Materiais metálicos



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Corrosão

Corrosão de metais

A corrosão é um tipo de deterioração que pode ser facilmente encontrada em obras metálicas. O aço oxida quando em contacto com gases nocivos ou humidade, necessitando por isso de cuidados para prolongar sua durabilidade. A corrosão é um processo de deterioração do material que produz alterações prejudiciais e indesejáveis nos elementos estruturais. Sendo o produto da corrosão um elemento diferente do material original, a liga acaba perdendo suas qualidades essenciais, tais como resistência mecânica, elasticidade, ductilidade, estética, etc.

Em certos casos quando a corrosão está em níveis elevados, torna-se impraticável sua remoção, sendo portanto a prevenção e controle as melhores formas de evitar problemas.




Tipos de corrosão

1 Corrosão uniforme

Mais comum e facilmente controlável, consiste em uma camada visível de óxido de ferro pouco aderente que se forma em toda a extensão do perfil. É caracterizada pela perda uniforme de massa e consequente diminuição da secção transversal da peça.

Esse tipo de corrosão ocorre devido à exposição directa do aço carbono a um ambiente agressivo e à falta de um sistema protector.

Comummente, o sistema protector pode-se romper durante o transporte ou manuseio da peça, devendo ser rapidamente reparado, antes que ocorra a formação de pilhas de acção local ou arejamento diferencial.

Prevenção e Controle: Dependendo do grau de deterioração da peça, pode-se apenas realizar uma limpeza superficial com jacto de areia e renovar a pintura antiga. Em corrosões avançadas, deve-se optar pelo reforço ou substituição dos elementos danificados.

Em qualquer caso é preciso a limpeza adequada da superfície danificada.

A corrosão uniforme pode ser evitada com a inspecção regular da estrutura e com o uso de ligas especiais como o aço inoxidável. Sua localização é uma das mais simplificadas e permite que problemas sejam evitados quando se existe serviços de manutenção preventiva.

Este tipo de corrosão ocorre em geral devido a micropilhas de acção local e é, provavelmente, o mais comum dos tipos de corrosão principalmente nos processos corrosivos de estruturas expostas à atmosfera e outros meios que provocam uma acção uniforme sobre a superfície metálica.



fig. 1 Corrosão em uma coluna de aço fig. 2 Corrosão uniforme em coluna metálica



2 Corrosão Galvânica

Esse tipo de corrosão ocorre devido a formação de uma pilha electrolítica quando utilizados metais diferentes. As peças metálicas podem se comportar como eléctrodos e promover os efeitos químicos de oxidação e redução.

É fácil encontrar esse tipo de contacto em construções. A galvanização de parafusos, porcas e arruelas; torres metálicas de transmissão de energia que são inteiramente constituídas de elementos galvanizados, esquadrias de alumínio encostadas indevidamente na estrutura e diversos outros casos decorrentes da inadequação de projectos

Atrás temos um exemplo do que pode ocorrer do contacto de telhas galvanizadas ou de alumínio com a estrutura, da criação de furos nas peças estruturais e fixação das telhas com parafusos galvanizados.

Prevenção e Controle: Ela é evitada através do isolamento dos metais ou da utilização de ligas com valores próximos na série Galvânica.

Uma forma muito utilizada é a protecção catódica, que consiste em fazer com que os elementos estruturais se comportem como cátodos de uma pilha electrolítica com o uso de metais de sacrifício. Dessa forma, a estrutura funcionará como agente oxidante e receberá corrente eléctrica do meio, não perdendo electrões para outros metais.

Fig 4 Exemplo de esquadria metálica afastada da estrutura por um material isolante.
3 Corrosão por concentração diferencial

Os processos corrosivos ocasionados por variação na concentração de determinados agentes no meio provocam também, de um modo geral corrosão localizada. São resultantes da acção de pilhas de concentração iónica diferencial e pilhas de arejamento diferencial.

Os principais processos corrosivos por concentração diferencial são: a corrosão por concentração iónica diferencial, a corrosão por arejamento diferencial, a corrosão em frestas e a corrosão filiforme.


3-1 Corrosão por concentração iónica diferencial

Este tipo de corrosão ocorre toda vez que se tem variações na concentração de iões do metal no electrólito. Como resultado ter-se-á potenciais electroquímicos diferentes e consequentemente uma pilha onde a área em contacto com menor concentração funcionará como ânodo e a área em contacto com maior concentração como cátodo.


3-2 Corrosão por arejamento diferencial

Este tipo de corrosão ocorre toda vez que se tem variações na concentração de oxigénio no electrólito.

Como o potencial electroquímico de um material metálico torna-se cada vez mais catódico quanto maior for a concentração de oxigénio no meio ao seu redor, as áreas com contacto com maior concentração de oxigénio serão catódicas, enquanto que aquelas com contacto com menor concentração serão anódicas.

A corrosão por arejamento diferencial ocorre com muita frequência na interface de saída de uma estrutura do solo ou da água para a atmosfera.






3-3 Corrosão por frestas

Ocorre em locais que duas superfícies estão em contacto ou muito próximas (0,025 a 0,1 mm).

Devido a tensão superficial da água, esta se aloja nas fendas disponíveis e tende a causar pilhas de arejamento diferencial, onde a concentração de oxigénio nas bordas é superior à concentração da área mais interna da fenda, fazendo dessa uma região anódica. Como consequência, o processo de corrosão se concentra na parte mais profunda da fresta, dificultando o acesso e o diagnóstico desse problema.

Em geral, esse problema afecta somente pequenas partes da estrutura, sendo portanto mais perigosa do que a corrosão uniforme, cujo alarme é mais visível.

Prevenção e Controle: Se a corrosão estiver em estágio inicial, pode-se recorrer à limpeza superficial, secagem do interior da fenda e vedação com um líquido selante, aplicando-se posteriormente um revestimento protector. Se a corrosão estiver em nível avançado, torna-se necessário como nos outros processos o reforço ou substituição de peças.

As frestas estão sujeitas a formação de pilhas de arejamento diferencial e de concentração iónica diferencial. Quando o meio é líquido ocorre preferencialmente as pilhas de concentração iónica diferencial e quando o meio é gasoso tende a ocorrer as pilhas de arejamento diferencial.

Frestas ocorrem normalmente em juntas soldadas com chapas sobrepostas, em juntas rebitadas, em ligações flangeadas, em ligações roscadas, em revestimentos com chapas aparafusadas, dentre outras situações geradoras de frestas. De qualquer forma as frestas deverão ser evitadas ou eliminadas por serem regiões preferenciais de corrosão.
3-4 Corrosão filiforme

Designa-se corrosão filiforme a um tipo de corrosão que se processa sob filmes de revestimentos, especialmente de pintura. Acredita-se que a corrosão filiforme tenha um mecanismo semelhante à corrosão em frestas, devido a arejamento diferencial provocada por defeito no filme de pintura, embora o mecanismo real não seja ainda bem conhecido. De modo geral o processo corrosivo começa nas bordas, progride unifilarmente apresentando a interessante característica de reflectir com o mesmo ângulo de incidência em obstáculos.


4 Corrosão selectiva

Os processos corrosivos denominados de corrosão selectiva são aqueles em que se tenha a formação de um par galvânico devido a grande diferença de nobreza entre dois elementos de uma liga metálica. Os dois principais tipos de corrosão selectiva são a grafítica e a dezincificação.


4.1 Corrosão grafítica

Designa-se corrosão grafítica ao processo corrosivo que ocorre nos ferros fundidos cinzentos e no ferro fundido nodular.

O ferro fundido é normalmente usado para tubulações de água, de esgotos, drenagem, dentre outras.

Sendo o grafite um material muito mais catódico que o ferro, os veios ou nódulos de grafite do ferro fundido agem como área catódica enquanto o ferro age como área anódica transformando-se em produto de corrosão.

Observa-se então em tubos velhos de ferro fundido, que se pode com uma faca ou canivete desagregar com facilidade a parede do tubo à semelhança de um bloco de grafite.

A corrosão grafítica, em geral, não contra-indica a utilização dos tubos de ferro fundido para os usos normais, porque as exigências de pressões pequenas e o tubo suporta bem, mesmo quando corroído. Para minimizar os problemas de corrosão grafítica é prática usual revestir os tubos, internamente com argamassa de cimento e externamente com um revestimento adequado por tubulações enterradas.




4.2 Corrosão por dezincificação

Designa-se por dezincificação ao processo corrosivo que se observa nas ligas de zinco, especialmente latões, utilizados em trocadores de calor (resfriadores, condensadores, etc), tubulações para água salgada, dentre outras.

Do processo de corrosão resulta a destruição do zinco (material mais anódico) restando o cobre e produtos de corrosão.

Observa-se maior tendência a dezincificação nos latões com alto teor de zinco, como por exemplo: latão alumínio (76% Cu, 22% Zn e 2% Al), latão amarelo (67% Cu e 33% Zn).

O processo corrosivo pode se apresentar mesmo em ligas mais resistentes como o latão vermelho (85% Cu e 15% Zn), caso a liga não seja bem homogénea.

A dezincificação pode ser evitada com tratamento térmico de solubilização da liga e com uso das ligas que contenha elementos inibidores como As e o Sb.


5 Corrosão associada ao escoamento de fluidos

No escoamento de fluidos pode-se ter a aceleração dos processos corrosivos em virtude da associação do efeito mecânico com a acção corrosiva.

Os principais tipos de corrosão associada com escoamento são a corrosão-erosão, a corrosão com cavitação e a corrosão por turbulência.
5.1 Corrosão-erosão

Erosão de um material metálico é o desgaste mecânico provocado pela abrasão superficial de uma substância sólida, líquida ou gasosa.

A acção erosiva sobre um material metálico é mais frequente nos seguintes casos: quando se desloca um material sólido; quando se desloca um líquido contendo partículas sólidas; quando se desloca um gás contendo partículas líquidas ou sólidas.

No caso de líquidos e gases a acção erosiva ocorre normalmente, em tubulações, em permutadores, em pás de turbinas.

A erosão provoca o desgaste superficial capaz de remover as películas protectoras constituídas de produtos de corrosão. Desta forma, um processo corrosivo torna-se mais intenso quando combinado com erosão.

A corrosão produz a película de produto de corrosão, o processo erosivo remove expondo a superfície a novo desgaste corrosivo.

O resultado final será de um desgaste muito maior do que se apenas o processo corrosivo ou erosivo agisse isoladamente.

Ocorre em locais turbulentos onde o meio corrosivo se encontra em alta velocidade aumentando o grau de oxidação das peças. É possível encontrar esse problema em locais que contenham esgotos em movimento, despejo de produtos químicos (indústrias) ou acção directa de água do mar (portos, pontes e embarcações).

Ela pode ser diminuída por revestimentos resistentes, protecção catódica, redução do meio agressivo e materiais resistentes à corrosão.
5.2 Corrosão com cavitação

Cavitação é o desgaste provocado em uma superfície metálica devido a ondas de choque do líquido, oriundas do colapso de bolhas gasosas.

A cavitação surge em zonas de baixa pressão onde o líquido entra em ebulição formando bolhas, as quais ao tomarem em contacto com zonas de pressão mais alta são destruídas instantaneamente criando ondas de choque no líquido.

A cavitação da mesma forma que a erosão destrói as películas de produtos de corrosão expondo o material a novo desgaste corrosivo, além de provocar a deformação plástica com encruamento em face da incidência de ondas de choque de alta pressão e portanto a criação de áreas anódicas.

Deste modo, o desgaste resultante será maior no caso de conjugar os dois fenómenos do que aquele observado pela acção de cada um isoladamente.
5.3 Corrosão por turbulência

É um processo corrosivo associado ao fluxo turbulento de um líquido. Ocorre particularmente quando há redução na área de fluxo.

Se o movimento turbulento propiciar o aparecimento de bolhas gasosas, poderá ocorrer o choque destas bolhas com a superfície metálica e o processo erosivo resultante é denominado de impingimento. O ataque difere da cavitação quanto a forma do desgaste, sendo no caso do impingimento comum alvéolos sob a forma de ferradura e as bolhas causadoras são em geral de ar, enquanto que na cavitação são bolhas de vapor do produto.
6 Corrosão intergranular

A corrosão intergranular acontece quando existe um caminho preferencial para a corrosão na região dos contornos de grão. Observando-se que os grãos vão sendo destacados a medida que a corrosão se propaga.

O principal factor responsável pela diferença na resistência a corrosão da matriz (material no meio do grão) e do material vizinho ao contorno é a diferença que apresentam na composição química nestes locais.

Deste modo, mesmo que a alteração na composição química não seja suficiente para eliminar totalmente a capacidade de formação da camada passiva, verifica-se que existe uma corrente de corrosão devido a diferença de potencial ocasionada pelas características diferentes dos materiais.

No caso da corrosão intergranular dos aços inoxidáveis, a diferença na composição química se deve à formação de uma zona empobrecida em cromo nas vizinhanças dos contornos de grão, em consequência da precipitação de carbonetos de cromo. Em outros casos átomos solutos podem ser segregados no contorno de grão, aumentando a sua reactividade. Em outros casos ainda, os próprios átomos do contorno podem ter maior tendência a passar para solução.

O exame metalográfico geralmente não é capaz de detectar a susceptibilidade à corrosão intergranular, sendo necessária a realização de testes específicos para esta finalidade.

A corrosão intergranular não requer a presença simultânea de meio corrosivo e esforços de tracção como é o caso da corrosão-sob-tensão, objecto do item seguinte.

A seguir são apresentadas como exemplos os casos de corrosão intergranular em dois grupos de material, os aços inoxidáveis e as ligas de alumínio. Outros casos de corrosão intergranular existem, como em ligas de níquel.


6.1 Corrosão intergranular nos aços inoxidáveis

Os aços inoxidáveis sofrem corrosão intergranular devido à formação de uma zona empobrecida em cromo ao longo dos contornos de grão, como consequência da precipitação, neste local, de carbonetos de cromo (Cr23C6). Átomos de cromo desta região, que se encontravam em solução sólida no aço, difundem-se para os contornos de grão, formando carbonetos, diminuindo a resistência à corrosão.

A formação desta zona empobrecida em cromo chama-se sensibilização, porque torna o material sensível à corrosão intergranular.

A sensibilização depende do teor de carbono do aço inoxidável e do tempo em certa temperatura. Os aços austeníticos sofrem sensibilização quando são expostos na faixa de 400 a 950ºC, enquanto que os ferríticos somente para temperaturas acima de 925ºC.

A exposição de um aço inoxidável sensibilizado ao meio corrosivo não leva necessariamente à ocorrência da corrosão intergranular. Muitos meios corrosivos como, por exemplo, ácido acético na temperatura ambiente, soluções alcalinas como carbonato de sódio, ou ainda água potável não causam corrosão intergranular, nestes casos não há motivo de preocupação quanto a sensibilização.

Por outro lado diversos meios causam corrosão intergranular, como ácidos: acético a quente, nítrico, sulfúrico, fosfórico, crómico, clorídrico, cítrico, fórmico, lático, oxálico, ftálico, maleico e graxos; nitrato de amónia, sulfato de amónia, cloreto ferroso, sulfato de cobre e SO2 (húmido).

Existem diversos testes para se verificar a susceptibilidade à corrosão intergranular, sendo que os mais comuns se encontram descritos no ASTM A 262. Um destes (prática A) é o ataque electrolítico numa solução de ácido oxálico, que é um ensaio da realização simples e rápida e que permite ou a aprovação do material (ausência de sensibilização) ou indica a necessidade de um teste adicional, mais caro e demorado.

Existem também testes electroquímicos, como o teste baseado na reactivação potenciocinética. Um aço inoxidável não sensibilizado terá sua camada passiva protectora eficiente durante um certo tempo, caso lhe seja imposto um certo potencial electroquímico antes do cotovelo da curva de polarização anódica. Caso o aço esteja sensibilizado as regiões empobrecidas em cromo irão nuclear a ruptura da passividade rapidamente, sendo detectável uma elevada corrente de corrosão. Este teste electroquímico é possível de ser feito em campo.

A prevenção da corrosão intergranular (a prevenção da sensibilização) se faz empregando-se aços inoxidáveis austeníticos com teor de carbono inferior a 0.03% ou aços contendo elementos como nióbio ou titânio, que fixam o carbono, não o deixando livre para formar precipitados com o cromo. Mesmo com o emprego destes aços devem ser tomados cuidados quanto à realização de tratamentos térmicos posteriores à soldagem, os quais podem causar sensibilização.

Outra técnica de prevenção é a solubilização, que consiste no reaquecimento de um aço inoxidável sensibilizado acima de 1050ºC, seguido de um resfriamento muito rápido de modo que não haja tempo para a reprecipitação dos carbonetos. Esta técnica só é viável em peças que possam ser submetidas ao desempeno (o choque térmico causa significativas deformações) e também à decapagem (o aquecimento provoca a oxidação). Uma aplicação usual do tratamento de solubilização está na fabricação de tubos de aço inoxidável com costura.

Os aços inoxidáveis ferríticos apresentam uma velocidade de difusão do cromo muito maior que os austeníticos, o que significa que nestes aços a sensibilização é muito mais rápida.

Nos aços inoxidáveis ferríticos a sensibilização deve-se à precipitação de carbonetos e nitretos de cromo. Nestes materiais o número de meios corrosivos capazes de provocar a corrosão intergranular é bem maior.

O uso de baixa % de carbono ou o uso de elementos estabilizantes, como o nióbio ou titânio não são medidas tão efectivas como o caso dos aços austeníticos.

Para se prevenir a corrosão intergranular dos aços inoxidáveis ferríticos, a solução consiste em se aplicar um tratamento térmico relativamente prolongado (cerca de 2 a 3 horas) a 790ºC, com o objectivo de promover a difusão do cromo da matriz (interior do grão) para a região empobrecida, restaurando a resistência à corrosão. Os aços inoxidáveis de estrutura dupla (austenite -ferríticos) tem geralmente maior resistência à corrosão intergranular que os aços austeníticos de mesmo teor de carbono. Isto ocorre porque a precipitação de carbonetos é mais aleatória na estrutura, em vez de ficar concentrada junto aos contornos de grão, e porque a fase ferrite é mais rica em cromo que a austenite, podendo perder cromo para os precipitados e manter ainda cromo em solução sólida suficiente para resistir à corrosão.


6.2 Corrosão intergranular de ligas de alumínio

Ligas de alumínio-magnésio contendo acima de 3% de magnésio podem formar precipitados de Mg2Al8 nos contornos de grão. Estes precipitados são corroídos porque são menos resistentes à corrosão do que a matriz.

Caso similar ocorre nas ligas de alumínio-magnésio-zinco devido à formação do precipitado de MgZn2.

No caso das ligas alumínio-cobre os precipitados de CuAl2 são mais nobres que a matriz, aparentemente agindo como cátodos e acelerando a corrosão da região vizinha ao contorno de grão, empobrecida em cobre.

Eliminando-se os precipitados, elimina-se a causa da corrosão intergranular. Entretanto, no caso das ligas de alumínio mencionadas, os precipitados são imprescindíveis para a elevação da resistência mecânica. Na selecção do material para serviço em um determinado meio corrosivo, deve-se evitar o uso de ligas susceptíveis à corrosão intergranular.
6-3 Fissuração por corrosão

As fendas formadas pela corrosão intergranular, como visto no item anterior, não requerem a acção de esforços externos. Neste caso a fissuração decorre da corrosão segundo um estreito caminho preferencial.

Neste item são abordados mecanismos de corrosão que produzem fendas e que estão associados com esforços mecânicos, sejam aplicados sobre o material, sejam decorrentes do processo de fabricação, como tensões residuais, ou sejam ainda consequência do próprio processo corrosivo.

Os tipos de fendas podem ser intergranulares ou transgranulares, e podem ou não estar associadas a inclusões ou segundas fases presentes.

A propagação das fendas associadas aos processos de corrosão é geralmente muito lenta, até que seja atingido o tamanho crítico para a ocorrência da fractura frágil. Nesta situação, em função dos esforços actuantes, pequenas fendas podem originar fracturas de grandes proporções, deflagradas de modo praticamente instantâneo.

A análise da significância de defeitos (fendas) é feita pela mecânica da fractura, utilizando-se, por exemplo, publicações como o PD 6493 - Guindance on Some Methods for the Derivation of Acceptance Levels for Defects in Fusion Welded Joints, editado pela British Standards Institution.


7 Corrosão sob tensão

A corrosão sob tensão acontece quando um material, submetido a tensões de tracção (aplicadas ou residuais), é colocado em contacto com um meio corrosivo específico. As condições metalúrgicas do material, como dureza, encruamento, fases presentes, são factores frequentemente decisivos. A tensão de tracção deve necessariamente ser superior a um certo valor limite.

Neste tipo de corrosão formam-se fendas no material, sendo a perda de espessura muitas vezes desprezível. As fendas decorrentes da corrosão sob tensão podem ser intergranulares ou transgranulares. A corrosão sob tensão intergranular ocorre quando a direcção preferencial para a corrosão é o contorno de grão, geralmente devido à precipitação de segundas fases nos contornos ou à existência de segregações neste local.

A propagação de fenda por corrosão sob tensão é geralmente lenta, até atingir o tamanho crítico para uma ruptura brusca.

Esse problema é resultante da soma de tensão de tracção e um meio corrosivo. Essa tensão pode ser proveniente de encruamento, solda, tratamento térmico, cargas, etc. Normalmente, regiões tencionadas funcionam como ânodos em relação ao resto do elemento e tendem a concentrar a cessão de electrões. Com o tempo surgem microfissuras que podem acarretar um rompimento brusco da peça antes da percepção do problema.

Não existe um mecanismo geral para explicar o fenómeno da corrosão sob tensão, cada par material-meio específico apresenta sua particularidades.

De um modo geral as combinações resultam na formação de filme ou película na superfície do material, que lhe confere grande resistência a corrosão uniforme.

Os mecanismos propostos para explicar os diversos casos podem ser agrupados em anódicos e catódicos, conforme a principal causa da propagação seja a dissolução do material na ponta da fenda ou a fractura associada à presença de hidrogénio atómico na estrutura cristalina (fragilização pelo hidrogénio).

Vários modelos de corrosão sob tensão estão propostos, ainda em pesquisa.

Nos diversos casos de corrosão sob tensão podem ocorrer simultaneamente dois ou mais modelos. Alguns, dentre os principais modelos, são:



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