealed that the electrode E316L showed better

resistance to stress corrosion cracking

Word Keys: Stress Corrosion Cracking Tension, Stainless steels, Welding.

ii

SUMRIO

SUMRIO .............................................................................................................................................. ii

LISTA DE TABELAS ............................................................................................................................. i

LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................................ iv

1. INTRODUO .............................................................................................................................. 1

2. OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 3

3 REVISO BIBLIOGRFICA ............................................................................................................. 4

3.1 Aos Inoxidveis ........................................................................................................................... 4

3.1.1 Influncia dos Elementos de Liga no Ao Inoxidvel............................................................ 5

3.1.2 Aos Inoxidveis Austentico ................................................................................................. 6

3.1.3 AISI 316 ................................................................................................................................. 8

3.2 Aos Inoxidveis Dplex .............................................................................................................. 9

3.2.1 Caractersticas dos Aos Inoxidveis Dplex ...................................................................... 10

3.2.2 Propriedades Mecnicas dos Aos Inoxidveis Dplex ....................................................... 10

3.3 Soldabilidade dos Aos Inoxidveis........................................................................................ 12

3.3.1 Soldabilidade dos Aos Inoxidveis Austenticos ................................................................ 13

3.3.2 Soldabilidade dos Aos Inoxidveis Duplex. ....................................................................... 16

3.4 Processos de soldagem GMAW .................................................................................................. 17

3.5 Corroso ...................................................................................................................................... 20

3.5.1 Corroso Sob Tenso ........................................................................................................... 20

3.5.2 Mecanismos de Propagao das Trincas .............................................................................. 23

3.5.3 Efeitos da Tenso na CST .................................................................................................... 24

3.5.4 Fatores Relevantes da Corroso Sob Tenso ....................................................................... 25

3.5.5 Ensaios de Corroso Sob Tenso ......................................................................................... 28

3.5.5.1 Ensaios de Corpo de Prova no Entalhados. ..................................................................... 29

4 MATERIAIS E MTODOS .............................................................................................................. 38

4.1 Materiais ...................................................................................................................................... 38

4.1.1 Metais Utilizados. ................................................................................................................. 38

4.1.2 Metais de Adio .................................................................................................................. 39

4.1.3 Soluo de Ataque ................................................................................................................ 39

4.2 Mtodos. ...................................................................................................................................... 40

4.2.1 Confeco dos Corpos de Prova. .......................................................................................... 40

4.2.2 Ensaios Mecnicos e Metalogrficos ................................................................................... 43

4.2.2.1 Ensaios de Trao .............................................................................................................. 44

4.2.2.2 Ensaios de Microdureza Dureza Vickers .......................................................................... 44

4.2.2.3 Ensaios Metalogrficos ..................................................................................................... 45

iii

4.2.3 Ensaios de Corroso sob Tenso. ......................................................................................... 46

4.2.3.1 Dispositivo de Ensaio de Corroso sob Tenso ................................................................ 46

4.2.3.2 Procedimento de Ensaio de Corroso sob Tenso ............................................................. 47

4.2.4 Inspeo Visual .................................................................................................................... 48

5.RESULTADOS E DISCUSSO ....................................................................................................... 49

5.1 Caracterizao Microestrutural ................................................................................................... 49

5.1.1 Metais Utilizados para as Juntas. ......................................................................................... 49

5.1.2 Juntas. ................................................................................................................................... 50

5.2 Ensaio de Trao ......................................................................................................................... 54

4.3 Ensaio de Dureza. ........................................................................................................................ 56

5.4 Ensaio de Corroso Sob Tenso. ................................................................................................. 59

5.4.1 Analise Microestrutural aps o Ensaio de CST. ................................................................... 62

5.4.1.1 Juntas Soldadas com Metal de Adio E316L .................................................................. 62

5.4.1.2 Juntas Soldadas com Metal de Adio 2209. .................................................................... 67

6.CONCLUSO ................................................................................................................................... 71

7. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .............................................................................................. 72

LISTA DE TABELAS Tabela 1. Classes e nomenclaturas dos aos inoxidveis (ANTUNES, 2010). ....................................... 6 Tabela 2. Composio qumica (% em peso) do ao AISI 316. .............................................................. 9 Tabela 3. Composio qumica dos principais aos inoxidveis .......................................................... 11 Tabela 4. Comparao entre as propriedades mecnicas dos aos inoxidveis dplex e austenticas: 12 Tabela 6. A Tabela que indica alguns sistemas material-meio corrosivo: ......................................... 22 Tabela 7. Alguns tipos de materiais meios que causam corroso sob tenso de alguns metais e suas

ligas. (GEMELLI, 2001). ...................................................................................................................... 26 Tabela 8. A Tabela que mostra a composio do aos inoxidvel austentico utilizado. ..................... 38 Tabela 9. Composio qumica do ao inoxidvel duplex 2304 (UNS 32304). .................................. 38 Tabela 10. Tabela de comparao da propriedades mecnicas dos materiais utilizados. ..................... 38 Tabela 11. Composio dos arames (ESAB, 2010). ............................................................................. 39 Tabela 12. Tabela dos parmetros de soldagem utilizados. ................................................................. 40 Tabela 13. Tabela de medies do ao inoxidvel 316 aps ser recebido. ........................................... 56 Tabela 14. Tabela de medies do ao inoxidvel 2304 aps ser recebido. ........................................ 57 Tabela 15. Tabela de medies da unio dos aos inoxidveis 316+ 2304 com o metal de adio

316L. ..................................................................................................................................................... 58 Tabela 16. Tabela de medies da unio dos aos inoxidveis 316+ 2304 com o metal de adio 2209.

............................................................................................................................................................... 58 Tabela 17. Resultados obtidos nos ensaios de corroso sob tenso. ..................................................... 60

ii

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

CAPES Coordenao de Aperfeioamaneto de Pessoal de Nvel Superior

IEM Instituto de Engenharia Mecnica

UNS Unified Numbering System

AISI American Iron and Steel Institute

ASTM American Society for Testing and Materials

CNC Controle Numrico Computadorizado

CNPq Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico

CP Corpo de prova

CST Corroso Sob Tenso

MB Metal Base

ZF Zona Fundida

ZTA Zona Termicamente Afetada

UNIFEI Universidade Federal de Itajub

iv

LISTA DE FIGURAS Figura 1. Diagrama da srie 300 dos aos inoxidveis austenticos (S/A., 2001) ................................. 7 Figura 2. Microestrutura tpica de um ao inoxidvel austentico (1) AISI 316L X 400 e

microestrutura tpica de um ao inoxidvel dplex (2) SAF2205 X 400 (SENATORE, FINZETTO e

PEREA, 2007). ...................................................................................................................................... 11 Figura 3. Diagrama pseudo-binrio Fe-Cr-Ni para um teor de ferro de 70% (PINTO, 2006). ............. 14 Figura 4. Trincas intergranulares na ZTA e na regio no misturada da zona fundida de uma pea

fundida de ao inoxidvel. Aumento de 100x (MODENESI, 2001). .................................................... 15 Figura 5. Morfologia da fase sigma aps envelhecimento isotrmico 750C (SILVA, 2011). .......... 17 Figura 6. Processo bsico de soldagem MIG/MAG (FORTES e VAZ, 2005) .................................... 18 Figura 7. Desenho esquemtico da seco transversal de uma solda (WAINER, BRANDI e MELLO,

1992). .................................................................................................................................................... 19 Figura 8. Condies mnimas para a ocorrncia de Corroso sob tenso (FERNANDES, 2010). ....... 21 Figura 9. Corroso sob tenso no ao AISI-446 em soluo de NaCl (250x) (SILVA, 2011). ............ 23 Figura 10. Comportamento de aos inoxidveis a CST em soluo efervescente de cloreto de

magnsio 42%. Fonte: (ASM Handbook ,1989). .................................................................................. 25 Figura 11. Comportamento da velocidade da trinca em relao a temperatura do meio corrosivo

(SPEIDEL, 1981). ................................................................................................................................. 27 Figura 12. Fissurao por Corroso Sob Tenso em arames de Fe-Cr-Ni submetidos a uma soluo fervente de cloreto de magnsio (FONTANA, 1986)............................................................................. 28 Figura 13. Evoluo da tenso real e da tenso nominal nos ensaios a carga e ou a deformao

constante (GEMELLI, 2001). ................................................................................................................ 30 Figura 14. Curva esquemtica para o tempo de falha tpico em funo de uma tenso aplicada em

ensaios de corroso. .............................................................................................................................. 31 Figura 15. Foto do medidor de pH e a soluo. ................................................................................... 39 Figura 16. Apresentao do equipamento utilizado, a tocha e o carro tartaruga, utilizadas para a unio

das chapas. ............................................................................................................................................. 41 Figura 17. Chapa j soldada. ................................................................................................................. 41 Figura 18. Sequncia de preparao das chapas. ................................................................................... 42 Figura 19. Geometria e dimenses do corpo de prova aps usinagem. ................................................ 42 Figura 20. Corpo de prova usinado no centro de usinagem Fadal CNC 88HS da UNIFEI

(FERNANDES, 2010). .......................................................................................................................... 43 Figura 21. Foto do corpo de prova 316+316+2304 lixado e polido. ..................................................... 43 Figura 22. Mquina utilizada para ensaios de trao. ........................................................................... 44 Figura 23. Microscpio tico e microprocessador de dados. ................................................................ 46 Figura 24. Bancada de ensaio de Corroso Sob Tenso. ....................................................................... 47 Figura 25. Corpo de prova isolado ........................................................................................................ 47 Figura 26. Microestrutura do aos inoxidvel austentico 316.............................................................. 49 Figura 27. Microestrutura do ao inoxidvel Duplex 2304. .................................................................. 50 Figura 28. Foto mostrando a penetrao do cordo de solda ................................................................ 50 Figura 29. Foto do topo da junta. 316+316+Duplex. ............................................................................ 51 Figura 30. Foto da raiz da junta de 316+316+Duplex ........................................................................... 51 Figura 31. Foto do topo da junta de 316+ Duplex +Duplex.................................................................. 51 Figura 32. Foto da raiz da junta de 316+ Duplex +Duplex. .................................................................. 52 Figura 33. Microestrutura da unio utilizando o metal de adio 316 no lado do metal base duplex... 52 Figura 34. Microestrutura da unio utilizando o metal de adio 316 no lado do metal base

Austentico. ........................................................................................................................................... 53 Figura 35. Microestrutura da unio utilizando o metal de adio 2209 no lado do metal

baseaustentico. ..................................................................................................................................... 53 Figura 36. Microestrutura da unio utilizando o metal de adio 2209 no lado do metal base duplex. 54 Figura 37. Resultado do ensaio de trao do Corpo de prova 316+316+Duplex .................................. 55

v

Figura 38. Resultado do ensaio de trao do Corpo de prova 316+2209+Duplex. ............................... 55 Figura 39. Grfico das medies do ao inoxidvel 316 aps ser recebido. ......................................... 56 Figura 40. Grfico das medies do ao inoxidvel 2304 aps ser recebido. ....................................... 57 Figura 41. Grfico de medies da unio dos aos inoxidveis 316+ 2304 com o metal de adio 316l.

............................................................................................................................................................... 57 Figura 42. Grfico de medies da unio dos aos inoxidveis 316+ 2304 com o metal de adio

2209. ...................................................................................................................................................... 59 Figura 43. Macrografia do corpo de prova fraturado 316+Duplex+Duplex aps CST. ....................... 60 Figura 44. So macrografias do corpo de prova fraturado 316+316+Duplex aps CST. ................... 61 Figura 45. Fratura e trincas transgranular na ZTA e no metal base 316 aps ensaio de CST. No corpo

de prova 316+316+Duplex cp2. ............................................................................................................ 62 Figura 46. Trinca transgranular no metal adio 316L do lado do metal base AISI316 aps ensaio de

CST do corpo de prova, 316+316+Duplex 3 500x. .............................................................................. 63 Figura 47. Microestrutura do corpo de prova 316+316L+2304 ............................................................ 63 Figura 48. Microestrutura do corpo de prova 316+316L+2304 ............................................................ 64 Figura 49. Microestrutura da zona fundida do metal de adio 316L com a presena de uma rede de

ferrita delta de forma continua. Ataque eletroltico: acido oxlico 10%. .............................................. 65 Figura 50. Fratura na regio da zona fundida e trinca no metal base AISI 2304 aps ensaio de CST,

prxima a regio de fratura. No corpo de prova 316+316+Duplex cp1. ............................................... 66 Figura 51. A seta apresenta trincas internas na ZTA do metal base 316. Com ampliao 200x. ......... 67 Figura 52. Fotografia da fratura do corpo de prova 316+2209+2304 .................................................. 68 Figura 53. A seta apresenta trinca na ZTA do lado do metal base 316 e no metal adio 2209 aps

ensaio de CST do corpo de prova 316+Duplex+Duplex. ...................................................................... 68 Figura 54. Fotografia da microestrutura da ZTA do metal base 2304 do corpo de prova

316+2209+2304. ................................................................................................................................... 69 Figura 55. A foto apresenta trincas internas na ZTA do metal base 316 do corpo de prova

316+2209+2304. ................................................................................................................................... 70

1

1. INTRODUO

Os aos inoxidveis so materiais muito utilizados nas indstrias, principalmente por

suas caractersticas especficas, notadamente aquelas relacionadas a resistncia a corroso e a

propriedades mecnicas. Porm, estes materiais exigem cuidados especiais na sua

conformao, sob o risco de comprometimento de suas propriedades especficas. Dentre os

processos de conformao, destaca-se a soldagem dos aos inoxidveis, pois,

reconhecidamente, esta uma das operaes que podem levar a um comprometimento destes

materiais. Portanto, a utilizao de procedimentos inadequados de soldagem pode afetar de

forma definitiva algumas caractersticas do material, resultando em alteraes significativas

no metal de base, principalmente no comportamento mecnico e no que tange a sua

resistncia corroso (SILVA, 2011).

Tanques e tubulaes em transportadores qumicos que entram em contato com meios

corrosivos so fabricados a partir de diferentes tipos de aos inoxidveis. O ao inoxidvel

mais comumente utilizado tem sido o ao inoxidvel austentico tipo 3l6L, e menos utilizado,

o 317L (LABANOWSK, 2007).

Estes aos tm uma boa resistncia corroso e so conformveis e soldveis. No

entanto, hoje o movimento em direo ao uso de aos inoxidveis duplex (que possui

estrutura austentica-ferrtica) evidente. Uma avaliao para estabelecer os benefcios

relativos dos dois tipos de ao foi realizada com base em custo, resistncia corroso e

soldagem (LABANOWSK, 2007).

Por exemplo, os aos inoxidveis dplex utilizados em tanques qumicos tm muitas

vantagens sobre os austenticos convencionais. Os aos inoxidveis dplex apresentam maior

resistncia corroso por pite e resistncia ao trincamento. Alm disso, os tanques so partes

integrantes da estrutura, e a alta resistncia ao escoamento dos aos inoxidveis duplex maior

que 450 MPa permite que as espessuras das chapas empregadas em estruturas possam ser

reduzidas consideravelmente (Stress Corrosion Cracking Susceptibility of Dissimilar stainless

steels Welded Joint).

Juntas soldadas de aos inoxidveis podem ser um ponto fraco na construo de

estruturas. por isso que tanta ateno tem sido dada aos aspectos de soldabilidade de aos

inoxidveis de alta liga, no sentido de estender seu uso para aplicaes mais exigentes.

2

A soldabilidade das chapas 316 no problemtica. preciso escolher consumveis que

podem dar 5 a 10% de ferrita delta na microestrutura soldada, que essencial para evitar

trincas solidificao (LABANOWSK, 2007).

Em aos inoxidveis duplex a operao de solda fornece um possvel tratamento

trmico indesejado nas proximidades da solda.

Durante a soldagem, o metal base sofre aquecimento e ocorrem mudanas na sua

microestrutra. Esta rea chamada de zona termicamente afetada pelo calor (ZTA), e o

aquecimento faz com que o material atinja altas temperaturas, quando ele est quase

totalmente ferrtico. Aps o resfriamento, h uma formao da austenita que comea nos

contornos de gro e, em seguida, continua nos gros de ferrita. A extenso de ferrita para a

transformao austentica depende do ao, da composio e das condies de soldagem.

H possibilidade de reparaes de partes comprometidas ou danificadas de estruturas

feitas com aos inoxidveis 316, podendo substituir a parte danificada por um pea de ao

inoxidvel dplex com maior resistncia e melhores propriedades mecnicas do que por uma

mesma de 316.

A substituio de aos inoxidveis austenticos 316 por ao inoxidvel dplex, poderia

ser benfica, por causa das timas propriedades do dplex.

No caso de utilizao de reparaes de peas de ao inoxidvel 316 com chapas de ao

inoxidvel dplex, seria mais recomendado no caso ser realizado um reparo utilizando o

processo de soldagem. Utilizaria-se um metal de adio recomendado para o 316 ou para o

dplex.

Quando reparao de uma parte de uma pea de inoxidveis austenitico 316, por uma

de dplex, neste estudo foram utilizados dois metais de adio, um adequado para a soldagem

de aos inoxidveis dplex e outro indicado para a soldagem de aos inoxidveis austenticos.

Estas unies foram testadas pela sua susceptibilidade corroso sob tenso, sendo observado

qual seria o melhor metal de adio para a confeco desta junta e para realizao deste

reparo.

3

2. OBJETIVOS

Verificar a influncia do metal de adio sobre a microestrutura e a resistncia

corroso sob tenso de juntas soldadas dissimilares de ao inoxidvel austentico 316 e do ao

inoxidvel duplex 2304.

4

3 REVISO BIBLIOGRFICA

3.1 Aos Inoxidveis

Ao inoxidvel o termo empregado para identificar uma famlia de aos contendo

11% ou mais do elemento cromo (PANOSSIAN, 1993), elemento qumico que garante ao

material elevada resistncia corroso. O elemento cromo distribudo de forma homognea

por todo o ao, ao entrar em contato com o oxignio do ar, forma uma camada fina, contnua e

resistente de xido sobre a superfcie do ao, protegendo-o contra ataques corrosivos do meio

ambiente. Sua resistncia a corroso funo da pelcula de xido que se forma na superfcie

do material, chamada pelcula passiva.

Estvel e com espessura finssima a pelcula passiva torna-se muito aderente ao inox e

tem sua resistncia aumentada medida que se adiciona mais cromo mistura. Mesmo

quando o ao sofre algum tipo de dano, sejam arranhes, amassamentos ou cortes, o oxignio

do ar imediatamente combina-se com o cromo, formando novamente a pelcula protetora.

O desenvolvimento dos aos inoxidveis atribudo ao ingls Harry Brearly, em 1912.

Ao experimentar um liga ferro-cromo com aproximadamente 13% de cromo, ele fez algumas

observaes metalogrficas e constatou que a liga fabricada resistia maior parte dos

reagentes frequentemente usados em metalografia; a essa liga ele denominou Stainless

Steel, ou seja, ao sem manchas. Brealy e Strauss, na verdade, quiseram dizer que esse ao

no era atacado ou manchado quando submetido aos ataques metalogrficos da poca.

No mesmo ano, na Alemanha, Eduard Maurer afirmava que uma liga ferro-cromo

elaborada por Brenno Straus resistiu por vrios meses aos vapores agressivos do laboratrio

em que trabalhava.

Os aos inoxidveis descobertos por Brealy e Strauss so, basicamente, os tipos

conhecidos hoje como ABNT 420 e ABNT 302. Na mesma poca, foram feitos tratamentos

trmicos a altas temperaturas para conseguir boa dutilidade (no tipo ABNT 302) e alta dureza

(no tipo ABNT 420). No primeiro caso, o tratamento foi dado por Maurer.

5

Na Alemanha, j em 1914, uma liga base de ferro e contendo 20% de cromo, 7% de

nquel e 0,25% de carbono foi utilizada numa fbrica de anilina e soda; imediatamente, os

aos inoxidveis foram adotados nas fbricas de amnia sinttica do pas.

As ligas ferro-cromo (17% cromo) e ferro-cromo-nquel (18% cromo e 8% nquel)

foram amplamente usadas nos anos de 1920/1930 nos Estados Unidos, Inglaterra e Alemanha,

em fbricas de amnia e cido ntrico (MODENESI, 2001).

O progresso obtido desde ento nos processos de fabricao e refino de ligas metlicas

permitiram o desenvolvimento de aos inoxidveis com diferentes composies qumicas,

microestruturas e propriedades qumicas e mecnicas. Estes aos so divididos em diferentes

classes que variam de acordo com os elementos qumicos presentes nos mesmos, tais

elementos so responsveis pela estabilizao da microestrutura ferrtica, austentica ou

ambas. Alguns aos inoxidveis chegam a ter em sua composio uma quantidade de at 30%

Cr, alm de outros elementos que podem ser adicionados tais como; Ni, N, Mo, Ti, Nb, Al,

Cu (CORROSION, 2003) (SEDRIKS, 1996).

Para determinados usos, os teores de cromo podem ser aumentados e outros elementos

tais como o molibdnio, nibio, titnio e nitrognio so adicionados, visando atender as

necessidades especficas dos usurios:

3.1.1 Influncia dos Elementos de Liga no Ao Inoxidvel

O elemento Cr (cromo): h resistncia corroso dos aos inoxidveis dependendo do

seu teor de cromo contido; quanto maior o cromo contido, maior a resistncia corroso.

O elemento Ni (nquel): muda a estrutura cristalogrfica da liga, torna o ao mais dctil,

tem pequeno efeito na resistncia corroso e o torna o ao no magntico.

O elemento C (carbono): com o cromo somente, torna o ao endurecvel por tmpera.

Os elementos Ti (titnio) e Nb (nibio) impedem a combinao do carbono com o

cromo, evitando perda de resistncia corroso, e melhoram a soldabilidade.

Na Tabela 1 esto apresentadas as principais classes e nomenclaturas dos aos

inoxidveis

Conforme foi mostrado na Tabela 1, os aos inoxidveis podem ser divididos em cinco

famlias: quatro so baseadas nas caractersticas cristalogrficas/microestruturais do ao:

ferrticos, martensticos, austenticos, dplex (austenita + ferrita). A 5 famlia, ligas

6

endurecidas por precipitao, baseada no tipo de tratamento trmico usado, ao invs da

microestrutura (S/A., 2001).

Os aos inoxidveis so bastante utilizados como utenslios domsticos; nas indstrias,

alimentcia, de cutelaria, e bebidas, entre outras; na rea petroqumica, na construo de

navios, na rea mdica etc.

Tabela 1. Classes e nomenclaturas dos aos inoxidveis (ANTUNES, 2010).

Classes das Ligas Aos mais comuns

Austentico S30100 S30400 S30403 S31600 S31603

S32100 S31000 S30815 N08904 S31254

Ferrtico S40900 S41003 S43000 S43932 S44400

Martenstico S41000 S42000 S43100 S44004

Duplex S32101 S32304 S32205 S32750 S32520

Endurecidas por precipitao S17400 S17700 S15500

3.1.2 Aos Inoxidveis Austenticos

Os aos inoxidveis austenticos constituem a maior famlia dos aos inoxidveis em

termos de nmero de ligas e utilizao e so os que tambm possuem a maior resistncia

corroso. Sua composio bsica se resume a Fe-Cr-Ni, e o nome que lhes foi atribudo se

deve a sua estrutura austentica a temperatura ambiente, ou seja, cbica de face centrada

(CFC). Estes aos no podem ser endurecidos por tratamento trmico, so no magnticos,

apresentam timas condies de estampabilidade e soldabilidade, e so muito susceptveis ao

fenmeno de CST (PINTO, 2006) (SEDRIKS, 1996) (BOTTON, 2008).

A adio de nquel como elemento de liga, em determinadas quantidades, permite

transformar a estrutura ferrtica em austentica, tendo como consequncia uma grande

mudana em muitas propriedades (LABANOWSK, 2007).

Embora no seja possvel mudar suas propriedades mecnicas por tratamento trmico,

sua resistncia trao e dureza pode ser aumentada pelo encruamento (FERNANDES,

2010).

Suas principais caractersticas so:

Ligas de ferro e cromo (17 a 25%) e nquel (7 a 20%).

Podem ser endurecidos por trabalho a frio (cerca de quatro vezes).

Podem ser facilmente soldados.

Possuem alta ductilidade.

7

Possuem elevada resistncia corroso.

So adequados para trabalho a elevadas temperaturas (at 925C).

So adequados para trabalho a baixas temperaturas.

De acordo com Sedriks (SEDRIKS, 1996), para aumentar a resistncia corroso das

ligas austenticas so feitas modificaes, atravs da adio de elementos de liga, tais como:

a) Adio de Mo, ou Mo+Ni, que so responsveis pela melhora da resistncia

corroso por pites;

b) Diminuio do teor de C e/ou estabilizao atravs de elementos, tais como Ti e Nb,

a fim de eliminar a possibilidade de ocorrncia de corroso intergranular em juntas soldadas;

c) Adio de Cr e Ni para aumentar a resistncia mecnica do material, alm de sua

resistncia oxidao a altas temperaturas;

d) Adio de S e Se, o que proporciona uma melhor conformao mecnica, entre outras

modificaes que geram a srie 300 dos aos inoxidveis.

Na Figura 1 pode-se observar que a adio de molibdnio (2% aproximadamente)

transforma o 304 no ao inoxidvel 316, um material muito mais resistente corroso por

pites e por frestas. Pode-se mencionar, como exemplo, que o ao 304 recomendado para

trabalhar, em temperatura ambiente, com guas que contm, no mximo, 200 ppm (partes por

milho) de cloreto. O ao 316, nas mesmas condies, recomendado em guas que

contenham at 800 ppm de cloreto (S/A., 2001).

Figura 1. Diagrama da srie 300 dos aos inoxidveis austenticos (S/A., 2001)

8

Segundo a Arcelor Mittal Inox Brasil (S/A., 2001), a quantidade mxima de carbono

nos aos 304, 316 e 317 de 0,08%. Quando estes materiais so submetidos a temperaturas

entre 425 e 850 C, o carbono e o cromo se combinam e se precipitam como carboneto de

cromo (M23C6). Esta precipitao ocorre preferencialmente nos contornos de gro do material,

o que provoca um empobrecimento de cromo nas regies adjacentes dos mesmos. O

fenmeno conhecido como sensitizao, e um material sensitizado (dependendo da

intensidade da precipitao de M23C6) pode ficar com quantidades de cromo em soluo

slida, nas adjacncias dos contornos de gro, to baixas que essas regies perdero a

resistncia corroso.

Os materiais sensitizados, quando esto em contato com determinados meios, em

particular os cidos, sofrero corroso. Como o empobrecimento do cromo ocorre nas

adjacncias dos contornos de gro, esse tipo de corroso, que acaba destacando os gros do

material, conhecida como corroso intergranular (CARB, 2001).

Devido ao fato da precipitao do cromo como carboneto, surge uma soluo bvia, que

reduzir a quantidade de carbono nestes materiais. Os aos inoxidveis 304L, 316L e 317L,

com carbono mximo de 0,03%, so as verses com baixo carbono para os aos 304, 316 e

317, e so utilizados na fabricao de equipamentos que trabalham com meios capazes de

provocar corroso em materiais sensitizados (S/A., 2001) (CARB, 2001).

3.1.3 AISI 316

uma liga de composta ao cromo-nquel-molibdnio, so no-tempervel e no-

magntico. Apresenta resistncia oxidao at a temperatura de 875C, porm a resistncia

corroso intergranular garantida at a temperatura de 300C (FERNANDES, 2010).

Esta liga possui molibdnio em sua composio, o que aumenta a sua resistncia

mecnica e a resistncia ao ataque corrosivo em meios clorados e no oxidantes.

(FERNANDES, 2010).

Esta liga conformada a frio, mas exige maiores esforos de conformao do que os

aos no ligados (FERNANDES, 2010).

Caracteriza-se por um coeficiente de dilatao trmica linear cerca de 50% superior ao

dos aos para construo mecnica (FERNANDES, 2010).

9

O ao inoxidvel 316 tem boa soldabilidade, independentemente do processo utilizado.

Para evitar a corroso intergranular, a temperatura mxima de trabalho de 200C, e

necessrio solubilizar os carbonetos precipitados durante a soldagem. Esta liga em estado

recozido apresenta as seguintes propriedades mecnicas: (FERNANDES, 2010)

Limite de escoamento a 0,2 %: 294 N / mm2;

Resistncia trao: 588 N / mm2;

Alongamento: 40%;

Estrico: 50%;

Dureza Rockwel: 150 HB aproximadamente;

Este ao utilizado para a constituio de estruturas que tm alta resistncia corroso,

tais como recipientes, vlvulas, tubos, equipamentos hospitalares, peas para as indstrias;

qumica, petrolfera, txtil, alimentcia, etc. utilizado em ambientes em que seja necessrio

o trabalho com substncias corrosivas, tais como cidos sulfurosos, cidos sulfricos, cidos

sulfurosos, banhos clorados, solues alcalinas, solues salinas etc. A composio qumica

tpica do ao AISI 316 mostrada na tabela 2 (FERNANDES, 2010).

Tabela 2. Composio qumica (% em peso) do ao AISI 316.

ABNT/SAE/AISI C mx Mn

Max.

P mx. S mx. Si Max Ni Cr Mo

316 0,08 2,00 0,045 0,030 0,030 10,0-

14,0

16,0-

18,0

2,0-3,0

(Catlogo Carbinox) Composio Qumica conforme Norma AISI.

3.2 Aos Inoxidveis Dplex

10

3.2.1 Caractersticas dos Aos Inoxidveis Dplex

Os aos denominados aos inoxidveis dplex fazem parte de uma classe de materiais

com microestrutura bifsica, composta por uma matriz ferrtica e ilhas de austenita, com

fraes volumtricas aproximadamente iguais dessas fases. Essa classe de materiais

caracterizada por apresentar interessante combinao de elevadas propriedades mecnicas e

de resistncia corroso (LOUREIRO, 2010).

Estes aos apresentam alto percentual de elementos de liga, como cromo, nquel,

molibdnio e nitrognio, que devem estar balanceados em forma apropriada a fim de

possurem fraes volumtrica similares de todas as fases e conceder a ferrita e austenita

resistncia corroso e resistncia mecnica (LOUREIRO, 2010).

Os diferentes tipos de aos inoxidveis dplex so, usualmente, separados em trs

grupos, com relao composio qumica (SENATORE, FINZETTO e PEREA, 2007):

a) Aos inoxidveis dplex de baixa liga: devido ao menor teor de elementos de liga so

materiais econmicos, no possuem molibdnio na composio qumica e podem substituir

aos inoxidveis austenticos como TP304L e 316L. Um tipo utilizada o UNS S32304 (SAF

2304).

b) Aos inoxidveis dplex de mdia liga: nessa famlia, enquadram-se os dplex mais

utilizados. A qualidade tpica o UNS S31803 (SAF 2205). Apresentam resistncia

corroso intermediria entre os austenticos comuns TP304L e 316L e aos inoxidveis

superaustenticos com 5 e 6% de molibdnio.

c) Aos inoxidveis dplex de alta liga: comumente designados por superdplex. O

UNS S32750 (SAF 2507) apresenta elevada resistncia corroso comparvel aos

superaustenticos que possuem entre 5 e 6% de molibdnio.

3.2.2 Propriedades Mecnicas dos Aos Inoxidveis Dplex

A combinao entre os elevados valores de alongamento da austenita com o elevado

limite de escoamento da ferrita nos aos inoxidveis duplex formam um conjunto de notveis

propriedades mecnicas (SENATORE, FINZETTO e PEREA, 2007) apud (VALERIANO,

2012).

11

Os aos inoxidveis duplex apresentam elevado limite de escoamento, na ordem de duas

vezes o valor dos aos austenticos. Alm disso, apresentam um alongamento mnimo em

torno de 25% (VALERIANO, 2012).

O comportamento mecnico dos aos inoxidveis dplex est intimamente relacionado

com a caracterstica de cada fase. Por isso o balanceamento entre as fraes volumtricas de

austenita e ferrita deve estar prximo de 50% para cada uma das fases, a fim de se maximizar

as propriedades mecnicas (SENATORE, FINZETTO e PEREA, 2007) apud (VALERIANO,

2012)

A Tabela 3 compara os elementos de liga dos aos inoxidveis de microestrutura dplex

com os aos inoxidveis austenticos (VALERIANO, 2012).

Tabela 3. Composio qumica dos principais aos inoxidveis

Na figura 2 pode-se visualizar a diferena entre as microestruturas dos Aos

inoxidveis.

Figura 2. Microestrutura tpica de um ao inoxidvel austentico (1) AISI 316L X 400 e

microestrutura tpica de um ao inoxidvel dplex (2) SAF2205 X 400 (SENATORE,

FINZETTO e PEREA, 2007).

12

A Tabela 4 faz comparao entre as propriedades mecnicas dos aos inoxidveis

austenticos e os dplex (LOUREIRO, 2010)(S/A., 2001).

Tabela 4. Comparao entre as propriedades mecnicas dos aos inoxidveis dplex e

austenticos:

Os aos inoxidveis dplex apresentam alta resistncia ao impacto na temperatura

ambiente (25C). Sua tenacidade est limitada a frao volumtrica e distribuio da ferrita.

3.3 Soldabilidade dos Aos Inoxidveis

Nas mais diversas aplicaes dos aos inoxidveis h necessidade de se realizar unio

pelo mtodo de soldagem, um dos principais processos industriais de unio de metais.

O processo de soldagem largamente utilizado na recuperao de peas desgastadas e

para aplicao de revestimentos de caractersticas especiais, frequentemente o ao inoxidvel

depositado sobre superfcies metlicas. Esta grande utilizao se deve a diversos fatores e,

em particular, sua relativa simplicidade operacional (MODENESI, 2001).

Apesar de sua ampla utilizao, processos de soldagem e processos afins afetam

mecnica, termicamente e metalurgicamente, em geral de uma forma intensa, a solda e

regies vizinhas a esta. Desta forma, podem ocorrer nestes locais alteraes de microestrutura

e de composio qumica, o aparecimento de um elevado nvel de tenses residuais, a

degradao de propriedades mecnicas ou qumicas e a formao de descontinuidades.

Portanto, particularmente em aplicaes de maior responsabilidade, nas quais a falha de um

componente pode levar a perdas materiais e at humanas, muito importante que os

responsveis pelo projeto, fabricao, avaliao e manuteno de produtos soldados tenham

um conhecimento bsico dos aspectos metalrgicos da soldagem (MODENESI, 2001).

13

3.3.1 Soldabilidade dos Aos Inoxidveis Austenticos

Os aos inoxidveis austenticos formam o maior grupo de aos inoxidveis em uso,

representando cerca de 65 a 70% do total produzido. Eles apresentam uma srie de

caractersticas prprias em relao s outras classes de aos inoxidveis, de tal forma que a

sua soldagem tambm apresenta aspectos prprios (ANTUNES, 2010).

Os aos inoxidveis austenticos so os mais facilmente soldveis dentre as trs

principais categorias e so prontamente fabricados por solda a arco. Os processos mais usados

so o eletrodo manual, o arco eltrico com proteo gasosa, como, por exemplo, GMAW,

GTAW e FCAW (CASTOLIN, 2006).

No h perigo de endurecimento devido ao ciclo trmico da solda, permanecendo as

juntas dcteis e resistentes na condio de soldadas. As nicas excees so as categorias

usinveis que contm enxofre e selnio, que esto propensos a trinca a quente, a menos que

sejam tomadas medidas de precauo, como a realizao de pr-aquecimento, entre outras

(CASTOLIN, 2006).

Com os processos de arco eltrico, o metal de solda protegido da oxidao atmosfrica

pela escria ou gs inerte. A proteo deve ser suficiente para obter todos os elementos

essenciais da liga e excluir todos os elementos estranhos que afetam a resistncia corroso

ou propriedades das juntas soldadas (CASTOLIN, 2006).

O carbono diminui rapidamente a resistncia corroso e altera as propriedades do ao

inoxidvel. Consequentemente, a sua presena na escria ou no gs protetor deve ser

controlada. O contedo de umidade dos revestimentos do eletrodo e dos gases de proteo

deve ser mantido a um nvel baixo, pois a umidade pode causar porosidade no metal de solda

(CASTOLIN, 2006).

Em relao ao preparo das juntas em aos inoxidveis austenticos, se pequenas fendas

juntas estiverem presentes nas soldas que estaro em contato com lquidos, poder ocorrer

uma forma de ataque seletivo conhecido como Corroso por Fendas.

A soldabilidade dos aos inoxidveis austenticos boa, no apresenta transformao

martenstica durante a soldagem e sua boa tenacidade implicam em menor susceptibilidade

fissurao pelo hidrognio. A baixa sensibilidade formao de porosidade e a zona fundida

apresentam propriedades que se aproximam do metal base. H grande facilidade de se obter

soldas adequadas sem pr-aquecimento e as juntas podem ser utilizadas sem tratamentos

trmicos ps-soldagem. Mas este resultado somente pode ser obtido pela escolha adequada do

processo de soldagem e do metal de adio, o que deve ser feito de acordo com os princpios

14

da metalurgia da soldagem destes aos, de sua soldabilidade e de suas condies de servios

(MODENESI, 2001).

A microestrutura da regio da solda nos aos da srie 300 difere em alguma extenso da

microestrutura do metal base. Na regio da solda a microestrutura do metal de base

constituda, na maioria dos casos, inteiramente de austenita, enquanto que a zona fundida (ZF)

pode reter quantidades variveis de ferrita temperatura ambiente. A microestrutura

presente na ZF pode ser analisada com o auxilio do diagrama pseudo-binrio do sistema Fe-

Cr-Ni para 70% de ferro, conforme est apresentado na Figura 3 (ANTUNES, 2010).

O metal em estado lquido contendo 70% Fe e com variadas quantidades de Cr e Ni

pode se solidificar de quatro maneiras (ANTUNES, 2010):

a) Inteiramente como austenita;

b) Inicialmente como austenita e posteriormente como ferrita;

c) Inicialmente como ferrita e depois como austenita;

d) Inteiramente como ferrita, medida que a relao entre os teores de Cr e Ni aumenta.

Figura 3. Diagrama pseudo-binrio Fe-Cr-Ni para um teor de ferro de 70% (PINTO, 2006).

No resfriamento aps a solidificao, a ferrita constituda anteriormente pode ainda se

transformar em austenita, resultando em uma microestrutura bifsica com diferentes

15

morfologias. Apresenta-se uma solidificao com austenita primria isto , na qual a austenita

a primeira fase a se solidificar, ocorre para uma relao Cr/Ni inferior a 1,5 e a solidificao

com ferrita primria ocorre para maiores 1,5 relaes Cr/Ni. Para valores superiores a 1,95, o

material solidifica-se totalmente como ferrita (ANTUNES, 2010).

Na regio zona termicamente afetada (ZTA), pode ocorrer o surgimento de trincas e

fissuras, nesta regio e menos comuns do que as fissuras na regio da zona fundida, sendo

posivel acontecer na soldagem em sees relativamente espessas de certos tipos de aos

inoxidveis, particularmente os que contm nibio. As trincas formadas so intergranulares,

podem se iniciar na ZTA ou nas regies no misturadas e parcialmente fundidas e se propagar

para a ZTA, como pode ser visualizado na figura 4.

Figura 4. Trincas intergranulares na ZTA e na regio no misturada da zona fundida de uma

pea fundida de ao inoxidvel. Aumento de 100x (MODENESI, 2001).

As trincas podem se iniciar margem da solda e propagar internamente na direo

superfcie ou seguindo o contorno da solda.

Os elementos Nb, Zr e B so prejudiciais, e quando o tamanho de gro aumentado por

um tratamento trmico a sensibilidade aumenta em aos contendo Nb. A formao de trincas

pode ser suprimida pelo uso de um metal de adio cuja temperatura de fuso seja menor que

do metal base, indicando que a fissurao ocorre a temperaturas muito elevadas.

Duas das modificaes metalrgicas produzidas pelo rpido ciclo trmico a que est

submetida a ZTA de um ao inoxidvel austentico relacionam-se aos efeitos da precipitao

de partculas de segunda fase e ao crescimento do tamanho de gro. Os principais precipitados

da ZTA so os carbonetos M23C6,enquanto que no metal de solda precipitam a ferrita delta e a

fase sigma. Os carbonetos M23C6 so ricos em cromo e precipitam nos contornos de gro da

16

zona termicamente afetada, sendo cercados por uma fina camada empobrecida deste

elemento. Este fenmeno conhecido como sensitizao (ANTUNES, 2010).

Segundo (IRVING, 1992), este fenmeno da sensitizao nos aos inoxidveis

austenticos pode ser assim explicado: para formar os carbonetos M23C6, necessria uma

quantidade adicional de cromo, o qual obtido das regies de contorno de gro. Os tomos de

cromo no contorno difundem-se rapidamente para o carboneto, fazendo com que tomos de

cromo das regies vizinhas ao contorno difundam-se em direo a ele para substituir aqueles

que passaram a constituir o carboneto. Desta forma, estas regies do contorno de gro no

formam a camada passiva de autoproteo por no terem cromo suficiente. Esta

microestrutura sensitizada torna-se menos resistente corroso devido camada empobrecida

em cromo e ao fato d e a regio de precipitao constituir-se em ponto preferencial de ataque.

Aps a soldagem dos aos inoxidveis austenticos, sua microestrutura do metal fundido

difere da microestrutura do metal de base. Por estes aos serem susceptveis a fissurao

durante a solidificao, a composio do metal fundido deve ser ajustada de forma a ter a

presena de certa quantidade de ferrita delta. Se o teor de ferrita exceder em 10%, isso

geralmente resulta numa rede contnua de ferrita ao longo dos limites dos gros, com um

efeito altamente prejudicial resistncia a corroso do ao inoxidvel austentico. Assim, o

teor de ferrita do metal de enchimento de aos inoxidveis austenticos mantido dentro dos

limites de 2 a 10%, segundo Ribbe, 1997 apud (ANTUNES, 2010).

3.3.2 Soldabilidade dos Aos Inoxidveis Dplex.

A soldabilidade dos aos inoxidveis duplex boa e parecida com a dos aos

inoxidveis austenticos da srie 300 (304L, 316L etc.). Nestes aos, pode ser utilizada a

maioria dos processos de soldagem usuais, tais como: TIG, MIG, plasma, eletrodo revestido,

arame tubular (EUTECTIC, 2006; CASTOLIN, 2006).

Problemas srios podem aparecer devido a alteraes metalrgicas ocorridas nas

operaes de soldagem, mas no detectadas por prticas convencionais (CASTOLIN, 2006)

(EUTECTIC, 2006)

De um modo geral, essas ligas solidificam-se abaixo de 1440 C e apresentam somente

ferrita nessa temperatura. Com a continuao do resfriamento da liga em torno de 1200 C,

inicia-se a formao da austenita. Ao final tem-se aproximadamente 50% de cada uma dessas

fases na microestrutura do ao. O aquecimento da zona fundida (ZF) e da zona termicamente

afetada (ZTA) acima de 1200 C comum (SOUZA, 2012). Durante o resfriamento dessas

regies, a austenita tende a se formar novamente, entretanto as velocidades de resfriamento

17

so elevadas aps a soldagem e a nova quantidade formada de austenita pode no ser

suficiente para garantir o bom desempenho do material (MODENESI, 2001).

O controle dos parmetros de soldagem, principalmente corrente, tenso e velocidade de

soldagem, podem influenciar para que a junta receba a quantidade de calor adequada e resfrie

com condies de temperatura e tempo para que as quantidades desejadas de austenita voltem

a ser formadas (E. B. NUNES, 2011).

Tambm deve-se levar em considerao os possveis problemas causados pelo

aparecimento de precipitados indesejveis na microestrutura da junta soldada. Essas fases,

conhecidas por secundrias (fase sigma, fase chi etc.), podem fragilizar as excelentes

propriedades mecnicas e a resistncia corroso dos aos duplex que se formam durante um

resfriamento rpido ou lento da junta soldada (CASTOLIN, 2006) (EUTECTIC, 2006).

A formao da fase sigma () em aos inoxidveis duplex se inicia com nucleao nos

contornos de gros, pontos triplos de gros ou discordncias. Estes ncleos formam-se,

predominantemente, nos contornos entre ferrita-ferrita e ferrita-austenita, em temperaturas

entre 600 C e 1000 C. Durante a precipitao desta fase, h difuso dos elementos Cr e Mo

da ferrita para sigma, podendo causar tambm a transformao de ferrita em austenita. Devido

lenta difuso de Mo da matriz de ferrita, quando comparado ao Cr, pode-se afirmar que o

molibdnio o responsvel pelo equilbrio na formao de sigma (SILVA, 2011)

Figura 5. Morfologia da fase sigma aps envelhecimento isotrmico a 750 C (SILVA, 2011).

3.4 Processo de soldagem GMAW

No processo de soldagem ao arco eltrico com gs de proteo (GMAW Gs Metal

Arc Welding), tambm conhecida como soldagem MIG/MAG (MIG Metal Inert Gas e MAG

18

Metal Active Gas), um arco eltrico estabelecido entre a pea e um consumvel na forma

de arame. O arco funde continuamente o arame medida que este alimentado poa de

fuso. O metal de solda protegido da atmosfera pelo fluxo de um gs (ou mistura de gases)

inerte ou ativo. A figura abaixo mostra esse processo e uma parte da tocha de soldagem

(FORTES e VAZ, 2005).

Figura 6. Processo bsico de soldagem MIG/MAG (FORTES e VAZ, 2005)

O conceito bsico de GMAW foi introduzido em meados de 1920, e tornado

comercialmente vivel aps 1948. O processo de soldagem MIG (Metal Inert Gas) se baseia

em uma fonte de calor de um arco eltrico mantido entre a extremidade de um arame

consumvel nu, alimentado continuamente, e a pea a ser soldada. A proteo da regio da

solda feita por uma atmosfera protetora de gs inerte (comercialmente, Ar e He).

Inicialmente foi empregado com um gs de proteo inerte na soldagem.

Consequentemente, o termo soldagem MIG foi aplicado primeiro e, posteriormente, no

emprego de gases ativos, o termo de soldagem MAG foi aplicado. Ento a soldagem

MIG/MAG uma referncia ao processo. Desenvolvimentos subsequentes acrescentaram

atividades com baixas densidades de corrente e com correntes contnuas pulsadas, emprego

em uma ampla gama de materiais, e o uso de gases de proteo reativos ou ativos

(particularmente o dixido de carbono, CO2) e misturas de gases. Esse desenvolvimento

posterior levou aceitao formal do termo GMAW Gas Metal Arc Welding para o

processo, visto que tanto gases inertes quanto reativos so empregados. No entanto, quando se

19

empregam gases reativos, muito comum usar o termo soldagem MAG (MAG Metal Active

Gas) (FORTES e VAZ, 2005).

O processo de soldagem funciona com corrente contnua (CC), normalmente com o

arame no plo positivo. Essa configurao conhecida como polaridade reversa. A polaridade

direta raramente utilizada por causa da transferncia deficiente do metal fundido do arame

de solda para a pea. So comumente empregadas correntes de soldagem entre 50 A at mais

que 600 A, e tenses de soldagem de 15 V at 32 V. Um arco eltrico autocorrigido e estvel

obtido com o uso de uma fonte de tenso constante e com um alimentador de arame de

velocidade constante (FORTES e VAZ, 2005).

De acordo com Wainer et al. (WAINER, BRANDI e MELLO, 1992), no processo

GMAW praticamente no h formao de escria como nos processos com eletrodo revestido

e arco submerso, apresentando ainda alta eficincia e taxa de deposio. Porm, necessita de

proteo contra ventos, em lugares onde as correntes de ar so considerveis, apresenta

dificuldade de realizao de soldas em lugares estreitos; e exige um conjunto de equipamentos

complexos (menos portteis em relao a outros processos) e um processo relativamente de

maior investimento e custo operacional.

De acordo com Welding Handbook AWS ((AWS), 2004), a regio da solda, aps

solidificada, constituda basicamente de trs regies: zona fundida (ZF), zona termicamente

afetada (ZTA) e metal base (MB). A Figura 9 ilustra, de forma esquemtica, essa situao.

Figura 7. Desenho esquemtico da seco transversal de uma solda (WAINER, BRANDI e

MELLO, 1992).

A zona fundida a regio onde o material funde-se e solidifica-se durante a operao de

soldagem. As temperaturas nesta regio so superiores temperatura de fuso do metal.

A zona termicamente afetada (ZTA) ou zona afetada pelo calor (ZAC) a regio no

fundida do metal base que tem sua microestrutura e/ou propriedades alteradas pelo ciclo

trmico de soldagem. Na ZTA, o aquecimento rpido e localizado induz a variaes na

microestrutura, tal como a variao do crescimento de gro ao longo da mesma. Esta variao

20

depender do tipo de material analisado, da temperatura local e das taxas de aquecimento e de

resfriamento localizados (ANTUNES, 2010). A regio do metal base aquela mais afastada

do cordo de solda e que no afetada pelo processo de soldagem. Geralmente, no caso dos

aos, as temperaturas atingidas nessa regio so inferiores a 400C.

3.5 Corroso

A corroso definida como a deteriorizao de um material, geralmente metlico, por

ao qumica ou eletroqumica do meio ambiente, aliada ou no a esforos mecnicos

(GENTIL, 2007).

Os processos corrosivos so eletroqumicos e apresentam mecanismos idnticos uns

aos outros, pois sempre so constituidos de reas andicas e catdicas, nas quais circular

uma corrente de eltron e uma corrente de ons, ocasionando, a perda de massa e modo de

ataque sobre o material que pode dar-se de formas e ou ambientes diferentes (NUNES 2007

apud VALERIANO, 2012).

A corroso pode ser uniforme ou localizada. A corroso localizada mais difcel de

predizer e controlar, pois existem vrios tipos de corroso localizada, como a corroso por

pite, corroso galvnica, fissurao induzida pelo hidrognio, corroso por fadiga, corroso

intergranular e corroso sob tenso (VALERIANO 2012).

A corroso uniforme o ataque de toda a superfcie metlica que est em contato com o

meio corrosivo, levando reduo de espessura. Esta forma de corroso ocorre em geral

devido a micropilhas de ao local e o mais comum e ocorrendo principalmente em

estruturas expostas atmosfera (GENTIL, 2007).

A corroso uniforme a corroso de mais fcil verificao, em especial quando se trata

de corroso interna em equipamentos ou instalaes, verificando-se que a reduo de

espessura aproximadamente a mesma em toda a superfcie metlica. Mas, de maneira

contrria, a corroso localizada aquela que ocorre em regies determinadas e, em certas

vezes, em locais de difcil deteco, o que pode resultar em fissuras (JONES 1992 apud

VALERIANO).

3.5.1 Corroso Sob Tenso

A corroso sob tenso um tipo de corroso que se produz por efeito combinado de

uma ao mecnica e de um meio corrosivo especfico. Na ausncia da ao mecnica, o

21

fenmeno de corroso pode no acontecer ou se manifestar de maneira menos agressiva

(GEMELLI, 2001). Apenas ocorre a corroso sob tenso se o material for susceptvel, se o

material estiver sofrendo tenso e se estiver em meio corrosivo, conforme apresentado na

Figura 8. Condies mnimas para a ocorrncia de corroso sob tenso.

Figura 8. Condies mnimas para a ocorrncia de corroso sob tenso (FERNANDES,

2010).

A corroso sob tenso uma fissurao provocada pela corroso associada a tenses

residuais ou a tenses externas constantes. Por ser localizada, a perda de massa do material

corrodo , em geral, muito pequena. Entretanto, esse tipo de corroso traz consequncias

prticas importantes, tendo em vista o grande nmero de materiais metlicos utilizados e por

ser um fenmeno difcil de previso. A fissurao dos materiais induzida pelo meio no se

restringe aos materiais dcteis. Observou-se tambm que, quando expostos a certos meios

corrosivos, alguns materiais como vidros, plsticos e cermicas mostraram uma grave

degradao de suas propriedades mecnicas. Distinguem-se vrios fatores importantes da

corroso sob tenso, dentre elas (GEMELLI, 2001):

A) Tenses. As tenses de origem interna surgem por meio das operaes de

conformao mecnica (laminao, trefilao, extruso, embutimento etc.), dos tratamentos

trmicos (tmpera, transformao de fase), dos tratamentos de superfcie, dos gradientes

trmicos etc. As tenses externas so mais facilmente definidas, e resultam das condies de

utilizao. Baixas tenses, a partir de 50% do limite de elasticidade do material, podem

provocar corroso sob tenso. Quando uma trinca observada do interior do material, h uma

concentrao de tenso induzida pela presena dessa trinca. Entretanto, quando a trinca

observada de dentro do meio agressivo, as paredes da trinca praticamente no apresenta

tenses, enquanto uma alta concentrao de tenso encontrada na ponta da trinca. O meio

corrosivo est em contato com um material altamente heterogneo. O material apresenta-se

praticamente livre de tenses, mas com uma alta concentrao de tenso localizada na ponta

22

da trinca. A simulao numrica de trincas mostra que essa heterogeneidade se estende sobre

curtas distncias, da ordem de algumas distncias interatmicas.

B) Meio corrosivo e material. A manifestao do fenmeno de corroso e o seu tipo de

propagao no interior do metal depende do metal (ou liga) e meio corrosivo, conforme pode-

se observar na tabela 6 referente a alguns materiais e meios que permitem a ocorrncia de

CST.

Tabela 5. A Tabela que indica alguns sistemas material-meio corrosivo:

Material Meio corrosivo

Aos inoxidveis austenticos Solues contendo ons de alogenetos (Cl , Br , )

+H2O H20 a alta temperatura

cidos politinicos

Aos ao carbono -OH+H2O

N03+HP I;I2S + Hp

gua do mar

., Ligas de alumnio Cl-+HP

Br+H2O

1-+ H20

Lato Cu-30Zn Solues de amonaco e mercrio

Ligas de titnio Solues de H2N03, solues contendo ons

agressivos (Cl, Br, 1-)

Os aos inoxidveis austenticos so sensveis corroso sob tenso em meios que

contm ons. Essa sensibilidade depende da temperatura e da concentrao de ons agressivos.

Um ao inoxidvel Fe-18Cr-10Ni, por exemplo, comea a se trincar a partir de 0 C quando

imerso em uma soluo que contenha entre , e mg l de ons de Cl . Acima de 5 mg/l de

ons de CI- o ao se trinca a partir de 40 C (GEMELLI, 2001).

Resduos de certos elementos qumicos especficos presentes na soluo podem

provocar fissuras. Assim, basta uma concentrao de 50 X 10-6 M de NaCI em gua a 80C

para provocar a corroso de um ao inoxidvel contendo 18% Cr e 10% Ni e submetido a uma

baixa tenso (GEMELLI, 2001).

A resistncia dos aos inoxidveis austenticos depende tambm da sua composio

qumica. Em soluo de cloreto de magnsio, a resistncia fissura aumenta com a

concentrao de molibdnio, cromo e nquel (GEMELLI, 2001).

O fenmeno da CST ocorre em materiais que apresentam boa resistncia corroso

generalizada, tais como aos austenticos, ligas de titnio etc. Tambm os aos inoxidveis

23

ferrticos so susceptveis a este fenmeno, porm em muito menor escala comparativamente

aos aos austenticos (SILVA, 2011). Conforme Figura 9.

Figura 9. Corroso sob tenso no ao AISI-446 em soluo de NaCl (250x) (SILVA, 2011).

3.5.2 Mecanismos de Propagao das Trincas

A ocorrncia da CST e o mecanismo que a envolve ainda no esto totalmente

explicados, assim no existe um mecanismo universal estabelecido. A complexa inter-relao

entre o metal e as propriedades do meio a razo de no existir um mecanismo definido

(SILVA, 2011).

Existem trs estgios principais que envolvem a corroso sob tenso do ponto de vista

de Wolynec (1988 Apud Silva 2011).

- No 1 estgio, acontece o ataque corrosivo de forma lenta, no qual produz uma

corroso tipo pite ou outra forma de concentrao de tenso, que pode desenvolver uma

trinca.

- No 2 estgio, acontece o desenvolvimento da trinca no ponto inicial a partir da

corroso no primeiro estgio. Este efeito e o efeito da tenso promovem a propagao da

trinca, com consequente aumento de tenso na extremidade da trinca.

- No 3 estgio, a trinca continua se propagando, devido unicamente pela ao da

tenso de trao e da perda de rea do componente com a corroso; desta forma, ocorre a

fratura rpida sob ao da tenso. A fratura est associada ao fato de a tenso aplicada exceder

a resistncia do ao.

Em solues de cloretos, as maneiras de ataque esto associadas com heterogeneidades

estruturais (como exemplo, onde ocorreu a corroso por pites, normalmente em incluses de

MnS e a corroso intergranular, ocorre ao longo dos contornos de gro empobrecidos em

24

cromo), enquanto que as trincas de CST em cloretos adotam um caminho transgranular com

alguns segmentos de trinca seguindo os planos de escorregamento da rede austentica ( Duffo

e AL, 1988 apud Silva, 2011).

Estudos feitos por (SEDRIKS, 1996) sobre o trincamento por cloretos demostram que o

degrau de escorregamento criado pela deformao rompe a camada de filme passivo, o que

expe a superfcie metlica ao meio corrosivo.

Existe uma competio entre a ruptura do filme e a tendncia de o material passivar pela

formao do filme de proteo e a interrupo do desenvolvimento de tal filme pela formao

de bandas de escorregamento que o rompe o filme, portanto esta interao leva ao trincamento

transgranular (SILVA, 2011).

A fissurao intergranular pode ocorrer em situaes em que os contornos de gros so

menos passivados do que o interior do gro (SEDRIKS, 1996).

Manfredi et al(1987 apud SILVA, 2011), observaram que a fissurao transgranular por

CST do ao inoxidvel AISI-304 em soluo de MgCl2 (SILVA, 2011), ocorriam por uma

reao andica com o meio corrosivo, onde os compostos de baixo ponto de fuso,

geralmente filmes salinos ricos em cloretos, so formados sob sua superfcie metlica. Desta

maneira, a propagao das trincas se d pelo mecanismo de ruptura dos filmes. Ainda

segundo os autores, a fissurao ocorre provavelmente devido segregao de impurezas de

baixo ponto de fuso nos contornos de gro.

3.5.3 Efeitos da Tenso na CST

O aparecimento de uma trinca por CST em um componente, visando vida til deste,

estar limitado pela velocidade de propagao desta trinca, tornando necessrio realizar

inspees para que se possa estimar a sua vida til, bem como estabelecer as condies de

manuteno e reposio das partes afetadas. A susceptibilidade de ligas metlicas CST

depende de fatores como composio qumica, microestrutura, processo de fabricao e

tratamento trmico sofrido pelo material. Duas principais fontes de tenso so capazes de

promover o processo de CST: as tenses resultantes das condies de operao (presso,

temperatura e carregamento mecnico) e as tenses residuais (provenientes de soldagem,

operaes de conformao mecnica). As tenses existentes durante a operao so

consideradas nos projetos e devem obedecer a normas e cdigos especficos. Entretanto,

elevadas tenses residuais podem ser criadas durante os processos de fabricao e de

soldagem e essas podem ser maiores do que as tenses de operao e tendem a ser uma fora

25

motriz dominante para a iniciao e o crescimento de trincas por CST (SILVA, 2011) e

(Schavartzman ET AL.2009).

3.5.4 Fatores Relevantes da Corroso Sob Tenso

Alguns fatores so importantes na susceptibilidade na corroso sob tenso dentro os

quais se destacam:

Tenso: as tenses internas ou as tenses externas resultantes das condies de trabalho,

abaixo do limite de elasticidade do material (tenso mnima), provocam corroso sob tenso

associada a um meio agressivo (FERNANDES, 2010).

Segundo (GEMELLI, 2001), quando uma fissura observada no interior do material,

tambm h uma concentrao de tenso induzida pela presena dessa fissura. Porm, se a

fissura observada dentro do meio agressivo, as paredes da fissura esto praticamente

ausentes de tenses.

Fontana (FONTANA, 1986) ressalva que os critrios para essas tenses que sejam

simplesmente tenses de trao e que tenham um valor suficiente com diferentes fontes:

aplicada, residual, trmica ou de soldagem.

A figura 10 mostra curvas tpicas de tenso em funo do tempo de fratura de alguns

aos inoxidveis austenticos. Em cada curva observa-se que com o aumento da tenso

aplicada, h uma diminuio do tempo de ruptura (FERNANDES, 2010).

O meio corrosivo: a influncia do meio corrosivo na manifestao do fenmeno de

corroso e o seu tipo de propagao no interior do metal depende do sistema metal-meio

corrosivo. A tabela 7 indica alguns desses sistemas.

Figura 10. Comportamento de aos inoxidveis a CST em soluo efervescente de cloreto de

magnsio 42%. Fonte: (ASM Handbook ,1989).

26

Tabela 6. Alguns tipos de materiais meios que causam corroso sob tenso de alguns metais e

suas ligas. (GEMELLI, 2001).

Material Meios

Aos Comuns Solues de NaOH - Na2SIO2, cidos mistos de H2SO4 e HNO3, nitrato de sdio, gua do mar

Aos inoxidveis Solues de MgCl2, BaCl2, H2O2, H2S, NaOH-H2S, gua do mar

Inconel Solues de soda custica

Ligas de alumnio Solues de NaCl H2O2, NaCl , gua do mar

Ligas de cobre Solues em vapores de amnia, aminas

Ligas de magnsio Solues de NaCl K2CrO4, gua destilada

Ligas de ouro Soluo de FeCl3

Ligas de titnio cido ntrico fumegante, gua do mar, HCl - metanol.

Monel Soda custica fundida, cido fluordrico.

O tempo de ruptura ou falha pode levar algumas horas ou at alguns anos. Deste modo,

quatro estgios caracterizam a influncia do parmetro tempo na CST (FERNANDES, 2010):

perodo de incubao, formao de um filme passivo, formao (nucleao) e propagao de

fissuras (trincas), ruptura do material.

O tempo de incubao se caracteriza pela nucleao das trincas aps certo tempo.

depois deste perodo, tem-se a propagao das trincas (fissuras) at a fratura do material.

Logo, o tempo de fratura a soma do tempo de incubao com o tempo de propagao das

fissuras (GEMELLI, 2001).

A temperatura: a influncia da temperatura no estudo da CST dos aos inoxidveis

diminui a estabilidade dos filmes passivos quando a mesma ultrapassar um determinado valor

crtico. Com o aumento da temperatura ocorre o aumento da velocidade de fratura na CST , e

a partir de um determinado valor de temperatura a cintica da reao ocorre mais lentamente

(GEMELLI, 2001). Fazendo uma anlise da Figura 11, observa-se que a curva perde a sua

linearidade prximo a uma temperatura de 80 C com a elevao da temperatura (SPEIDEL,

1981).

27

Figura 11. Comportamento da velocidade da trinca em relao a temperatura do meio

corrosivo (SPEIDEL, 1981).

O fator metalrgico; os aspectos metalrgicos, como composio qumica mdia de

algumas ligas, interaes das discordncias, orientao preferencial dos gros, composio e

distribuio dos precipitados e ocorrncia das transformaes de fase, influenciam na CST

(FERNANDES, 2010).

A escolha de materiais que so imunes a CST torna-se necessrio pois a composio

qumica do metal altera a susceptibilidade, como, por exemplo, nos aos inoxidveis

compostos por Fe-Cr-Ni que adquirem uma susceptibilidade mxima com o nquel (Ni) em

torno de 9% (BRASIL, 2003).

Quando o elemento qumico nitrognio adicionado aos aos inoxidveis, isso

possibilita uma melhora na resistncia ao desgaste, na resistncia corroso e na sua

resistncia mecnica. J a sua substituio por carbono, permite a obteno de materiais com

elevado limite de escoamento. O que difere em suas propriedades mecnicas e na resistncia a

corroso quando os aos inoxidveis so ligados com carbono (C) ou nitrognio est relacionado

s diferenas na configurao eletrnica da rede cristalina (GARZN, 2005).

O trincamento por CST geralmente causado pela contaminao acidental em processos

industriais atravs de solues aquosas contendo cloretos ou pela contaminao da superfcie do

material, durante a fabricao ou o seu transporte. As solues que contm cloretos so as

condies mais severas quando entram em contato com a superfcie do material. conforme mostra

a Figura 12 (GEMELLI, 2001). Algumas precaues podem ser tomadas para evitar a

contaminao, por exemplo, por gua do mar durante a fabricao, transporte e armazenagem

desses materiais. Em aos inoxidveis austenticos a CST pode ocorrer com elevadas

concentraes de ons hidroxila, e em ambientes oxigenados com gua fervente o trincamento por

CST tambm pode ocorrer (MODENESI, 2001).

28

Os aos inoxidveis so ligados com carbono (C) ou nitrognio, e isto est relacionado

s diferenas na configurao eletrnica da rede cristalina (GARZN, 2005).

Figura 12. Fissurao por Corroso Sob Tenso em arames de Fe-Cr-Ni submetidos a uma

soluo fervente de cloreto de magnsio (FONTANA, 1986).

Segundo (GENTIL, 2007), so observadas algumas caractersticas de interao de

tenses estticas e corroso associadas ao fenmeno do trincamento por CST como, por

exemplo: deformao do metal, fraturas frgeis e seletividade dos meios corrosivos em

relao aos metais.

Segundo (MODENESI, 2001) ressalva que os aos inoxidveis austenticos podem

sofrer contaminao superficial em contato com o zinco, por ser este um metal de baixo ponto

de fuso, causando penetraes e fissurao intergranular nesses aos. Tambm

aconselhvel evitar qualquer contaminao superficial com tintas, por exemplo, se estes aos

forem expostos a temperaturas superiores a 400 C.

3.5.5 Ensaios de Corroso Sob Tenso

Tem sido desenvolvido diferentes tcnicas experimentais para se fazer uma avaliao

comportamental de materiais que so susceptveis a CST, e algumas dessas tcnicas retratam

29

o comportamento o mais real possvel sob esforos mecnicos e a meios corrosivos (GENTIL,

2007).

Por ser um tema muito vasto, a CST envolve uma anlise de avaliao do material e do

ambiente em condies de tenses aplicadas ou residuais, que podem afetar o seu

desempenho durante o decorrer de seu uso. O uso de mtodos de ensaios de CST serve para

avaliar fatores como: histrico de processo, composio do produto, condies ambientais de

servio e carga de trabalho (FERNANDES, 2010).

Tambm fundamental estabelecer uma conexo entre os resultados das avaliaes dos

testes de CST em laboratrio com as aplicaes reais de servios. Por isso esses ensaios nos

fornecem resultados com um maior nvel de confiana, resultando em um menor custo para as

indstrias e empresas (GENTIL, 2007).

Os mtodos utilizados para verificar a CST so os ensaios de iniciao de trincas,

ensaios de crescimento de trinca e ensaios de propagao de trincas. De acordo com

(GEMELLI, 2001), o estudo da CST e a fragilizao por hidrognio so feitos atravs de

ensaios realizados em laboratrio classificados em:

- Ensaios com carga ou deformao constante;

- Ensaios com velocidade de deformao constante.

De acordo com o dispositivo de ensaio utilizado podem ser obtidos resultados

quantitativos ou qualitativos. Nos ensaios quantitativos geralmente so feitos em uma

mquina de trao. Dependendo do corpo de prova utilizado, os ensaios so classificados em

trs tipos (GEMELLI, 2001):

- ensaios estticos com corpo de prova no entalhado;

- ensaios estticos com corpo de prova entalhado;

- ensaios de trao a baixa velocidade de deformao.

Neste contexto, somente sero abordados os ensaios deste estudo - os ensaios estticos

com corpos de prova no entalhados, pois foram utilizados equipamentos do laboratrio do

IEM (Instituto de Engenharia Mecnica da UNIFEI) para realizar esta pesquisa.

3.5.5.1 Ensaios de Corpo de Prova no Entalhado.

O ensaio de corpo de prova no entalhado realizado de maneira que se utiliza carga

constante ou a deformao constante, o que permite caracterizar a sensibilidade de um

30

material corroso sob tenso e a fragilizao pelo hidrognio. Os corpos de provas so

submetidos a esforos de trao ou flexo e, simultaneamente, expostos ao meio corrosivo.

Verifica-se o tempo de falha tf (tempo at a falha) do corpo de prova (FERNANDES, 2010).

O tempo de falha corresponde ao tempo necessrio para a ruptura do corpo de prova, o qual

corresponde soma dos tempos de incubao e propagao das trincas (FERNANDES, 2010)

(GEMELLI, 2001).

De acordo com (GEMELLI, 2001), nos ensaios com carga constante, a tenso real em

funo do tempo aumenta com a propagao das trincas devido diminuio da seo real do

corpo de prova. Na Figura 13 observa-se uma comparao da evoluo da tenso real e da

tenso nominal em funo do tempo em ensaios carga constante ou deformao constante,

em que estabelece para os ensaios a deformao constante uma diminuio da tenso nominal

com o decorrer do tempo.

Figura 13. Evoluo da tenso real e da tenso nominal nos ensaios a carga e ou a

deformao constante (GEMELLI, 2001).

Em ensaios estticos com corpos de prova no entalhados e para pequenas deformaes

(x0 /y0

31

X0 - distncia de deformao mxima;

Y0 - distncia entre os apoios externos;

Y1- distncia entre os apoios externos e internos (GEMELLI, 2001).

Figura 14. Curva esquemtica para o tempo de falha tpico em funo de uma tenso aplicada

em ensaios de corroso.

Segundo (BARBOSA, 1995), o mtodo de ensaio com corpo de prova no entalhado

apresenta uma flexibilidade no tamanho do corpo de prova e na faixa de tenso utilizada.

Outra vantagem a ser destacada na CST que as fraturas dos corpos de provas so completas

e de fcil localizao. A Figura 14 mostra uma curva do logaritmo do tempo de exposio do

material em um ensaio de corroso em funo da tenso aplicada . Nessa curva, observa-se

que, com uma determinada tenso aplicada no material, o tempo de fratura corresponde ao

tempo de incubao (nucleao) das trincas com o tempo de propagao das trincas.

A norma ASTM G36-73, apresenta a maneira como os ensaios em aos inoxidveis

austenticos so feitos em soluo efervescente de cloreto de magnsio. A utilizao do

cloreto de magnsio nos ensaios de CST em aos inoxidveis se deve enorme agressividade

ao metal. Neste tipo de ensaio o tempo gasto para a fratura do material o parmetro a ser

medido e relacionado susceptibilidade CST do material (FERNANDES, 2010).

38

4 MATERIAIS E MTODOS

4.1 Materiais

4.1.1 Metais Utilizados.

Os materiais utilizados para realizao dos ensaios foram s chapas de ao inoxidvel

austentico AISI 316 e de Ao inoxidvel dplex AISI 2304 (UNS 32304) no estado laminado

Tabela 7. A Tabela que mostra a composio do aos inoxidvel austentico utilizado.

AISI 316 % Fe C Si Mn P S Cu Cr Ni Mo

70,325 0,032 0,49 1.367 0,051 0,005 0,097 16,218 9,215 1,993

Ti Sn V Al Nb W Mg Ce Co

0,004 0,005 0,043 0,002 0,02 0,02 0,018 0,017 0,076

Tabela 8. Composio qumica do ao inoxidvel duplex 2304 (UNS 32304).

Elemento C Mn Si P Si Cr Ni Mo Ni O

% 0,02 1,356 0,46 280

ppm

10 ppm 22,23 3,61 0,31 1090

ppm

33 ppm

Uma comparao entre as propriedades mecnicas dos materiais utilizados so mostrado

na tabela abaixo.

Tabela 9. Tabela de comparao da propriedades mecnicas dos materiais utilizados.

39

4.1.2 Metais de Adio

Com o intuito de avaliar a influncia da composio qumica do metal de adio na

susceptibilidade a corroso sob tenso da unio de aos inoxidveis dissimilares, utilizou-se

como metais de adio arames slidos com 1,2 mm de dimetro de aos inoxidveis

austenticos AISI 316L e o arame de adio de ao inoxidvel dplex o 2209. Na Tabela 10,

apresenta-se a composio nominal dos dois aos inoxidveis utilizados.

Tabela 10. Composio dos arames (ESAB, 2010).

Liga Composio (% em peso)

Arames C Cr Mo Ni Mn Si P Cu

AISI 316L 0,02 17,5 2,8 12,2 1,7 1 0,02 0

ER2209 0,03 22,5 3,3 8,5 1,7 0,5 0 0,3

4.1.3 Soluo de Ataque

Para o ensaio de corroso sob tenso usou-se como meio corrosivo soluo aquosa de

cloreto de magnsio MgCl com concentrao de 43%. Na preparao da soluo, foi utilizado

cloreto de magnsio hexa hidratado (MgCl2 .6H2O) e gua destilada. Para cada 150 ml de

soluo, adicionou-se 200g de cloreto de magnsio hexa-hidratado (MgCl2.6H2O) e 17,6 ml

de gua destilada.

A soluo preparada tem seu ponto de ebulio em aproximadamente 145 C. A faixa

de temperatura utilizada foi de 145C2, que pode ser conseguida com pequenas variaes na

concentrao da soluo preparada. Foi encontrado o valor de 4.02 para o pH da soluo a

25C .

Figura 15. Foto do medidor de pH e a soluo.

40

4.2 Mtodos.

Para a realizao do trabalho, foram usadas chapas de ao inoxidvel 316 e 2304 com

espessuras de 3 mm e 4 mm, respectivamente.

4.2.1 Confeco dos Corpos de Prova.

Os corpos de prova foram confeccionados, preparados superficialmente e utilizados de

acordo com as normas ASTM G58-78 (G58-78) e ASTM E8-79 (E8-79).

O processo de confeco dos corpos de prova, desde o recebimento at o produto final

seguiu as seguintes etapas:

As chapas foram recebidas nas dimenses de 195 x 300 mm.

Foram, em seguida, recortadas em uma serra de fita horizontal na medida de 65 x 300

mm.

Nessas tiras foram feitos, ento, chanfro de 30, foi deixado 1 mm para a raiz e as

chapas foram unidas com a utilizao do processo de soldagem MIG/MAG, atravs da

utilizao de uma fonte de multiprocesso da Esab AristoPower460 e tambm da utilizao do

carro tartaruga para que se pudesse manter a velocidade de passe constante.

As chapas foram soldadas no laboratrio de soldagem da UNIFEI, pelo processo de

soldagem MIG (Metal Inert Gas), de forma que obteve-se um total de seis juntas soldadas:

trs com a utilizao do metal de adio E316L e trs com s utilizao do metal de adio o

2209.

Os parmetros de solda utilizados para ambos os metais de adio, foram valores

recomendados pelo fabricante do arame para obteno da melhor solda e esto apresentados

na Tabela 11.

Tabela 11. Tabela dos parmetros de soldagem utilizados.

Parmetros Utilizados para o Processo de Soldagem

Arame 316 2209

Corrente (A) 115 122

Voltagem (V) 18,7 19

Velocidade de alimentao do arame (m/mim) 3 4,5

Gas de proteo Argnio Argnio

Vazo do gs de Proteo (l/min) 14 14

Stick-out (mm) 9 9

41

O equipamento para a soldagem e os acessrios utilizados esto na figura 16.

Figura 16. Apresentao do equipamento utilizado, a tocha e o carro tartaruga, utilizadas para

a unio das chapas.

.

Figura 17. Chapa j soldada.

Todas as soldas foram realizadas na posio plana. As chapas foram rigidamente

fixadas em uma bancada com o objetivo de evitar o seu empenamento excessivo devido

pequena espessura.

Novamente as chapas foram cortadas em uma serra de fita horizontal, na medida de

20x128 mm.

Aps o corte foram feitos ento dois furos de 8 mm de dimetro cada um, espaados de

103mm , centro a centro.

42

Esses

dissertação de mestrado - influÊncia do metal de adiÇÃo na susceptibilidade À corrosÃo sob...

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