UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA –DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM

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  UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA –DEM PROGRAMA DE PốS-GRADUAđấO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM Formação: Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais

  DISSERTAđấO DE MESTRADO OBTIDA POR Vilmar Luis Rossi

  INFLUÊNCIA DA COMPOSIđấO QUễMICA E DOS PARÂMETROS DE PROCESSO SOBRE A RESISTÊNCIA À CORROSÃO EM PEÇAS FUNDIDAS USANDO AS LIGAS DE ALUMÍNIO 356 E A356 Apresentada em 16 / 07 / 2004 Perante a Banca Examinadora: Dr. Guilherme Ourique Verran – UDESC (Presidente)

  

Dr. César Edil da Costa – UDESC (Membro)

Dr. Wilson Luiz Guesser – UDESC (Membro)

Dr. Ricardo Diego Torres – PUC/Paraná (Membro)

  UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA - DEM PROGRAMA DE PốS-GRADUAđấO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS – PGCEM DISSERTAđấO DE MESTRADO Mestrando: VILMAR LUIS ROSSI – Engenheiro Mecânico Orientador: Prof. Dr. GUILHERME OURIQUE VERRAN CCT/UDESC – JOINVILLE

  INFLUÊNCIA DA COMPOSIđấO QUễMICA E DOS PARÂMETROS DE PROCESSO SOBRE A RESISTÊNCIA À CORROSÃO EM PEÇAS FUNDIDAS USANDO AS LIGAS DE ALUMÍNIO 356 E A356

  DISSERTAđấO APRESENTADA PARA OBTENđấO DO TễTULO DE MESTRE EM ENGENHARIA DE MATERIAIS DA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA, CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT, ORIENTADA PELO PROF. DR. GUILHERME OURIQUE VERAN

  Joinville 2004

  UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT COORDENAđấO DE PốS-GRADUAđấO - CPG ỀINFLUÊNCIA DA COMPOSIđấO QUễMICA E DOS PARÂMETROS DE PROCESSO SOBRE A RESISTÊNCIA À CORROSÃO EM PEÇAS FUNDIDAS USANDO AS LIGAS DE ALUMÍNIO 356 E A356”

  por

  Vilmar Luis Rossi Essa dissertação foi julgada adequada para a obtenção do título de

  MESTRE EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

  na área de concentração “Fundição de Alumínio”, e aprovada em sua forma final pelo

  CURSO DE MESTRADO EM MESTRE EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS DO CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA

  Dr. Guilherme Verran – UDESC (Presidente)

  Banca Examinadora:

  Dr. César Edil da Costa – UDESC Dr. Wilson Luiz Guesser – UDESC Dr. Ricardo Diego Torres – PUCPR iv

  FICHA CATALOGRÁFICA NOME: ROSSI, Vilmar Luis DATA DEFESA: 16/07/2004 LOCAL: Joinville, CCT/UDESC

NÍVEL: Mestrado Número de ordem: 39 – CCT/UDESC

FORMAđấO: Ciência e Engenharia de Materiais ÁREA DE CONCENTRAđấO: Metais

TÍTULO: Influência da Composição Química e dos Parâmetros de Processo Sobre a Resistência à

  Corrosão em Peças Fundidas Usando as Ligas de Alumínio 356.1 e A356.1 PALAVRAS - CHAVE: ligas de alumínio, fundição, rotores, corrosão, corrosão intergranular.

  NÚMERO DE PÁGINAS: 101 p. CENTRO/UNIVERSIDADE: Centro de Ciências Tecnológicas da UDESC PROGRAMA: Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PGCEM CADASTRO CAPES: 4100201600P9 ORIENTADOR: Dr. Guilherme Ourique Verran PRESIDENTE DA BANCA: Dr. Guilherme Ourique Verran

MEMBROS DA BANCA: Dr. César Edil da Costa, Dr. Wilson Luiz Guesser, Dr. Ricardo Diego Torres. v À minha esposa Ana e aos meus pais

  Avelino e Terezinha, que em todos os momentos sempre me apoiaram, ajudaram, investiram e me incentivaram. vi

  

AGRADECIMENTOS

  § Ao Prof. Dr. Guilherme Ourique Verran, que como orientador e amigo soube cobrar e não mediu esforços em oferecer todas as condições necessárias à realização deste trabalho.

  § A Deus pela vida, família, trabalho, estudo, conhecimento e amigos verdadeiros que Ele colocou ao meu redor.

  § À Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC e ao Programa de Pós- graduação em Ciência e Engenharia de Materiais – PGCEM pela realização do presente trabalho.

  § Ao Centro de Ciências Tecnológicas – CCT e ao Departamento de Engenharia Mecânica – DEM pela infra-estrutura oferecida.

  § A todos os professores e colegas mestrandos do Curso de Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais, que de uma forma direta ou indireta contribuíram para a realização desse trabalho.

  § A minha esposa Ana pela compreensão, companheirismo e apoio durante esses anos de estudo.

  § Aos meus pais Avelino e Terezinha pelo apoio, investimento e incentivo transmitido durante todo o Curso de Mestrado.

  § Aos demais familiares e amigos, pelo apoio técnico e moral recebido durante o desenvolvimento desse trabalho. vii § As Indústrias Schneider S/A, pela colaboração pelo apoio financeiro para a realização desta pesquisa.

  § Aos funcionários das Indústrias Schneider, pala compreensão e apoio técnico e moral recebido durante o desenvolvimento desse trabalho.

  § A Tupy Fundições e seus funcionários, pela compreensão e colaboração na disponibilização de seus laboratórios para o desenvolvimento desta pesquisa, § Pelos alunos da Universidade do Estado de Santa Catarina, em especial aos alunos envolvidos diretamente nesta pesquisa, (Wagner e Ângelo), pela colaboração, dedicação e compreensão para auxiliar nas diversas etapas de desenvolvimento desta pesquisa.

  

SUMÁRIO

CAPễTULO 1 Ố INTRODUđấO GERAL ........................................................................ 1

CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA................................................................ 4

  

2.1. ALUMÍNIO E SUAS LIGAS ...................................................................................... 4

  2.1.1. Introdução.................................................................................................................... 4

  2.1.2. História do Alumínio - Obtenção do Alumínio........................................................... 5

  2.1.3. Obtenção do Alumínio Primário - Metal de Alta Pureza ............................................ 5

  2.1.4. Obtenção do Alumínio Secundário.............................................................................. 6

  2.1.5. Propriedades do Alumínio........................................................................................... 9

  2.1.6. Formas Usuais de Fornecimento ................................................................................. 9

  2.1.7. Designação das Ligas de Alumínio ............................................................................. 9

  2.1.8. Classificação e Processamento do Alumínio............................................................. 10

  

2.2. FUNDIđấO DO ALUMễNIO ................................................................................... 13

  2.2.1. Introdução.................................................................................................................. 13

  2.2.2. Características e Aplicações das Ligas de Alumínio para fundição.......................... 14

  2.2.3. Controle do Processo de Fundição do alumínio ........................................................ 17

  2.2.4. Cuidados no Processo de Fundição do Alumínio...................................................... 18

  

2.3. CORROSÃO ............................................................................................................... 22

  2.3.1. Introdução.................................................................................................................. 22

  2.3.2. Conceitos de Corrosão............................................................................................... 23

  2.3.3. Reações Eletroquímicas............................................................................................. 25

  2.3.4. Mecanismos de Corrosão........................................................................................... 26

  2.3.5. Meios Corrosivos....................................................................................................... 28

  2.3.6. Passivação.................................................................................................................. 29

  2.3.7. Formas de Corrosão................................................................................................... 30

  2.3.8. Corrosão sob Solicitações Mecânicas........................................................................ 31

  2.3.9. Corrosão em Ligas de Alumínio................................................................................ 33

  2.3.9.1. Corrosão por Pites (Corrosão Localizada).............................................................. 34

  2.3.9.2. Corrosão Intergranular e (ou) Intragranular ........................................................... 37

  2.3.10. Proteção Anticorrosiva ............................................................................................ 39

  2.3.11. Efeito das Impurezas e dos Elementos Residuais na Resistência à Corrosão ......... 39

  

2.4. ENSAIOS DE CORROSÃO...................................................................................... 41

  2.4.1. Introdução.................................................................................................................. 41

  2.4.2. Avaliação dos Ensaios de Corrosão........................................................................... 42

  

CAPÍTULO 3 - MÉTODOS EXPERIMENTAIS .......................................................... 45

  

3.1. Introdução ................................................................................................................... 45

  

3.2. Metodologia Experimental......................................................................................... 46

  3.2.1. Abordagem Inicial - Busca e Registro de Informações............................................. 46

  3.2.2. Avaliação de Matérias Primas ................................................................................... 47

  3.2.3. Avaliação da Influência dos Elementos Residuais (Cu e Zn) – Ensaios de Laboratório .......................................................................................................................... 47

  

3.3. Programação das Corridas Experimentais .............................................................. 48

  

3.4. Corridas Experimentais............................................................................................. 50

  3.4.1. Descrição das Corridas Experimentais...................................................................... 51

  3.4.2. Equipamentos ............................................................................................................ 52

  3.4.3. Materiais de Consumo............................................................................................... 53

  

3.5. Caracterização e Avaliação dos Resultados ............................................................. 53

  3.5.1. Análise Metalográfica................................................................................................ 54

  3.5.2. Análise Química ........................................................................................................ 54

  3.5.3. Ensaios de Corrosão .................................................................................................. 55

  3.5.4. Condições do Ensaio ASTM G110-92 ...................................................................... 57

  3.5.5. Análise da Profundidade do Ataque de Corrosão...................................................... 58

  3.5.6. Avaliação Superficial Após o Ensaios de Corrosão .................................................. 60

  

CAPÍTULO 4 - RESULTADOS E DISCUSSÕES......................................................... 61

  

4.1. Introdução ................................................................................................................... 61

  

4.2. Primeira Etapa - Levantamento e Caracterização do Problema ........................... 61

  4.2.1. Abordagem Inicial do Problema................................................................................ 61

  4.2.2. Ensaios de Campo Realizados na Indústria............................................................... 66

  4.2.3. Considerações Sobre a Primeira Etapa...................................................................... 72

  

4.3. Segunda Etapa - Avaliação de Matérias Primas...................................................... 72

  4.3.1. Microestrutura das Ligas Avaliadas .......................................................................... 73

  4.3.2. Perda em Massa para as Ligas Avaliadas.................................................................. 74

  4.3.3. Profundidade do Ataque de Corrosão ASTM G110-92 para as Ligas Avaliadas ..... 75

  4.3.4. Considerações Sobre a Segunda Etapa...................................................................... 80

  

4.4. Terceira Etapa - Influência dos Elementos (Cu, Zn) na Resistência à Corrosão . 81

  4.4.1. Influência dos Elementos Cobre e Zinco de Forma Combinada ............................... 82

  4.4.2. Influência do Elemento Cobre................................................................................... 85

  4.4.3. Influência do Elemento Zinco ................................................................................... 87

  4.4.4. Considerações Sobre a Terceira Etapa ...................................................................... 88

  

4.5. Avaliações da Superfície Após os Ensaios Normalizados ASTM........................... 89

CAPÍTULO 5 – CONCLUSÃO GERAL ........................................................................ 91

  

CAPÍTULO 6 – SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS............................... 92

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................ 93

ANEXOS ............................................................................................................................ 98

  CAPễTULO 1 Ố INTRODUđấO GERAL

  Os processos de fundição de ligas leves vêm conquistando cada vez mais espaço no segmento industrial, porém o domínio das técnicas de fundição e de projetos não acompanhou esta evolução, fazendo com que, na maioria das vezes o projeto e a fabricação de peças fundidas passem por novas avaliações e definições visando adequações aos requisitos dos produtos. Na fundição de peças em ligas de alumínio, além dos problemas inerentes ao processo de fabricação, existe a necessidade de análises criteriosas de como o processo pode influenciar no desempenho e na durabilidade dos produtos obtidos.

  Apesar do elevado nível de desenvolvimento do estado da arte e do razoável conhecimento científico e tecnológico dos fenômenos e mecanismos de corrosão em ligas de alumínio, em algumas situações, como no caso do presente estudo, existe uma grande combinação de fatores das mais diferentes origens que podem contribuir para a degradação das ligas de alumínio fundidas.

  Este trabalho descreve uma pesquisa realizada no Labfund - Laboratório de Fundição do DEM/CCT/UDESC - que investigou a ocorrência de corrosão severa em rotores de motobombas, através de um estudo metalúrgico que envolveu a análise dos requisitos necessários ao produto, as principais características das ligas de alumínio e os procedimentos de fundição utilizados na fabricação destes rotores, bem como os possíveis mecanismos de corrosão em função da presença de elementos na forma de impurezas na liga base utilizada, no caso a liga Al7Si0,3Mg.

  O componente em estudo (rotor de motobomba – ilustrado pela figura 1.1 e figura 1.2), trata-se de um produto onde devem ser consideradas as variáveis dependentes (material metálico, meio corrosivo, condições operacionais) estando sujeito, quando em serviço, a condições agressivas, tanto sob o ponto de vista mecânico como químico fazendo com que o mesmo deva ser fabricado sob rigoroso controle do processo de fabricação e das matérias primas utilizadas.

  As figuras 1.1 e 1.2 ilustram a forma característica da aplicação do referido rotor e uma das várias formas de corrosão possíveis neste componente.

Figura 1.1 – Conjunto motobomba. Figura 1.2 – Rotor com corrosão.

  (cortesia Indústrias Schneider S.A.) (corrosão localizada)

  A parte inicial deste estudo – Capítulo 2 – apresenta uma revisão bibliográfica sobre alumínio e suas ligas, fundição do alumínio, corrosão, e ensaios de corrosão, assuntos estes fundamentais para o entendimento posterior dos procedimentos e resultados experimentais.

  A parte experimental – Capítulo 3 – destaca a necessidade de buscar e registrar informações para uma abordagem completa do componente em estudo e a avaliação de matérias primas quanto à influência dos seus elementos residuais (Cu e Zn).

  A partir dos ensaios efetuados e seus respectivos resultados – Capítulo 4 – analisou- se a matéria prima, o comportamento do componente (em ensaios de campo) e dos corpos de prova (em ensaios de laboratório), correlacionando os resultados com a qualidade da matéria prima e com processo de fabricação, onde estes começam a influenciar com maior intensidade na resistência à corrosão para o referido componente em estudo.

  Finalmente, no Capitulo 5 e Capítulo 6, são enumeradas as conclusões do trabalho e apresentadas algumas possíveis vias de prosseguimento deste estudo.

  CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. ALUMÍNIO E SUAS LIGAS

2.1.1. Introdução

  Em razão de suas boas propriedades físicas e químicas, o alumínio e suas ligas tornaram-se materiais imprescindíveis na construção civil, nas indústrias, em máquinas e instalações em geral (MAGNESIUM, 2001).

  A grande importância técnica do alumínio deve-se as propriedades como sua baixa

  3

  densidade (2,6 a 2,8 g/cm ), elevada relação resistência/peso, elevada resistência à corrosão, endurecibilidade de muitas ligas, boa aparência, fabricabilidade, possibilidade de tratamentos superficiais, boas propriedades físicas e mecânicas.

  Quanto a usinabilidade, as ligas de alumínio são consideradas, de uma maneira geral, de fácil usinabilidade, oferecendo várias vantagens importantes, incluindo velocidades de corte quase ilimitada, baixas forças de corte, excelente acabamento, bom controle dimensional e longa vida da ferramenta.

  Quanto à fundição, as ligas de alumínio, oferecem várias vantagens, como por exemplo, o baixo ponto de fusão. Porém, com o aumento das possibilidades de utilização dos componentes de alumínio, as exigências em qualidade também aumentaram, fazendo com que muitos parâmetros de qualidade fossem revisados e aperfeiçoados, entre eles, a qualidade do banho fundido que tem uma grande influência sobre as propriedades técnicas da peça fundida e, por isto, sobre a qualidade do produto final (FOSECO, 2000).

  2.1.2. História do Alumínio - Obtenção do Alumínio

  Apesar de ser o mais abundante metal na crosta terrestre, o alumínio não se encontra naturalmente na forma de metal. Porém, segundo pesquisas, este material já era usado há mais de sete mil anos quando os ceramistas da Pérsia faziam seus vasos de um tipo de barro contendo óxido de alumínio, o que hoje conhecemos como alumina. Trinta séculos depois, os Egípcios e Babilônicos usavam outro tipo de alumínio em suas fábricas de cosméticos e produtos medicinais. Até então, ninguém sabia sobre o alumínio. Mas a história do alumínio como hoje a conhecemos é recente. Começou em 1808, quando Humphrey Davy, provou a existência do alumínio, dando-lhe este nome. Após esta descoberta, passou por varias melhorias de processo, até que Charles Martin Hall, em 1886, colocou num recipiente um banho de criolita contendo alumina e passou uma corrente elétrica produzindo o alumínio puro, dando origem ao primeiro processo de transformação do alumínio em quantidade (ALCOA, 2003).

  2.1.3. Obtenção do Alumínio Primário - Metal de Alta Pureza

  Embora existam numerosos minérios que originam o alumínio, encontrados em grandes quantidades no mundo todo, o minério normalmente utilizado na produção de alumínio é a bauxita. Ela é composta de uma variedade de substâncias, com o óxido de alumínio sendo o seu componente dominante (ALCOA, 2003). A alumina sai da mina, e é enviada à usina metalúrgica, onde isola-se o óxido de alumínio por meio da retirada dos outros componentes (óxidos de ferro e de silício).

  O metal primário é obtido a partir da redução eletrolítica da alumina (Ligas Primárias Especiais, podendo alcançar 99,999% de pureza) (ASM, 1996). Ele pode ser solidificado em sua forma pura (metal primário e de alta pureza) ou misturado com elementos de ligas que concederão características próprias de resistência, dureza e outras propriedades, formando as ligas especiais de alumínio (ALCOA, 2003).

  Segundo ALCOA (2003) E ALCAN (2003), a obtenção do alumínio primário normalmente segue as seguintes etapas:

  

1º) Processo químico: obtém-se a alumina a partir da bauxita com o uso de uma solução

  concentrada de soda cáustica para separar o óxido de alumínio das impurezas existentes no minério. Em seguida, este material é precipitado e transformado em hidrato de alumínio para se tornar novamente um produto sólido, que é calcinado a uma temperatura de cerca de 1.000ºC e transformado na alumina metalúrgica (matéria-prima para a produção do alumínio) ou especial (usadas nas indústrias de cerâmicas e refratários especiais) (ALCOA, 2003; ALCAN, 2003).

  

2º) Fornos de reduções: esta alumina produzida pelo processo químico passa para a

  segunda parte do processo, a etapa eletrolítica, que utiliza a eletricidade para produzir uma reação química. A alumina é depositada nos fornos das reduções, que possuem dois eletrodos para a condução de energia (anodo e o catodo). O primeiro é a pasta Soderberg e o segundo é formado por blocos de carbono. A eletrólise ocorre com a adição de banhos de sais de flúor fundidos (criolita e fluoreto de alumínio) (ALCOA, 2003; ALCAN, 2003).

  

3º) Refusão: Finalmente, o alumínio líquido é encaminhado a refusão, onde é feita a

  correção química, ou misturado com elementos de ligas que concederão características próprias de resistência, dureza e outras propriedades, formando as ligas especiais de alumínio (ALCOA, 2003; ALCAN, 2003).

2.1.4. Obtenção do Alumínio Secundário

  O alumínio secundário é obtido através do reaproveitamento da sucata e de restos de seus materiais por refusão e refino. É um processo economicamente importante e que produz aproximadamente 25% do total de alumínio utilizado no mundo. A atividade de reciclagem era pouca conhecida no Brasil, começou há pouco mais de uma década. Foi principalmente o setor de alumínio (com destaque para a reciclagem de latas para bebidas) que colocou a atividade de reciclagem na ordem do dia de empresas, ambientalistas, autoridades governamentais e cidadãos comuns interessados em preservar o meio ambiente (ALCAN, 2003).

  O processo de reciclagem de metais é economicamente viável, pois elimina as etapas de mineração e redução, que são etapas caras, e agrega a etapa de coleta e separação do material. O processo pode então ser reduzido à coleta, fusão e conformação.

  O conceito de metal “secundário” leva ao conceito de sucata. “A sucata é todo metal ou ligas inservíveis no estado em que se acha, por motivo de obsolência, ou como decorrência do processo de produção, como: cavacos, rejeitos de controle de qualidade, restos de estamparia, de fundição (canais e montantes), ou ainda, borras, cinzas ou escórias” (BRADASCHIA, 1987). Existem muitos autores que descrevem o ciclo dos metais, mas de forma simplificada será utilizada a Figura 2.1 (BRADASCHIA, 1987), para ilustrar este item da Dissertação, que é de caráter geral para qualquer material não ferroso e mostra o ciclo do metal primário e do metal secundário (BRADASCHIA, 1987).

  MINÉRIOS RECOLHEDOR (SUCATEIRO) PRODUTOR

  PRIMÁRIO RECUPERADOR METAL METAL PRIMÁRIO SECUNDÁRIO

  

TRANFORMADORES SUCATA

(FABRICANTES) NOVA

SUCATA USUÁRIOS

  VELHA Figura 2.1 - Ciclo do metal primário e do metal secundário (BRADASCHIA, 1987). Os metais secundários podem ser tão bons quanto os primários para a maioria das aplicações. Todavia, propriedades tais como forjabilidade, condutividade elétrica e resistência à corrosão podem ser seriamente afetadas por diminutos teores de impurezas metálicas ou de inclusões não metálicas (BRADASCHIA, 1987). No entanto, a qualidade dos metais secundários pode ser bastante melhorada, desde que as técnicas de reciclagem e os processos de seleção sejam convenientemente aperfeiçoados (BRADASCHIA, 1987; CAMPBELL, 1994).

  As fundições para “uso interno”, principalmente as fundições que operam com diversos metais e ligas não ferrosas, devem ter o cuidado para que as segregações de sucata seja a mais cuidadosa possível, evitando-se contaminações desnecessárias que irão baixar a qualidade do metal recuperado (BRADASCHIA, 1987; CAMPBELL, 1994).

  A classificação das sucatas, de uma maneira geral, poderá ser:

  • Sucata de retorno, ou sucata interna: esta sucata é constituída de canais, montantes e peças defeituosas refugadas. Esta, uma vez que convenientemente selecionada por tipo de liga, voltará para refusão, na composição de uma nova carga, na própria fundição (BRADASCHIA, 1987).
  • Cavacos de usinagem, rebarbas e outros fragmentos semelhantes: estes tipos de sucata poderão ser recuperados por empresas especializadas (recuperadores) ou pela própria fundição, devendo ser adotada uma técnica de fundição como: secagem, separação magnética de partículas, fusão em condições adequadas, lingotagem adequada e análise da composição química para controle das perdas e das impurezas. Mesmo tomando-se todos estes cuidados, não é aconselhável o preparo de cargas usando somente este tipo de sucata recuperada, em virtude dos possíveis teores elevados de inclusões metálicas e (ou) não metálicas (BRADASCHIA, 1987).
  • Pingos de metal misturados com areias de moldagem ou outros resíduos de

  varredura: é recomendável que esse tipo de sucata seja recuperado pelas empresas especializadas e não pela própria fundição (BRADASCHIA, 1987).

  • Bôrras, óxidos e escórias: estas sucatas só poderão ser eficientemente recuperadas pelas empresas especializadas que, depois de extraírem a parte metálica, utilizarão os resíduos para fabricar produtos químicos a base de óxidos, cloretos, sulfatos, entre outros (BRADASCHIA, 1987).

  2.1.5. Propriedades do Alumínio

  As propriedades do alumínio são as mais diversas e o conhecimento de suas propriedades torna-se importante dependendo da aplicação e da forma que se pretende processar o alumínio, como por exemplo: peso específico, ponto de fusão, condutividade térmica, ductibilidade, resistência mecânica e à corrosão, entre muitas outras propriedades que podem variar de uma liga para a outra como será visto no decorrer desta Dissertação e que o usuário deve conhecer antes de especificar uma liga de alumínio para uma determinada aplicação.

  2.1.6. Formas Usuais de Fornecimento

  O alumínio pode ser fornecido na forma pura (metal primário e de alta pureza) ou misturado com elementos de ligas que concederão características próprias de resistência, dureza e outras propriedades, formando as ligas especiais de alumínio (ALCOA, 2003). As ligas são materiais com propriedades metálicas, compostas por dois ou mais elementos químicos, dos quais um é sempre metal. As ligas de alumínio são misturas intencionais de elementos onde o alumínio é o predominante (ALCOA, 2003).

  2.1.7. Designação das Ligas de Alumínio

  Não há um sistema universal que identifique cada liga de alumínio. Um dos sistemas mais conhecidos é o da Aluminum Association “AA”, este sistema também é adotado pelo sistema Brasileiro, cuja classificação se encontra na norma ABNT-NBR

  6864, onde as ligas para fundição são classificadas em séries, sendo que cada série agrupa as ligas que possuem na sua composição o(s) elemento(s) de liga principal(is). A designação é feita por quatro dígitos, sendo que o último é separado por um ponto dos três primeiros (xxx.x), e indica a forma de fornecimento do produto. Sendo ‘0’ (zero) – peça fundida, o ‘1’ – lingote fundido geralmente a partir de peças, retornos (liga secundárias), o ‘2’ – lingotes de ligas geralmente feitas a partir de alumínio primário. As principais aplicações podem ser resumidas, de acordo com a designação, da seguinte forma (TONOLLI, 1978; ALEXANDER, 2003; WOOD, 2003).

  • Liga 1xxx: Indústrias química e elétrica
  • Liga 2xxx: Aeronaves (graças a sua elevada resistência mecânica)
  • Liga 3xxx: Aplicações arquitetônicas e produtos de uso geral
  • Liga 4xxx: Varetas ou eletrodos de solda e chapas para brasagem
  • >Liga 5xxx: Produtos expostos à atmosfera marinha como cascos de ba
  • Liga 6xxx: Produtos extrudados de uso arquitetônico
  • Liga 7xxx: Componentes onde se requer elevados requisitos de resistência. Esta liga é a que possui a maior resistência mecânica entre as ligas de alumínio.

  Obs: Em muitas ligas uma letra antecede os números. Esta letra serve para distinguir as ligas em relação a pequenas variações de impurezas ou de elementos com pequenos percentuais. Ex: A liga A356 apresenta melhores propriedades em relação à liga 356, por apresentar teores mais baixos de Fe, Cu, Zn e Ti (ASM, 1996; 24).

2.1.8. Classificação e Processamento do Alumínio

  As ligas de alumínio são divididas em dois grandes grupos e podem ser processadas de várias maneiras, dependendo da necessidade, da forma de fornecimento da matéria prima e das propriedades e acabamento desejados, podendo ser citado: a) Ligas para deformação plástica: São ligas desenvolvidas para obtenção de produtos através da conformação mecânica. Essas ligas apesar de possuírem baixos teores de elementos de liga, apresentam elevadas propriedades mecânicas, principalmente as ligas que são tratadas termicamente. Em função da sua composição química, suportam deformações plásticas, podendo ser trabalhadas a quente e/ou a frio dependendo da necessidade, da forma de fornecimento da matéria prima e das propriedades e acabamento desejados, entre estes processos podemos citar: trefilação, extrusão, repuxo, laminação, forjamento. A forma de fornecimento pode ser: lingote, perfis, barra, arame, tubo, chapa, tarugo, entre outras formas (MOLINARI, 1978; ASM, 1996).

  A tabela 2.1 mostra o sistema de classificação de ligas de conformação mecânica conforme The Aluminum Association Inc., Associação dos Produtores Norte-Americanos.

Tabela 2.1 - Designação das ligas de alumínio de conformação mecânica

  Série Elemento(s) de liga principal(is) Outros elementos de liga

  • 1xxx Alumínio puro (99% pureza mínima) 2xxx Cu Mg , Li 3xxx Mn Mg, Cu - 4xxx Si - 5xxx Mg 6xxx Mg , Si - 7xxx Zn Cu, Mg, Cr, Zr - 8xxx Sn, Li, Fe, Cu, Mg - 9xxx Reservado para uso futuro

  b) Ligas para fundição: São as ligas usadas na obtenção de peças com dimensões e formas definidas, vazadas em moldes pelos processos: areia verde, em molde Schell, em coquilha, sob-pressão, em modelo perdido (cera, isopor), em molde cerâmico, Tixofundição. A forma de fornecimento é geralmente em peças com dimensões e formas bem definidas (MOLINARI, 1978; ASM, 1996).

  • 7xxx Zn - 8xxx Sn -

  0.03

  0.02

  0.05 P 0506 99.90 0.05 0.06 0.03 0.03

  0.02

  0.10 P 0610 99.85 0.06 0.10 0.03 0.04

  0.03

  0.10 P 1015 99.80 0.10 0.15 0.03 0.04

  0.10 P 1020 99.70 0.10 0.20 0.03 0.04

  A tabela 2.2 mostra a designação das ligas de alumínio para fundição, conforme The Aluminum Association Inc . (MOLINARI, 1978; ASM, 1996).

  0.03

  CÓD Mínim o Alum ínio Si Fe Mg Ti Sr Ca Cu Sb N i Sn Pb Mn Zn Ga Out ros% Tot al P 1535 99.50 0.15 0.35 0.03 0.04

Tabela 2.3 - Composição química do metal primário (ALCOA, 2003)

  Como exemplo de fornecimento de metal primário, segue abaixo as tabelas contendo a Composição química do metal primário e de ligas fornecido pela Alcoa [ALCOA, 2003]. Como pode ser verificado, o alumínio é fornecido pelos seus elementos principais, porém, segundo as Tabelas 2.3 e 2.4, as ligas de alumínio primário podem conter algum residual de elementos, como é o caso da liga A356.2, utilizada nesta pesquisa que poderá ser fornecida, com os limites residuais máximos de 0,12% de Fe e de 0,03% de Cu. A tabela 2.3 apresenta a composição química do metal primário.

  2xxx Cu - 3xxx Si, Mg, Cu - 4xxx Si - 5xxx Mg - 6xxx -

  Série Elemento(s) de liga principal(is) Outros elementos de liga 1xx.x Alumínio puro (99% pureza mínima) -

Tabela 2.2 - Designação das ligas de alumínio para fundição

  0.05 A tabela 2.4 apresenta a composição química do de ligas de alumínio fornecidas pela Alcoa (ALCOA, 2003).

Tabela 2.4 - Composição de ligas [ALCOA, 2003]

  

Código Lim it es Si Fe Mg Ti Sr Ca Cu B Mn Zn Cr Oc Tot al

A356.2 Sr CÓD S1

  Fundição é o processo metalúrgico que consiste em obter um produto sólido a partir do metal de alumínio em estado líquido, mediante solidificação em um molde. Há muitas

  

Aluminum Association Inc , pois segundo (WEINGAERTNER, 1991), os metais

secundários podem ser tão bons quanto os primários para a maioria das aplicações.

  Quando não se necessita da um alumínio de elevada qualidade, pode ser utilizado alumínio fornecido por empresas especializadas na reciclagem do alumínio que podem fornecer ligas de alumínio de acordo com normas como, por exemplo, a Norma da The

  Onde, na tabela acima, USL refere-se aos limites máximos permitidos e LSL refere- se aos limites mínimos permitido para as ligas.

  0,01 0,03 0,1

  CÓD E1 USL LSL 0,10 0,20 0,01 0,003 0,01 0,02

  11 0,30 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,13

  13

  AlSi 11% CÓD B19 USL LSL

  0,04 0,002 0,03 0,1 0,05 0,05 0,1

  11 0,10 0,05 0,13 0,09 0,06

  12

  USL LSL

  0,03 0,025 0,01 0,1 0,015 AlSi Mn 11% CÓD F1

  0,24 0,15 0,10 0,04

  USL LSL 7,5 6,5

  0,12 0,45 0,30 0,20 0,10

  0,03 0,01 0,003 0,03

  0.05

  0.05 A356.2 Mn CÓD N1 USL LSL

  7,5 6,5 0,12 0,45 0,30

  0,20 0,10 0,03 0,1

  0.05 ALSi 7% CÓD A1 USL LSL

  7,5 6,5 0,12 0,30 0,22

  0,12 0,08 0,05 0,03

  0,003 0,03 0,05 0,05 0,1 ALSi 9% CÓD G1 USL

  LSL 9,8 9,2 0,10 0,32

E.C.

2.2. FUNDIđấO DO ALUMễNIO

2.2.1. Introdução

  técnicas usadas em fundição de alumínio, dependendo do tamanho, complexidade e quantidade do produto final desejado, produtividade, grau de automação, precisão dimensional, acabamento superficial (ALCOA, 2003).

  Entretanto o tipo de molde pode influenciar nas propriedades físicas do material resultante, como por exemplo, a taxa de extração de calor através do molde que determinar o tamanho final de grão e, portanto a característica de resistência mecânica da peça, por este e outros motivos, os processos de fundição são muitas vezes classificados de acordo com o tipo de molde utilizado, podendo ser classificados em quatro grupos básicos: areia verde (molde é descartável), molde permanente (molde é metálico, bipartido), injeção (molde é metálico, e o metal líquido entra sob pressão), cera perdida (molde e modelo são descartáveis) (MOLINARI, 1978; ALCOA, 2003; HATCH, 1994).

2.2.2. Características e Aplicações das Ligas de Alumínio para fundição

  A composição química das ligas de alumínio de uso comercial é de grande importância no desenvolvimento de um produto. Teoricamente as melhores combinações de resistência e ductilidade em ligas metálicas resultam de uma estrutura monofásica, onde todos os elementos estão dissolvidos na matriz. Para o alumínio, isto não é possível, pois a solubilidade dos elementos é muito limitada. A maioria das ligas do alumínio são polifásicas, isto é, formadas de uma matriz (solução sólida) e de fases precipitadas. A quantidade, tamanho, forma e distribuição destes precipitados dependem da: Composição química, processo e técnica de fundição, tratamentos térmicos. De forma geral, pode-se separar a influência dos elementos nos seguintes grupos: (MOLINARI, 1978; TONOLLI, 1978).

  • Elemento principal (endurecedores): são responsáveis pelas propriedades mecânicas

    (Ex. Silício, Cobre, Magnésio, Zinco e Manganês).
  • Elementos secundários: cujos percentuais são menores e tem como objetivo uma ação específica para se obter uma determinada propriedade de uso ou característica de fundição (Ex. Níquel, Chumbo e estanho).

  • Elementos modificadores, refinadores ou neutralizadores: são usados em pequenas quantidades com a finalidade de alterar a microestrutura (Ex. Sódio, Estrôncio, Titânio, Boro, Fósforo e Antimônio).
  • Elementos tidos como impurezas: devem ser controlados ou balanceados

  rigorosamente, em geral exercem influência negativa sobre as propriedades ou características de fundição. (Ex. Hidrogênio, Ferro, Sódio, Fósforo) Conforme a tabela 2.2 que mostra a designação das ligas de alumínio para fundição, segundo The Aluminum Association Inc. a qual é indicada e aceita por vários autores

  (GENTIL, 1994; MOLINARI, 1978; TONOLLI, 1978; BURTON e al, 1964) pode-se as principais características de cada série como:

  • Série 1.XXX – 99,0% mínimo de alumínio: Alumínio puro, este é utilizado principalmente em rotores de motores elétricos, condutores de eletricidade e indústria química e alimentícia.
  • Série 2.XXX – Alumínio-Cobre: Nestas ligas o teor da Cobre varia entre 4 a 10%.

  As ligas Al-Cu possuem boa resistência mecânica e excelente usinabilidade, porém sua fundibilidade é pior que as ligas Al-Si. As propriedades mecânicas podem ser melhoradas através de tratamento térmico. Estas ligas não são recomendadas para peças que requerem estanqueidade ou que possuem forma complexa, pois, estão sujeitas à trincas a quente. Também deve se ter cuidado com problemas de corrosão em ligas contendo cobre.

  • Série 3.XXX e 4.XXX – Al-Si; Al-Si-Mg; Al-Si-Cu; Al-Si-Mg-Zn: Nestas séries estão todas as ligas que contém Si como elemento principal. Dependendo da quantidade de Si, são classificadas em: Ligas Hipoeutéticas (Si < 11%), Ligas Eutéticas (Si entre 11 a 13%) e Ligas Hipereutéticas (Si > 13%). Estas ligas são as mais usadas na fundição nos processos de areia, coquilha e sob pressão devido a boa fundibilidade, possuem boa fluidez enchendo bem o molde, com baixa
contração e poucas trincas a quente. Estas ligas apresentam: boa resistência à corrosão, boa soldabilidade, baixo peso específico. Um grupo bastante utilizado é o das ligas Al-Si-Mg, endurecíeis por tratamento térmico pela precipitação do composto Mg Si. A liga mais popular é a liga 356 com

  2 7% de Si e 0,3% Mg, usada na indústria automobilística e fabricação de bielas.

  Possui excelente soldabilidade, resistência à corrosão, estanqueidade e ótima fundibilidade. Outra característica importante é que as propriedades mecânicas e físicas desta liga podem ser melhoradas com o tratamento térmico.

  • Série 5.XXX – Al-Mg: São caracterizadas pela excelente resistência à corrosão,

  ótima usinabilidade e boa aparência quando anodizadas, se comparadas com as ligas Al-Si. Estas ligas são usadas principalmente em ambientes marinhos [ASM, 1996]. Como estas ligas apresentam maior tendência à oxidação no estado líquido, são necessários maiores controles nas fusões e vazamento, principalmente em relação à temperatura, onde geralmente são utilizadas pequenas adições de Berílio (0,003 a 0,007%) para ajudar a evitar a oxidação do metal.

  • Série 6.XXX – Esta série não é utilizada para fundição (ASM, 1996)
  • Série 7.XXX – AL-Zn: Estas ligas apresentam boas propriedades e são mais difíceis de serem fundidas. As ligas Al-Zn envelhecem a temperatura ambiente. Geralmente são utilizadas em peças que exigem determinadas propriedades, nas quais há dificuldade de serem tratadas devido a distorções e trincas causadas pelo brusco resfriamento do tratamento.
  • Série 8.XXX – Al-Sn: Estas ligas foram desenvolvidas para mancais e buchas, onde são capazes de suportar altas cargas e resistência a fadiga. Estas ligas possuem superior resistência à corrosão, comparadas com outros metais usados para mancais. São utilizadas na fundição em areia e coquilha, no entanto cuidados especiais devem ser tomados com o sistema de alimentação para evitar trincas à quente.
  • Série 9.XXX – Reservada para futuras aplicações (ASM, 1996)

2.2.3. Controle do Processo de Fundição do alumínio

  Não basta só controlar a composição química, deve-se também controlar a microestrutura, principalmente controlar o grau de oxidação e o nível de porosidade por hidrogênio nos lingotes. Na compra dos lingotes deve-se exigir Certificado da Composição Química. No controle do recebimento deve-se fazer análise para confirmação da composição e através da quebra do lingote verificar o grau de oxidação e nível de porosidade. Também, a composição química, propriedades físicas e mecânicas devem estar em conformidade com alguma norma como, por exemplo, AA (Aluminum Association) (MOLINARI, 1978).

  Para se ter um controle efetivo do processo de fundição, é necessário ter um bom controle sobre as principais fontes onde se originam as impurezas, podendo ser citadas: matéria prima ou lingotes de má qualidade (podem conter elementos tidos como impurezas ou possuir óxidos), material reciclado de má qualidade (massalotes, sistemas de alimentação, sucata de peças velhas, cavacos de usinagem, retalhos de estampagem, latinhas de bebidas, borra de fundição), gases em solução, produtos usados para modificação, misturas de ligas ou outros materiais (ferro, tinta, areia, óleo, graxas, plásticos etc), incorporação de inclusões não metálicas (óxidos, escórias, refratários, abrasivos, umidade, areia, etc). Somente com um controle efetivo das fontes de impurezas e somado com um controle de qualidade do produto final, pode-se ter qualidade assegurada. Dentre as conseqüências do uso de matéria prima de má qualidade podem ser citadas e divididas em etapas do processo como:

  1. Na fundição de peças:

  • Inclusões não metálicas, pontos duros nas peças;
  • >Porosidades nas peç
  • Maiores gastos com limpeza dos banhos;
  • Maiores perdas de alumínio (oxidação); • Perigo de explosão.

  2. No acabamento de usinagem das peças:

  • Trincas nas peç
  • Dificuldade de usinagem;
  • >Desgaste de ferramentas de usina
  • Problemas no tratamento térmico;
  • Mau acabamento nas peças.

  3. Nas propriedades das peças haverá uma redução:

  • Resistência mecânica;
  • Ductilidade e tenacidade;
  • Condutibilidade elétrica;
  • Resistência à corrosão;
  • Perigo de toxidez;

2.2.4. Cuidados no Processo de Fundição do Alumínio

  Um metal fundido é uma substância química altamente reativa, fazendo com que uma fundição, inevitavelmente conduza à formação de óxidos e freqüentemente ocasionará a absorção de hidrogênio. Mas estes efeitos em fundidos, podem ser minimizados com a manipulação cuidadosa do metal fundido. Porém, a maioria das fundições de alumínio não alcançam esta boa condição, e geralmente só é alcançada em fundições projetadas para uma produção contínua de ligas de alumínio de qualidade, especialmente as que são usadas para aplicações específicas como chapa ou produção de estoque (CAMPBELL, 1994; CAMPBELL, 1995).

  Segundo CAMPBELL (1994), é necessário desenvolver a visão de que, um metal fundido, possui várias camadas de sólidos em suspensão sendo esta condição um fato provável e que a qualidade do fundido que está sob esta superfície deve ser um metal mais puro ou limpo. A Figura 2.2 ilustra este fato que somente pode mudar o tamanho e quantidade dos fragmentos de sólidos, dependendo da prática de fundição e de uma fundição para a outra. Também, deve-se perceber que um grande filme de óxido pode estar presente nos retornos de fundição e nos lingotes, e que estes óxidos podem ser substancialmente reduzidos por um processo de desgaseificação e filtragem (CAMPBELL, 1994).

Figura 2.2 – Óxidos no alumínio fundido (CAMPBELL, 1994)

  Uma das principais dificuldades encontradas na fundição do alumínio é a sua grande afinidade com o oxigênio promovendo uma formação excessiva de óxidos na forma de escórias durante a fusão. Esses óxidos são insolúveis, se permanecerem no banho tendem a formar um filme nos contornos de grão durante a solidificação do metal, reduzindo consideravelmente as propriedades mecânicas da liga.

  Outras impurezas podem afetar certas ligas seriamente, por exemplo, a presença de traços de Ca, Sr ou P em ligas de Al-Si, as quais causam mudanças na modificação do silício eutéticos (CAMPBELL, 1994). A figura 2.3 ilustra algumas das impurezas mais comuns que podem contaminar o alumino durante o processo de fusão. O hidrogênio talvez seja a mais importante das impurezas em uma liga de alumínio, porque ele é altamente solúvel no alumínio fundido, mas dificilmente será totalmente solúvel quando o alumínio solidifica, resultando em porosidade nas peças. Isto pode ser melhor demonstrado pela observação da figura 2.3. O alumínio pode absorver o hidrogênio em uma fundição proveniente dos gases que estão presentes sobre ele, da escória sobre o metal fundido, dos produtos de combustão que contêm água, da umidade relativa do ar insuflado para a combustão, assim como do uso de ferramentas úmidas, cargas metálicas úmidas ou oxidadas e dos revestimentos novos de panelas e fornos (CAMPBELL, 1994).

Figura 2.3 – Impurezas no alumínio durante processo de fundição (CAMPBELL, 1994)

  Outro cuidado deve-se com a origem das inclusões de óxidos que podem ser de várias maneiras, geralmente chegam na fundição na matéria prima, na forma de uma fina camada de óxido na superfície dos lingotes, quando os lingotes são colocados diretamente no metal fundido, em um forno comum, estes óxidos flutuam livres e são dispersos no fundido. Já no caso da fundição em areia, os retornos de fundição, onde a camada de óxido é especialmente espessa, estes podem permanecer intactos durante a refundição e flutuar na área onde metal está sendo transferido ou bombeado do forno, podendo formar inclusões em fundidos. Esta reciclagem se for feita diretamente em fornos comuns, sem uma torre ou canal vertical, estas finas camadas de óxido serão introduzidas diretamente no metal fundindo e serão automaticamente submergidas e redistribuídas no fundido. Este fato pode ser minimizado em um forno de fundição apropriado (CAMPBELL, 1994).

  Atualmente, existem muitos métodos disponíveis para proteger e limpar o metal fundido durante a fundição como exemplo, a utilização de fluxos desgaseificantes e desoxidantes ou equipamentos específicos projetados para purificação dos metais e que utilizam técnicas relativamente novas com um rotor girante que introduzem um gás inerte (Hélio, Nitrogênio, Argônio) proporcionando uma redução do gás hidrogênio e das impurezas não-metálicas dispersas no banho de alumínio. Este processo é um dos mais eficientes métodos de limpeza de ligas de alumínio utilizados na atualidade (CAMPBELL, 1994; ALFATREND, 2004). Também podem ser utilizados, equipamentos projetados para determinação do volume de gás disperso no alumínio líquido, com a utilização do processo de solidificação do corpo de prova do alumínio a vácuo que evidencia a eficiência do processo de desgaseificação ou purificação do metal.

  Outro controle é com a quantidade de areia da fundição nos retornos. Esta areia pode contaminar o metal fundido, pois esta pode conter carbonatos e organofosforados e conseqüentemente levando à presença de fósforo que mesmo em mínimas quantidades oxida com facilidade, formando outros sub compostos. Segundo MOLINARI (1999), o fósforo é considerado como impureza no alumínio (1 a 10 ppm) onde o alumínio + fósforo reage com vapor de água formando PH , (fosfeto).

3 As conseqüências causadas pelas impurezas acima citadas podem ter maior ou

  menor grau influência, dependendo da liga e da aplicação do fundido. Todavia, propriedades tais como forjabilidade, resistência mecânica, condutividade elétrica, resistência à corrosão, entre outras podem ser afetadas tanto pelas impurezas, bem como por diminutos teores de elementos tidos como elementos secundários em uma liga (GENTIL, 1994; GEMELLI, 2001; CAMPBELL, 1994).

2.3. CORROSÃO

2.3.1. Introdução

  De forma geral, com exceção de alguns metais nobres como o ouro, que podem ocorrer no estado elementar, quase todos os metais encentram-se na natureza sob a forma de compostos, sendo comum a ocorrência de óxidos, sulfetos metálico, hidróxidos, cloretos, etc. Para deles extrair os metais necessita-se empregar grande quantidade de energia, sendo que certa quantidade desta energia fica armazenada nos mesmos. Assim, os metais passam a ter mais energia interna do que os seus minérios de origem e, portanto, tendem a interagir espontaneamente com o meio ambiente e formar compostos de menor energia (MAIA, 1998; GENTIL, 1994).

  Num aspecto muito difundido e aceito universalmente, pode-se definir corrosão como a deterioração dos materiais pela ação química ou eletroquímica do meio, podendo estar ou não associado a esforços mecânicos (GENTIL, 1994). Podendo a corrosão incidir sobre diversos tipos de materiais, sejam metálicos como os aços ou as ligas de cobre e de alumínio, por exemplo, ou não-metálicos, como plásticos, cerâmicas, madeiras ou concreto. A ênfase aqui descrita será sobre a corrosão dos materiais metálicos. Esta corrosão é denominada corrosão metálica (GENTIL, 1994).

  Mesmo dando-se aqui ênfase sobre a corrosão dos materiais metálicos, é de grande importância no estudo da corrosão e degradação de materiais, verificar que os mecanismos de deterioração são diferentes para os três tipos de materiais. Nos metais existe uma perda efetiva de material, seja por dissolução (corrosão) ou pela formação de uma incrustação ou película de material não-metálico (oxidação). Os materiais cerâmicos são relativamente resistentes a deterioração, o que ocorre geralmente a temperaturas elevadas ou em meio ambientes considerados extremos. No caso dos polímeros, os mecanismos e as conseqüências são diferentes daqueles apresentados pelos metais e pelas cerâmicas, o termo degradação é utilizado com maior freqüência (CALLISTER, 2002).

  Quanto às considerações do emprego de materiais na construção de equipamentos ou instalações é necessário que estes resistam à ação do meio corrosivo, além de apresentar propriedades mecânicas suficientes e características de fabricação adequadas. As conseqüências da corrosão são bem conhecidas e podem ser citadas: Ferrugem nas carrocerias, radiadores e componentes de exaustão de automóveis. Algumas conseqüências da corrosão são desastrosas: como a corrosão em tubulações de derivados de petróleo que causou vazamento do fluido transportado seguido de incêndio de grandes proporções como ocorrido em Cubatão no estado de São Paulo ou a explosão ocorrida em Guadalajara no México, ambos na década de 90 e que ocasionaram a perda de mais de uma centena de vidas (CALLISTER, 2002).

  Ocasionalmente os processos de corrosão também são utilizados com vantagens. Alguns exemplos são: oxidação de aços inoxidáveis, com formação de uma película protetora de óxido de cromo; anodização do alumínio, corrosão em pilha e baterias secas gerando corrente elétrica, proteção catódica com ânodos de sacrifício ou galvânicos para proteção de aço carbono usado em instalações enterradas ou submersas (GENTIL, 1994; ABRACO, 2004; CALLISTER, 2002).

2.3.2. Conceitos de Corrosão

  Para entender os processos corrosivos, primeiramente deve-se saber que dependendo do tipo de ação do meio corrosivo sobre o material, os processos corrosivos podem ser classificados em dois grandes grupos: Corrosão Eletroquímica e Corrosão Química.

  

a) Processos de corrosão eletroquímica: são mais freqüentes na natureza e se

  caracterizam basicamente por: necessariamente ocorrerem na presença de água no estado líquido, em temperaturas abaixo do ponto de orvalho da água, sendo a grande maioria na temperatura ambiente e formam uma pilha ou célula de corrosão, com a circulação de elétrons na superfície metálica. Em face da necessidade do eletrólito conter água líquida, a corrosão eletroquímica é também denominada corrosão em meio aquoso. Nos processos de corrosão, os metais reagem com os elementos não metálicos presentes no meio, O , S, H S,

  2

  2 CO entre outros, produzindo compostos semelhantes aos encontrados na natureza, dos

  2

  quais foram extraídos, concluindo-se, portanto, que nestes casos a corrosão corresponde ao inverso dos processos extrativos, Figura 2.4 (ABRACO, 2004).

Figura 2.4 – Ciclo dos metais

  

b) Processos de corrosão química: são, por vezes, denominados corrosão ou oxidação em

  altas temperaturas. Estes processos são menos freqüentes na natureza, envolvendo operações onde as temperaturas são elevadas. Tais processos corrosivos se caracterizam basicamente por: ausência da água líquida, temperaturas, em geral, elevadas, sempre acima do ponto de orvalho da água, interação direta entre o metal e o meio corrosivo. Como na corrosão química não se necessita de água líquida, ela também é denominada em meio não aquoso ou corrosão seca (GENTIL, 1994; GEMELLI, 2001; ABRACO, 2004).

  Além dessas definições, existem outras formas de corrosão que são processos de deterioração de materiais que ocorrem durante a sua vida em serviço, que não se enquadram na definição de corrosão acima descrita. Um deles é o desgaste devido à erosão, que remove mecanicamente partículas do material. Embora esta perda de material seja gradual e decorrente da ação do meio, tem-se um processo eminentemente físico e não químico ou eletroquímico. Pode-se, entretanto ocorrer em certos casos, ação simultânea da corrosão, constituindo o fenômeno da corrosão-erosão.

  Outro tipo de alteração no material que ocorre em serviço, são as transformações metalúrgicas que podem acontecer em alguns materiais, particularmente em serviço com temperaturas elevadas. Em função destas transformações as propriedades mecânicas podem sofrer grandes variações, por exemplo, apresentando excessiva fragilidade na temperatura ambiente. A alteração na estrutura metalúrgica em si não é corrosão embora possa modificar profundamente a resistência à corrosão do material, tornando-o, por exemplo, susceptível à corrosão intergranular (GENTIL, 1994; ABRACO, 2004).

2.3.3. Reações Eletroquímicas

  Todo tipo de corrosão que ocorre na presença de umidade faz parte da chamada corrosão úmida e ocorre por um mecanismo eletroquímico. A corrosão é uma reação de interface irreversível em que ocorrem reações de oxidação e de redução entre um metal e um agente oxidante. A transferência de elétrons de uma região anódica para uma região catódica denomina-se pilha de corrosão eletroquímica e é constituída de quatro elementos fundamentais: (GENTIL, 1994; GEMELLI, 2001).

  • Área anódica: superfície onde se verifica a corrosão (reações de oxidaçã
  • Área catódica: superfície protegida onde não há corrosão (reações de redução);

  • Eletrólito: solução condutora ou condutor iônico (geralmente líquido) que envolve simultaneamente as áreas anódicas e catódicas. Os íons positivos tendem a se difundir para o cátodo, e os íons negativos, para o anodo;

  O aparecimento das pilhas de corrosão é conseqüência de potenciais de eletrodos diferentes, em dois pontos da superfície metálica, com a devida diferença de potencial entre eles. As reações da corrosão eletroquímica envolvem sempre reações de oxi-redução. Na área anódica onde se processa a corrosão ocorrem reações de oxidação, sendo a principal a de passagem do metal da forma reduzida para a forma iônica (GENTIL, 1994; GEMELLI, 2001).

2.3.4. Mecanismos de Corrosão

  A corrosão de materiais metálicos em soluções eletrolíticas ocorre por um mecanismo eletroquímico devido a formação de pilhas eletroquímicas, chamadas de pilhas de corrosão. Os principais tipos de pilhas eletroquímicas são: (GENTIL, 1994; ABRACO, 2004; GEMELLI, 2001).

  • - Pilha de eletrodo diferente: esta pilha é também denominada de pilha galvânica e surge

  sempre que dois metais ou ligas metálicas diferentes são colocados em contato elétrico na presença de um eletrólito [GENTIL, 1994; GEMELLI, 2001; ABRACO, 2004];

  • - Pilha de concentração: a pilha de concentração ocorre devido a uma heterogeneidade de

  concentração iônica do eletrólito ou devido a uma heterogeneidade de concentração de fases dissolvidos. A pilha de concentração iônica diferencial surge sempre que um material metálico é exposto a concentrações diferentes de seus próprios íons. Ela ocorre porque o eletrodo torna-se mais ativo quando decresce a concentração de seus íons no eletrólito. Já a pilha de aeração diferencial é formada por concentrações diferentes do teor de oxigênio, de forma idêntica à pilha de concentração iônica diferencial, apenas as áreas anódicas e catódicas são invertidas em relação àquela (GENTIL, 1994; ABRACO, 2004; GEMELLI, 2001);

  • - Pilha de ação local: esta pilha é provavelmente a mais freqüente na natureza, ela aparece

  em um mesmo metal devido a heterogeneidades diversas, decorrentes de composição química, textura do material, tensões internas, dentre outras. As causas determinantes da pilha de ação local são:

  • Inclusões, segregações, bolhas, trincas;
  • Estados diferentes de tensões e deformações;
  • Acabamento de superfície;
  • Diferença no tamanho e contornos de grão;

  • Tratamentos térmicos diferentes;
  • Materiais de diferentes épocas de fabricação;
  • Gradiente de temperatura.

  Uma experiência deste tipo de pilha de ação local é demonstrada em uma chapa de zinco comercial, Figura 2.5 (GENTIL, 1994). Observa-se que, em um metal que não for de alta pureza, ocorre um desprendimento do hidrogênio gasoso em pontos determinados da superfície.

  Outra forma de pilha de ação local é representada esquematicamente pela Figura 2.6 (GENTIL, 1994; ABRACO, 2004; GEMELLI, 2001).

Figura 2.5 - Forma esquemática da pilha Figura 2.6 - Forma esquemática da pilha de ação local em chapa de zinco impuro de ação local (ABRACO, 2004)

  (GEMELLI, 2001)

  • - Pilha ativa-passiva: alguns metais tendem a se tornar passivos devido a formação de

    uma película fina e aderente de óxido ou outro composto insolúvel nas suas superfícies.

  Estes são denominados materiais formadores de película protetora, como por exemplo: o cromo, o alumínio, os aços inoxidáveis, titânio, dentre outros. A película protetora se constitui numa fina camada do produto de corrosão (camada fina e aderente de óxido ou outro composto insolúvel) que passiva a superfície metálica, fazendo com que este material funcione como áreas catódicas. Se a película for danificada em algum ponto por ação mecânica e, principalmente pela ação de íons halogenetos (especialmente cloreto), penetram através dos poros ou falhas da rede cristalina da película passivadora, ou dispersão sob forma coloidal, aumentando sua permeabilidade, formando uma área ativa (anódica) na presença de uma grande área passiva (catódica) com o conseqüente aparecimento de uma forte pilha, que proporciona corrosão localizada. A destruição da passividade pelo íon cloreto não ocorre em toda a extensão da película, e sim em pontos, talvez determinados por pequenas variações na estrutura e na espessura da película.

  A Figura 2.7 representa a forma esquemática da pilha Ativa-Passiva (GENTIL, 1994; ABRACO, 2004).

  A Figura 2.7 – Forma esquemática da pilha Ativa-Passiva (ABRACO, 2004).

2.3.5. Meios Corrosivos

  Os meios corrosivos em corrosão eletroquímica são responsáveis pelo aparecimento do eletrólito. O eletrólito é uma solução eletricamente condutora constituída de água contendo sais, ácidos ou bases (GENTIL, 1994, ABRACO, 2004).

  Os principais meios corrosivos e respectivos eletrólitos são:

  • Atmosfera: o ar contém umidade, sais em suspensão, gases industriais, poeira, etc. O eletrólito constitui-se da água que condensa na superfície metálica, na presença de sais ou gases presentes no ambiente. Outros constituintes como poeira e poluentes diversos podem acelerar o processo corrosivo;
  • Solos: os solos contêm umidade, sais minerais e bactérias. Alguns solos apresentam também, características ácidas ou básicas. O eletrólito constitui-se principalmente da água com sais dissolvidos;
  • Águas naturais (rios, lagos e do subsolo): estas águas podem conter sais minerais, eventualmente ácidos ou bases, resíduos industriais, bactérias, poluentes diversos e gases dissolvidos. O eletrólito constitui-se principalmente da água com sais dissolvidos. Os outros constituintes podem acelerar o processo corrosivo;
  • Água do mar: estas águas contêm uma quantidade apreciável de sais. A água do mar em virtude da presença acentuada de sais é um eletrólito por excelência. Outros constituintes como gases dissolvidos, podem acelerar os processos corrosivos;
  • Produtos químicos: os produtos químicos, desde que em contato com água ou com umidade e formem um eletrólito, podem provocar corrosão eletroquímica.

2.3.6. Passivação

  A passivação é um caso de grande importância na velocidade de corrosão. A passivação faz com que em alguns metais e ligas normalmente ativos, sob condições ambientais específicas, perdem a sua reatividade química e se tornam extremamente inertes. Esse fenômeno é conhecido como passividade (ABRACO, 2004).

  A passivação pode ser descrita como a modificação do potencial de um eletrodo no sentido de menor atividade (mais catódico ou mais nobre) devido a formação de uma película de produto de corrosão. Esta película é denominada película passivante. Os metais e ligas metálicas que se passivam são os formadores de películas protetoras (GENTIL, 1994; GEMELLI, 2001; ABRACO, 2004). Como exemplo podem ser citados:

  • Cromo, níquel, titânio, aço inoxidável, monel que se passivam na grande maioria

  dos meios corrosivos, especialmente na atmosfera;

  • Chumbo que se passiva na presença de ácido sulfúrico;

  • O ferro que se passiva na presença de ácido nítrico concentrado e não se passiva na presença de ácido nítrico diluí
  • A maioria dos metais e ligas passivam-se na presença de meios básicos, com exceção dos metais anfóteros (Al, Zn, Pb, Sn e Sb).

2.3.7. Formas de Corrosão

  É conveniente classificar a corrosão de acordo com a maneira com que ela se manifesta. As formas segundo as quais a corrosão pode manifestar-se são definidas principalmente pela aparência da superfície corroída, sendo as principais formas:

  • Corrosão uniforme: quando a corrosão se processa de modo aproximadamente uniforme em toda a superfície atacada. Esta forma é comum em metais que não formam películas protetoras, como resultado do ataque;
  • Corrosão por placas: quando os produtos de corrosão formam-se em placas que se desprendem progressivamente. É comum em metais que formam película inicialmente protetora, mas que, ao se tornarem espessas, fraturam e perdem a aderência, expondo o metal a novo ataque;
  • >Corrosão alveolar: quando o desgaste provocado pela corrosão se dá sob forma localizada, com o aspecto de crateras. É freqüente em metais formadores de películas semi protetoras ou quando se tem corrosão sob depósito, como no caso da corrosão por aeração diferenc
  • Corrosão por pite: quando o desgaste se dá de forma muito localizada e de alta

  intensidade, geralmente com profundidade maior que o diâmetro e bordos angulosos. A corrosão por pite é freqüente em metais formadores de películas protetoras, em geral passivas, que, sob a ação de certos agentes agressivos, são destruídas em pontos localizados, os quais tornam-se ativos, possibilitando corrosão muito intensa;

  • Corrosão intergranular ou intercristalina: quando o ataque se manifesta no

  contorno dos grãos;

  • Corrosão transgranular ou transcristalina: quando o fenômeno se manifesta sob a forma de trincas que se propagam pelo interior dos grãos do material.

  A Figura 2.8 apresenta, de maneira esquemática algumas dessas formas de corrosão.

Figura 2.8 – Desenho esquemático das formas de corrosão (GENTIL, 1994;

  ABRACO, 2004)

2.3.8. Corrosão sob Solicitações Mecânicas

  Trata-se de um tipo de corrosão que produz por efeito combinado de uma ação mecânica e de um meio corrosivo específico. Aqui será dada preferência aos fenômenos associados ao escoamento de fluidos, pois estes, podem acelerar os processos corrosivos em virtude da associação do efeito mecânico com a ação corrosiva (GENTIL, 1994; GEMELLI, 2001; ABRACO, 2004).

  Segundo M.M. Stack, (2002), ensaios feitos para o aço em contato com água do mar verificam que a velocidade relativa da superfície metal-eletrólito atua na taxa de desgaste de três formas: para velocidades baixas há uma ação despolarizante intensa que se reduz à medida que a velocidade se aproxima de 8 m/s. A partir desta velocidade as taxas praticamente se estabilizam voltando a crescer para altas velocidades quando diante de um movimento turbulento tem-se, inclusive, uma ação erosiva. Este tipo de corrosão implica na ação erosiva e corrosiva do meio, devidas ao movimento relativo existente entre esse o material metálico (GENTIL, 1994). Estas condições também foram estudadas por vários autores como: M.M. Stack; R.J.K. Wood e E.E. Ebenso, onde fica claro que o desgaste é uma função do impacto das partículas (velocidade, concentração, fluxo, forma, ângulo de impacto, dureza, densidade), do material (dureza, resistência, densidade, modulo de elasticidade, elemento de liga), e do meio ambiente (velocidade do fluxo, pH, potencial eletroquímico, viscosidade, composição química, temperatura, pressão).

  Os principais tipos de corrosão associada com escoamento são a corrosão-erosão, a corrosão com cavitação e a corrosão por turbulência, os quais estão resumidos abaixo.

a) Corrosão-Erosão: Erosão de um material metálico é o desgaste mecânico provocado

  pela abrasão superficial de uma substância sólida, líquida ou gasosa. Tal ação pode facilmente levar ao aparecimento de pequenas regiões anódicas em contato com grandes extensões catódicas, o que constitui uma situação especialmente perigosa. A ação erosiva de um gás é aumentada pela presença de gotículas de líquidos ou fragmentos sólidos e a de líquidos pela presença de partículas sólidas. Tem-se, pois, que a erosão é a deterioração de materiais metálicos ou não metálicos pela ação abrasiva de fluídos em movimento, corrosão usualmente acelerada pela presença de partículas sólidas em suspensão. A erosão provoca o desgaste superficial capaz de remover as películas protetoras 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.

  

b) 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 entrarem em contato com zonas de pressão mais alta são destruídas instantaneamente criando ondas de choque no líquido (ABRACO, 2004). A cavitação é ação dinâmica, no interior de um fluído, associada à formação e ao colapso de cavidades nas regiões que ficam abaixo da pressão absoluta de vapor do líquido. Quando um fluindo tem um impacto direto sobre superfície metálica, pode se notar severa ação mecânica com desgaste do material. Bolhas de gás, presentes no líquido aumentam o efeito do impingimento, observando-se que a presença de bolhas de ar agravam o ataque por impingimento (GENTIL, 1994). A cavitação, da mesma forma que a erosão, destrói as películas dos produtos de corrosão expondo o material a um 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 (ABRACO, 2004). Deste modo, o desgaste resultante será maior no caso de conjugar os dois fenômenos do que aquele observado pela ação de cada um isoladamente.

  

c) 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 à 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 (GENTIL, 1994, ABRACO, 2004).

2.3.9. Corrosão em Ligas de Alumínio

  O alumínio é um metal ativo cuja resistência à oxidação depende de um filme de óxido protetor (MAIA, 1998). Em condições aquáticas, as condições termodinâmicas sob a qual este filme se desenvolve são normalmente apresentadas pelo diagrama de Paurbaix (Figura 2.9).

Figura 2.9 – Diagrama de Paurbaix (Potencial x pH) para o Al, à 25ºC. (PAURBAIX,

  1966) Dada a figura acima, observa-se que o Al encontra-se passivado apenas na faixa de pH entre 4 e 9, sendo estes limites dependentes da temperatura, da forma de óxido presente e da baixa dissolução do metal. Os processos corrosivos de natureza eletroquímica apresentam mecanismos idênticos porque sempre serão constituídos por áreas anódicas e catódicas, entre as quais circula uma corrente de elétron e uma corrente de íons. Entretanto a perda de massa e modo de ataque sobre o material dá-se de formas diferentes.

2.3.9.1. Corrosão por Pites (Corrosão Localizada)

  A corrosão por pites é uma forma de corrosão localizada de uma superfície passiva

  devido à presença de íons agressivos (principalmente Cl , Br , F , I ) no eletrólito, esta dissolução localizada da película gera uma área ativa que diante do restante passivado provoca uma corrosão muito intensa e localizado que consiste na formação de cavidades de pequena extensão e razoável profundidade. Ocorre em determinados pontos da superfície enquanto que o restante pode permanecer praticamente sem ataque. É um tipo de corrosão muito característica dos materiais metálicos formadores de películas protetoras (passiváveis) e resulta, de modo geral, da atuação da ilha ativa-passiva nos pontos nos quais a camada passiva é rompida. É um tipo de corrosão de mais difícil acompanhamento quando ocorre no interior de equipamentos e instalações já que o controle da perda de espessura não caracteriza o desgaste verificado. Uma grandeza importante neste caso é o potencial em que haja a quebra de passividade. Na verdade o que ocorre é a alteração na curva de polarização anódica. Outro aspecto importante é o mecanismo de formação dos pites já que a falha se inicia em pontos de fragilidade da película passivante (defeitos de formação da película) e o pH no interior do pite se altera substancialmente no sentido ácido o que dificulta a restituição da passivação inicial. Resulta daí que a pequena área ativa (formada diante de uma grande área catódica provoca a corrosão intensa e localizada. [GENTIL, 1994; GEMELLI, 2001; MAIA, 1998).

  De forma geral, a morfologia dos pites mais freqüentes estão representados na Figura 2.10.

Figura 2.10 – Morfologia dos pites: (a) pite profundo, (b) pite ocluso, (c) pite hemisférico

  (GENTIL, 1994) O mecanismo de corrosão por pite pode ser representado esquematicamente de acordo com a Figura 2.11.

Figura 2.11 – Mecanismo de corrosão por pite (GEMELLI, 2001)

  A formação de pites de corrosão, muitas vezes, se da pela presença de impurezas ou microssegregações na superfície metálica que é responsável pela formação local de óxidos menos resistentes durante a passivação. Em presença de ânions agressivos, esses óxidos sofrem então um ataque preferencial dando início à formação de pites de corrosão (GEMELLI, 2001).

  Micropilhas galvânicas também podem se formar quando a superfície metálica contém precipitados ou inclusões. Esses podem se dissolver ou provocar a dissolução do metal base na interface. Quando inertes com relação ao metal base, eles podem facilitar a nucleação de pites pela formação de fendas se, por exemplo, os coeficientes de dilatação térmica entre essas fases e o metal de base forem diferentes (GEMELLI, 2001).

  Segundo WANG Q.Y. at al., as propriedades de fadiga são significativamente afetadas pela pré-existência de pites de corrosão, especialmente para o início da fratura em longos ciclos de vida. Estudo semelhante efetuado por LEWANDOWSKI (1998), considera o efeito dos pites sobre a pressão hidrostática prejudicial sobre o comportamento mecânico e no processo de deformação dos materiais.

2.3.9.2. Corrosão Intergranular e (ou) Intragranular

  Os materiais metálicos apresentam defeitos cristalinos (lacunas, discordâncias, contornos de grãos) e heterogeneidades químicas (impurezas, precipitados, inclusões, microssegregações). Geralmente, as heterogeneidades químicas são encontradas com maior facilidade nos defeitos cristalinos por apresentarem maior energia livre. Dependendo do potencial dos defeitos cristalinos e/ou da heterogeneidade química, o material pode ser atacado através do grão ou nos seus contornos. Este fenômeno é conhecido como corrosão transgranular ou intergranular, respectivamente. Na prática observa-se, com bastante freqüência, um ataque misto, ou seja, a corrosão preferencialmente intergranular é também acompanhada por um ataque transgranular (GEMELLI, 2001). Freqüentemente estas heterogeneidades se encontram nos limites dos contornos dos grãos cristalinos, onde os átomos apresentam um certo desarranjo, decorrente do encontro entre os grãos, o que determina freqüentemente certas imperfeições no interior dos cristais, podendo também se formar seletivamente nesta região dos contornos de grão pequenas partículas de fase diferente da solução sólida inicial. Estas heterogeneidades podem, provavelmente, serem o fenômeno causador do ataque da corrosão intergranular, que 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 (ABRACO, 2004).

  O principal fator responsável pela diferença na resistência à corrosão da matriz (material no meio do grão) e do contorno da matriz é a diferença apresentada na composição química. 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 à diferença de potencial ocasionada pelas características diferentes dos materiais (no interior e no contorno do grão) (GENTIL, 1994; GEMELLI, 2001; ABRACO, 2004).

  A seguir são apresentados alguns exemplos de casos de corrosão intergranular de ligas de alumínio, mas este tipo de corrosão pode estar presente em outros grupos de material, como os aços inoxidáveis e em ligas de níquel (GENTIL, 1994; GEMELLI, 2001; ABRACO, 2004).

  A maioria das ligas de alumínio sofrem algum tipo de tratamento térmico, usualmente de precipitação (envelhecimento). Esse tratamento aumenta a resistência mecânica, mas freqüentemente conduz a uma maior sensibilidade à corrosão intergranular (GEMELLI, 2001). O alumínio puro e ligas de alumínio-magnésio apresentam boa resistência à água do mar e atmosfera marinha.

  A tendência das ligas de alumínio, para corrosão intergranular, está ligada à deposição de compostos intermetálicos nos contornos dos grãos. Assim, as ligas de alumínio/cobre são muito me nos resistentes, mas podem sofrer corrosão por pites e a precipitação de CuAl nos

  2

  contornos dos grãos, ocasionando um decréscimo do teor de cobre nas regiões nos contornos de grãos que funcionam como áreas anódicas onde os precipitados de CuAl são

  2

  mais nobres que a matriz, aparentemente agindo como cátodos e acelerando a corrosão da região vizinha ao contorno de grão, empobrecida em cobre. Ligas de alumínio-magnésio contendo acima de 3% de magnésio podem formar precipitados de Mg Al nos contornos

  2

  8

  de grão. Estes precipitados são corroídos porque são menos resistentes à corrosão do que a matriz (ABRACO, 2004).

  Caso similar ocorre nas ligas de alumínio-magnésio-zinco devido à formação do precipitado de MgZn . No entanto, eliminando-se estes precipitados, elimina-se a causa da

  2

  corrosão intergranular, porém, no caso das ligas de alumínio mencionadas, os precipitados são imprescindíveis para a elevação da resistência mecânica. Na seleção do material para serviço em um determinado meio corrosivo, deve-se evitar o uso de ligas susceptíveis à corrosão intergranular (GENTIL, 1994; GEMELLI, 2001; ABRACO, 2004).

  Segundo ASM Specialty Handbook, o Silício é catódico frente a matriz de alumínio em solução sólida por umas centenas de milivolt. No entanto, o efeito do Silício nestas ligas é mínimo, porque a alta polarização das partículas de Silício resulta numa baixa densidade de corrente. A resistência à corrosão das ligas de alumínio da série 3xx.x é altamente afetada pelo conteúdo de Cobre. Isto acontece para percentuais de Cobre elevado (5%) como para os níveis considerados residuais.

  2.3.10. Proteção Anticorrosiva

  Os materiais metálicos podem ter resistência própria à corrosão ou tê-la ampliada pela utilização dos métodos ou técnicas de proteção anticorrosiva. A tecnologia hoje existente permite a utilização dos materiais em praticamente todos os meios corrosivos com a durabilidade dentro da extensão desejada.

  Existem varias formas de proteção anticorrosiva, e podem ser divididos em grupos com, por exemplo, os revestimentos metálicos (cladização, deposição por imersão a quente, metalização, eletrodeposição, deposição química) e os revestimentos não-metálicos inorgânicos (anodização, cromatização, fosfatização, revestimento com argamassa de cimento, revestimento com vidro, revestimento com esmalte vítreo, revestimento com material cerâmico).

  2.3.11. Efeito das Impurezas e dos Elementos Residuais na Resistência à Corrosão

  O alumínio puro, as ligas de alumínio magnésio, assim como as presentes ligas estudadas são referenciadas por muitos autores como ligas resistentes à corrosão. Porém, muitos autores salientam que a resistência à corrosão das ligas de alumínio pode ser afetada por reduzidos teores de impurezas.

  Também, segundo (CAMPBELL, 1994) certas ligas de Al-Si podem ser afetadas seriamente pela presença de traços de impurezas como o Ca, Sr ou P conduzirão em mudanças na modificação do silício eutéticos.

  De acordo com o item 2.3.9.1, mecanismos de corrosão localizada (corrosão por pites), verifica-se que o potencial de pite pode ser influenciado pelos elementos de liga, assim como pela presença de impurezas em forma de inclusões ou microssegregações na superfície metálica, sobretudo as inclusões do tipo sulfeto, que diminuem localmente o potencial de pite, favorecendo a dissolução na região da inclusão (GENTIL, 1994; GEMELLI, 2001).

  No item 2.3.9.2, corrosão intergranular e (ou) intragranular, os materiais metálicos apresentam defeitos e heterogeneidades químicas. Dependendo do potencial dos defeitos cristalinos e/ ou da heterogeneidade química, o material pode ser atacado através do grão ou nos seus contornos.

  Também segundo GEMELLI (2001), as impurezas presentes nos metais podem influenciar a mobilidade iônica através da camada de corrosão, por reação de oxidação na interface metal/óxido influenciando os mecanismos difusionais tanto por efeito de dopagem na camada de óxido, como pela formação de precipitados. Os precipitados podem se formar principalmente nos contornos dos grãos do óxido, próximo à interface metal/óxido, pelas reações das impurezas oxidadas com os íons de oxigênio ou por reação de redução do óxido base.

  Segundo estudos efetuados por CARROLL (2001), sobre os efeitos de adições secundárias (residuais) de Cu em uma liga de Al,Zn modificada (Al-5083), os problemas de fratura de corrosão sob tensão (SCC), são atribuídos em grande parte, a dissolução intergranular ou empobrecimento das fases ricas em Mg que se formam no contorno dos grãos nestas ligas. Quando o magnésio está presente em níveis maiores que 3,5% em peso, geralmente é aceito que quando o material é submetido à temperaturas elevadas (sensitização), o responsável pela falha SCC é a dissolução anódica da fase â (Al Mg ) que

  3

  2

  se forma ao longo dos contornos dos grãos com o tempo. Estudos prévios têm indicado que uma fase alternativa pode formar na presença de níveis secundários de Zn, uma fase ternária de (Mg (Al,Zn) ), a qual é menos suscetível para dissolução anódica dos

  32

  49 contornos do grão (ABRACO, 2004). Para avaliar as fases presentes nos contornos dos grãos, nesta liga, foi feita uma investigação na característica das fases no contorno dos grãos, para isto foi adicionado na referida liga percentuais de cobre em três amostragens (0,073%, 0,13% e 0,24%). Neste estudo foi demonstrado, que a transição de equilíbrio da fase é provavelmente entre níveis de Cu de 0,075 e 0,15%, em peso, para a liga 5083. Também pode-se concluir, segundo por CARROLL (2001), que tanto o Cu como o Zn podem contribui para a formação da fase (Mg (Al,Zn) ).

  32

  49

2.4. ENSAIOS DE CORROSÃO

2.4.1. Introdução

  Os ensaios de corrosão são realizados a fim de caracterizar a agressividade de um determinado meio corrosivo e, portanto, obter dados para o controle do processo corrosivo. A corrosão de materiais metálicos é influenciada por diversos fatores que modificam o ataque químico ou eletroquímico, não existindo um método único de ensaio de corrosão e sim uma grande variedade de ensaios. Conforme o objetivo a ser alcançado, o ensaio de corrosão pode ser realizado em laboratório ou no campo (MAIA, 1998).

  a) Ensaios de laboratório: utilizam-se corpos de prova pequenos e bem definidos e a composição do meio corrosivo é fixada com exatidão. Para obter resultados mais práticos, pode-se manter constantes as condições do ensaio e acelerar o processo.

  b) Ensaios de campo: A peça a ser ensaiada é submetida as condições reais do meio corrosivo, possibilitando assim, verificar a resistência a corrosão do material, bem como, a eficiência de um método protetor. Contudo, a fim de se verificar a ação dos fatores aceleradores e retardadores do processo, a obtenção dos resultados geralmente demanda longo período de tempo e as condições de ataque são varáveis e, às vezes, não controláveis.

  De forma geral, os ensaios podem ser: De imersão total em um eletrólito; de imersão alternada; exposição em câmaras de atmosfera controlada (salina, climáticas, de SO , misturas de gases, entre outros); corrosão a baixas solicitações mecânicas; à alta

  2 temperatura; induzida microbiologicamente; exposição em atmosfera marinha, rural, urbana, industrial; em condições de imersão marinha ou água doce e em condições de operação efetiva (MAIA, 1998). Ao se efetuar um estudo mais detalhado entre os diferentes métodos de ensaio de corrosão existentes e qual o mais indicado para cada caso, deve-se consultar livros específicos, como por exemplo, AILOR (1971), e as Normas ASTM, DIM e ABNT (MAIA, 1998).

2.4.2. Avaliação dos Ensaios de Corrosão

  Através dos corpos de prova utilizados nos ensaios de corrosão, é possível se ter uma medida da extensão do ataque através de uma avaliação quantitativa mediante aplicações de métodos tais como (MAIA, 1998):

  • Observações no microscópico: profundidade da corrosão intergranular

  (profundidade do ataque corrosivo), tipo de corrosão (intergranular, intragranular, profundidade de pites e espessura da camada de recobrimento);

  • Observação visual: permite distinguir ataques uniformes ou localizados;
  • >Perda ou ganho de massa durante o ensaio: tomando o peso antes e após o ens
  • Aparência: aparência e rugosidade superficial;
  • Taxa de corrosão: Taxa = (K x W)/(A x T x D), onde K é uma constante

  2

  determinada pela perda de massa, T é o tempo de exposição, A é a área em Cm e

2 D é a densidade em g/cm ;

  • Métodos eletroquímicos: permite medir a diferença de potencial entre dois metais diferentes e as curvas de polarização catódica e anódica.

  Em determinados casos, para se ter uma melhor avaliação dos produtos de corrosão, são utilizados vários métodos de análise conjuntamente. Entretanto, para se conhecer a composição química do produto de corrosão formado sobre o material metálico, faz-se necessário o emprego de técnicas como (MAIA, 1998):

  • Quando o produto de corrosão é superficial: microsonda, análise por dispersão de energia, espectroscopia Auger e fluorescência de raios X;
  • Quando se tem produto de corrosão em quantidade adequada: análise química por via úmida, processos calorimétricos, espectrofotométricos e cromatrografia.

  Quando se pretende avaliar a resistência à corrosão em serviço de componentes em meio aquoso, é necessário conhecer bem os detalhes específicos do produto e da aplicação sobre considerações a respeito das “variáveis dependentes” inerentes ao material metálico, meio corrosivo, condições operacionais e dos tipos de corrosão presente neste ambiente, ou seja, para uma avaliação completa da corrosão, deve ser considerados os efeitos combinados que geralmente estão presentes em aplicações de produtos em ambientes aquosos, pois a corrosão nestes ambientes pode ser significativamente maior que a soma dos processos operando separadamente como os casos da corrosão-erosão e da corrosão- cavitação, por exemplo (GENTIL, 1994; ABRACO, 2004).

  Segundo STACK (2003), a combinação de efeitos e os regimes de interação em meios aquosos tem sido bastante pesquisado, porém, no momento, existe poucas informações publicadas sobre a forma com que a interação ocorre na resistência dos materiais em tais ambientes. Isso se deve porque poucos estudos experimentais cobrem a extensa faixa de parâmetros necessário para “construir” tal guia. Além disso, houve poucas tentativas no sentido de incorporar algumas das sutilezas da interação da erosão-corrosão (efeito sinérgico) em tais guias. A combinação dos efeitos em meio aquoso é um dos maiores problemas na indústria de óleo e de gás, na fabricação de bombas e turbinas, no processamento de materiais como na produção de alumina e indústrias de papel entre outras. Em tais condições, o desgaste é uma função do impacto das partículas (velocidade, concentração, fluxo, forma, ângulo de impacto, dureza, densidade), do material (dureza, resistência, densidade, modulo de elasticidade, elemento de liga), e do meio ambiente (velocidade do fluxo, pH, potencial eletroquímico, viscosidade, composição química, temperatura, pressão).

  Também segundo estes pesquisadores, a erosão-corrosão é em particular, difícil de predizer, por causa do assim determinado sinergismo entre os processos que podem ser dividido em dois processos. A erosão pode aumentar a corrosão, pela remoção do filme protetor na superfície. Este é denominado o assim chamado efeito “aditivo”. Corrosão também pode aumentar (alterando a microestrutura entre a dissolução ou entre a formação de filmes fracamente aderentes) ou inibir a erosão (por formação de filmes protetores). Este efeito posterior é determinado o verdadeiro efeito sinérgico e é o mais difícil dos mecanismos para caracterizar, e mais importante, predizer.

  CAPÍTULO 3 - MÉTODOS EXPERIMENTAIS

3.1. Introdução

  Para avaliar o problema de corrosão destes componentes (rotores de motobombas), foi feito um levantamento do processo de fundição junto à indústria e realizado um breve inventário sobre o processo e as matérias primas utilizadas. Em virtude das inúmeras possibilidades de origem para este problema específico, tomou-se como primeiro parâmetro de avaliação, a caracterização de um processo de fundição e a utilização de uma liga de alumínio que reunisse as melhores características para a aplicação. Após uma abordagem do problema foi possível efetuar uma avaliação detalhada de todo o processo de fabricação, possibilitando então, estipular algumas variáveis que deveriam ser agora estudadas em laboratório. Para estabelecer os mecanismos responsáveis pelo processo corrosivo, efetuou-se uma avaliação detalhada da composição química e da estrutura metalográfica dos componentes que haviam apresentado corrosão em serviço.

  Na avaliação metalográfica constatou-se que as peças apresentavam desgaste bastante acentuado, e que o processo de corrosão era predominantemente intergranular com ataque superficial generalizado. Para a avaliação da influência da qualidade das matérias primas de fusão e do controle processo sobre a suscetibilidade à corrosão na liga utilizada para obtenção destas peças por processo de fundição, no caso a liga com denominação comercial 356 (Al7Si0,3Mg), foi utilizado como principal parâmetro de avaliação a composição química, com especial ênfase nos teores dos elementos cobre e zinco presentes em percentuais que caracterizam estes elementos como impurezas e não como elementos de liga. Optou-se então pela formulação de um programa experimental no qual a única variável foi à composição química da liga, tomando–se como padrões de comparação as ligas comerciais A356 e 356 com baixos teores de elementos residuais, conforme tabela 3.1.

3.2. Metodologia Experimental

  A metodologia utilizada na presente pesquisa tem por objetivo fazer um levantamento detalhado de um problema de corrosão em peças e possibilitar avaliar matérias primas através de um “procedimento experimental” que, encontra-se dividido da seguinte forma: busca e registro de informações, avaliação de matérias primas e avaliação da influência dos elementos considerados residuais (Cu e Zn).

3.2.1. Abordagem Inicial - Busca e Registro de Informações

  Esta abordagem inicial teve como objetivo levantar dados já existentes e fazer um levantamento do processo de fundição junto à indústria. Neste levantamento também foram estudadas as especificações e o recebimento da matéria prima, em seguida foram avaliadas as práticas realizadas pela indústria como, relatórios de acompanhamento do produto em serviço, casos de rotores corroídos em aplicações e relatórios de consultoria fornecidos por empresas especializadas na caracterização de ligas de alumínio. Em seguida foram realizadas avaliações nos laboratórios da UDESC em rotores corroídos retirados de motobombas em serviço, usando análise via microscopia ótica, para determinação os mecanismos de corrosão e efetuar análise via microscopia eletrônica de varredura para observação das fases e/ou precipitados possivelmente responsáveis pela ocorrência da corrosão.

  Com o objetivo de obter dados concretos a respeito do problema em questão. Foram fundidas amostras na forma de rotores, sob condições normais de fabricação na fundição da indústria Schneider, parceira nesta pesquisa, bem como amostras fundidas na forma de rotores no LabFund/DEM/UDESC. As amostras foram usinadas no processo normal da fábrica e submetidas aos ensaios de campo. Estes ensaios de campo tiveram como objetivo buscar informações com a realização de alguns testes práticos (ensaios de campo) com especial ênfase em ambientes aquosos, verificando a compatibilidade entre um determinado meio corrosivo e o material do rotor. Dentre as inúmeras variáveis que poderiam ser analizadas, neste tipo de teste, optou-se por avaliações em condições de ambientes aquosos estáticos (rotores em condições estáticas em determinados ambientes), podendo ser divididos em duas formas:

  

a) Verificação da forma de corrosão: Esta etapa teve como objetivo comparar de forma

  visual, rotores fundidos na indústria, com percentuais elevados de Cobre e de Zinco, com o objetivo de evidenciar problemas enfrentados pela indústria no caso destas peças. Também foram preparadas amostras com as ligas 356.1 (liga com menor grau de pureza em relação a liga A356.1), obtidas sob condições de fundição da indústria, e sob condições controladas em laboratório adotado para esta pesquisa. Estas amostras foram submetidas às mesmas condições em um tanque com 8000 litros de água da concessionária, que é utilizada nos ensaios de performance hidráulica de motobombas, sendo esta movimentada, filtrada e tratada com cloro em níveis de pH de 7

  1. As amostras foram usinadas nas mesmas

  

±

  condições e colocados no tanque durante um mesmo período de tempo. Os resultados foram avaliados com base no aspecto superficial da corrosão ocorrida nos rotores e serão apresentados na forma de figuras como simulações de ensaios de corrosão em campo.

  

b) Verificação do processamento do rotor: Outra condição foi variar o processamento do

  rotor, como a usinagem com fluídos de corte diferentes, lubrificantes de corte alternativos como o querosene e álcool, ou usinagem a seco. Como meio corrosivo, optou-se por uma cuba de plástico contendo 2 litros de água, comumente utilizada nestes componentes (rotores de motobombas fundidos em alumínio) como, água potável da rede de fornecimento (contendo cloro e outros produtos) e água natural. Foram comparadas amostras fundidas e processadas na indústria em grande quantidade e nas mesmas condições. As matérias primas utilizadas foram as ligas A356.1 e 356, com composição química de acordo com a Tabela 3.1.

3.2.2. Avaliação de Matérias Primas

  Com base no levantamento do problema foi elaborado um programa experimental no qual a única variável foi à composição química da liga, tomando–se como padrões de comparação às ligas comerciais A356 e 356 com baixos teores de elementos residuais, conforme mostra a tabela 3.1. Nesta série de corridas experimentais foram avaliadas duas ligas produzidas por uma empresa especializada na fabricação de ligas de alumínio seguindo as especificações das normas para as ligas A356.1 e 356.1 e uma liga obtida a partir de materiais considerados como sucata (contendo defeitos como porosidades e inclusões) do processo de fundição da empresa fabricante da peça em estudo, onde a refusão destas peças tem por objetivo verificar a contaminação da liga usando sucata (retornos) de má qualidade. Também foi verificada a influência do elemento Fe sobre a liga A356 adicionando-se 1% deste elemento. Os teores dos elementos em cada uma destas ligas são mostrados na tabela 3.2.

  

3.2.3. Avaliação da Influência dos Elementos Residuais (Cu e Zn) – Ensaios de

Laboratório

  Esta etapa teve como objetivo determinar os teores mínimos de impurezas (Cu, Zn e Cu+Zn combinados) a partir dos quais ocorre corrosão severa na liga estudada. Estes elementos foram escolhidos, pois são citados na literatura como prejudiciais sob o ponto de vista de resistência à corrosão em ligas de alumínio e também porque foi constatado no levantamento do problema, que estes elementos estavam presentes nas amostras que haviam apresentado corrosão em aplicações de rotores de motobombas, onde os corpos de prova foram obtidos tomando–se como padrão de comparação a liga comercial A356 com baixos teores de elementos residuais (Cu e Zn), conforme mostra a tabela 3.1. e foram obtidos de acordo com o “programa experimental” adotado nesta pesquisa.

3.3. Programação das Corridas Experimentais

  As corridas experimentais foram divididas em três etapas distintas e realizadas conforme os parâmetros experimentais do item 3.3. desta pesquisa. As amostras fundidas no LabFund/DEM/UDESC, foram fundidas na primeira etapa na forma de rotores e nas etapas subseqüentes na forma das amostras padronizadas para esta pesquisa (coquilha).

  A Tabela 3.1 apresenta a composição química das ligas utilizadas e que está referenciada a Normas similares.

Tabela 3.1 - Composição química das ligas A356 e 356 utilizadas neste trabalho, referenciadas a Normas similares.

  Elementos (AA A356.1 SAE 336) Certificado AA A356.1 (AA 356.1 SAE 323) Certificado AA 356.1

Si 6,50 – 7,50 % 7,10 6,50 – 7,50 % 6,72

Mg 0,20 – 0,40 % 0,31 0,20 – 0,40 % 0,28

  

0,20 % máx. 0,20 0,60 % máx. 0,37

Cu 0,20 % máx. 0,01 0,25 % máx. 0,090

Mn 0,10 % máx. 0,001 0,35 % máx. 0,35

Zn 0,10 % máx. 0,006 0,35 % máx. 0,050

  

Ni 0,05 % máx. 0,003 0,10 % máx. 0,010

Ti 0,20 % máx. 0,030 0,10 % máx. 0,040

Pb 0,05 % máx. 0,007 0,10 % máx. 0,020

Sn 0,05 % máx. 0,001 0,10 % máx. 0,001

  Outros cada 0.05% máx 0,001 - Outros totais Pb+Sn+Cr+Ca= 0,15%máx 0,001 -

  Alumínio Balanço Balanço Balanço

  No programa de corridas experimentais, em todas as corridas realizadas foram fundidas 08 amostras (corpos de prova) conforme Figura 3.1 que foram utilizadas para determinação da composição química, efetuar os ensaios de corrosão, metalografias e mantidas também como amostras de controle.

  As Tabelas abaixo apresentam o programa de corridas experimentais utilizado neste trabalho.

  Tabela 3.2- Programa para a série de avaliação das ligas bases A356.1 e 356.1, sucata e contaminação por Fe.

  

Identificação Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn Ti Pb

A356 6,42 0,16 <0,01 <0,01 0,20 <0,01 <0,01 <0,01 0,026 0,005 356 6,43 0,35 0,07 0,31 0,21 0,01 0,02 0,05 0,05 0,02 A6 6,42 1,0 <0,01 <0,01 0,20 <0,01 <0,01 <0,01 0,026 0,005

  Sucata 6,95 0,38 0,17 0,26 0,16 0,02 0,02 0,08 0,02 0,02

Tabela 3.3 - Programa para a série com adição de Cobre e de Zinco na liga base A356.1.

  Liga Base Identificação das Amostras

% Cu

Adicionado

  % Zn Adicionado % (Cu + Zn) Adicionado A356.1 A1b liga liga liga A356.1 A2b 0,07 0,07 0,14 A356.1 A3b 0,11 0,10 0,21 A356.1 A4b 0,27 0,36 0,63 A356.1 A5b 0,53 0,72 1,25 Tabela 3.4 - Programa para a série com adição de Cobre na liga base A356.1.

  Liga Base Identificação das Amostras % Cu Adicionado % Zn Adicionado

A356.1 A1b liga liga

A356.1 A2c 0,07 liga

A356.1 A3c 0,11 liga

A356.1 A4c 0,21 liga

A356.1 A5c 0,51 liga

A356.1 A6c 1,02 liga

Tabela 3.5 - Programa para a série com adição de Zinco na liga base A356.1.

  Liga Base Identificação das Amostras % Cu Adicionado % Zn Adicionado

A356.1 A1b liga liga

A356.1 A9z liga 0,35

A356.1 A10z liga 0,70

A356.1 A11z liga 1,00

3.4. Corridas Experimentais

  As corridas experimentais foram realizadas em forno a indução sob condições de rígido controle dos parâmetros de processamento de modo a assegurar que a única variável experimental fosse a composição química da liga base. As composições químicas das diferentes amostras experimentais foram determinadas via espectroscopia de emissão ótica.

3.4.1. Descrição das Corridas Experimentais

  Como corpo de prova padrão utilizou-se uma “bolacha ou disco” fundido em coquilha por gravidade, comumente utilizada para verificar a composição química. A referida “bolacha” possui diâmetro de 50 mm e espessura de 5 mm, com peso de aproximadamente 30 g e o peso total (bolacha+massalote) de aproximadamente 140 g. A

Figura 3.1 mostra a representação esquemática da coquilha para obtenção das amostras.Figura 3.1 - Representação esquemática da coquilha para obtenção das amostras para análise química e ensaios de corrosão.

  As corridas experimentais foram realizadas um forno elétrico à indução usando cadinho de carbeto de silício com capacidade de carga para aproximadamente 1200 g da referida liga. Para homogeneização dos elementos adicionados (Cu e Zn) a carga permaneceu 25±10 minutos em temperaturas da ordem de 780ºC ±10ºC e para homoneização do elemento Fe (somente uma corrida para 1% Fe) a carga permaneceu 2 horas na temperatura de 800 ºC±10ºC, sendo a carga protegida da absorção de gases através de uma cobertura com fluxo escorificante. A seguir o metal foi devidamente, desgaseificado e escorificado, e então vazado em temperaturas da ordem de 700ºC ±10ºC na coquilha (figura 3.1). Em todas as corridas foram retiradas amostras para análises químicas via Espectroscopia de Emissão Ótica. A temperatura foi controlada com termopar por imersão tipo K, com precisão de ±1ºC. A Figura 3.2 apresenta o forno e do cadinho utilizado.

Figura 3.2 – Bobina do forno à indução e cadinho utilizado A pastilha desgaseificante usada foi a DEGASER 600M (FOSECO, 2000). Segundo o fabricante esta tem a finalidade de fazer uma desgaseificação lenta com baixa evolução de fumos e é utilizada para todas as ligas de alumínio, devendo ser usado 0,15% para lingotes e 0,2 a 0,3% para sucata (para o programa de experiência foi usado sempre 0,2%).

  Após a fundição dos corpos de prova, estes foram preparados seguindo um critério de usinagem padronizado, possibilitando manter um acabamento superficial semelhante e a mesma área usinada em todos os corpos de prova, de modo a possibilitar uma comparação entre os danos causados na superfície usinada e na superfície bruta de fundição. As amostras foram cortadas ao meio, possibilitando manter sempre uma parte da amostra como controle e para avaliação da composição química, via Espectroscopia de Emissão Ótica. Todas as superfícies cortadas e com “cantos vivos” de usinagem, foram lixadas, para remover qualquer material que pudesse estar “fracamente preso” na forma de rebarba, pois estes locais podem ter metal que pode ser facilmente removido pelo ataque de corrosão, comprometendo o resultado do ensaio de perda de massa. Também, toda a superfície do corpo de prova foi limpa para remover qualquer material estranho, incluindo tintas, sujeiras, óleos e outros resíduos. As amostras, após a devida preparação, foram submetidas aos ensaios de corrosão padronizados pelas normas ASTM G110-92 e ASTM G1-90, respectivamente.

3.4.2. Equipamentos

  Foram utilizadas as infraestruturas dos Laboratórios de Fundição, Usinagem e Caracterização de Materiais do Departamento de Engenharia Mecânica do Centro de Ciências Tecnológicas, destacando-se os seguintes equipamentos:

  • Forno de Fusão a Indução Vip Power Track 3
  • Estufa com circulação de ar, aquecimento até 3000 C.
  • >Forno de Mufla aquecimento resistivo, aquecimento até 1200&ord
  • Medidores de temperatura.
  • Espectrômetro de Emissão Ótica.
  • Difratômetro de Raios X.

  • Microscópio Óptico.
  • Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV).
  • Cubas para limpeza, ataque químico e remoção dos produtos de corrosão.
  • >Material para manuseio de produtos quími
  • Aquecedor para preparação da amostra e remoção do produto de corrosão.
  • Lupa e máquina fotográfica digital.

3.4.3. Materiais de Consumo

  • Lingotes de alumínio da liga 356.1, com composição controlada.
  • Lingotes de alumínio da liga A356.1, com composição controlada.
  • >Cu (Cobre eletrolítico), Zn (Zinco de alta pure
  • • Os cadinhos de SiC, com capacidade de aproximadamente 1300g do referida liga.

  • >Tintas para coquilha (base grafite) e para ferramen
  • • Equipamentos de Proteção Individual (máscaras protetoras contra gases e luvas).

  • Termopar mineral de imersão, tipo “K”.
  • Produtos para limpeza do alumínio líquido (fluxos para escorificação e desgaseificação).
  • Materiais para preparação de amostras (serras, lixas, panos e abrasivos para polimento, reativos para ataque químico das amostras).
  • Reagentes químicos para ensaios de corrosão.
  • Vidraria e recipientes plásticos para ensaios de corrosão.

3.5. Caracterização e Avaliação dos Resultados

  A avaliação dos resultados foi efetuada de várias maneiras como segue:

  3.5.1. Análise Metalográfica

  Após o ensaio ASTM G110-92 foi possível obter uma medida da extensão da corrosão através da avaliação da profundidade de corrosão observada usando as técnicas de microscopia ótica. As amostras para microscopia foram preparadas usando técnicas convencionais de preparação e observadas via microscopia ótica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) que foram utilizada em diversas etapas como seguem:

  a) Análise inicial para determinação da causa/origem da corrosão nos rotores observadas via microscopia ótica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV); b) Caracterização da microestrutura das ligas investigadas;

  c) Caracterização das amostras obtidas em laboratório, como resultado dos elementos adicionados; d) Medida da extensão da corrosão através da avaliação da profundidade de corrosão observada usando microscopia ótica após ensaio de corrosão intergranular ASTM

  G110-92;

  e) Avaliação de superfície com o auxílio da lupa com baixo aumento, para registrar a aparência superficial das amostras após o ensaio de corrosão, permitindo destingir ataques uniformes ou localizados, bem como comparar a intensidade do ataque de corrosão.

  3.5.2. Análise Química

  A composição química das amostras foi verificada em várias etapas desta Dissertação e foi caracterizada via Espectrômetro de Emissão Ótica, referindo-se sempre à média de três queimas por amostra. Podendo ser dividida como:

  • Avaliação dos rotores e matérias primas (levantamento do problema);
  • Na caracterização dos elementos residuais adicionados à liga base A356. Nesta etapa foi considerada a média composição química de pelo menos duas amostras em cada variação de elemento residual sempre obtidas de três queimas por amostra.

3.5.3. Ensaios de Corrosão

  A avaliação da corrosão foi feita de três maneiras. Primeiramente foram executados alguns ensaios (testes práticos) simulando situações semelhantes aos ensaios de campo, com o objetivo de verificar a forma de corrosão na referida liga de alumínio. Em uma segunda etapa, os ensaios de corrosão foram realizados seguindo um “Programa de Experiências”, possibilitando avaliar as ligas em estudo (356.1 e A356.1) em uma terceira etapa, foi determinada a influência dos elementos adicionados na liga base A356.1 (Cu, Zn), quanto a resistência à corrosão para as diversas amostragens. Podendo ser denominados como ensaios de campo (testes práticos) e Ensaios de Corrosão Intergranular (testes de laboratório).

  

1º) Simulação de ensaios de campo: Neste ensaio foram efetuadas algumas simulações

  em conjunto com a indústria, parceira nesta pesquisa, em ambientes considerados normais para a aplicação, bem como foram simuladas algumas variáveis que podem interferir nos resultados, como o acabamento de superfície (limpeza, óleos de corte, produtos temporariamente protetores). A avaliação foi feita através da análise visual da peça, sendo os resultados apresentados na forma de figuras comparando as diversas situações.

  

2º) Ensaio de Laboratório (ASTM G110-92 e ASTM G1-90): estes ensaios foram

  utilizados nas várias etapas da pesquisa e possibilitaram avaliar e comparar a resistência à corrosão para as várias simulações. Como ensaios Normalizados foram utilizados os procedimentos do ensaio ASTM G110-92 (corrosão intergranular) e após a aplicação do ensaio ASTM G110-92, foram utilizados os procedimentos sugeridos pela Norma ASTM G1-90, para remoção dos produtos de corrosão em ligas de alumínio. Segue abaixo a descrição das etapas sugeridas pelas referidas normas acima mencionadas. a) Realização dos ensaios: O ensaio ASTM G110-92, consiste em atacar corpos de prova por imersão em uma solução de cloreto de sódio + peróxido de hidrogênio [NaCl + H O (30%)] por 6 ou mais horas. Após imersão na solução acima descrita, são

  2

  3

  examinadas seções das amostras metalograficamente para determinar a extensão da corrosão intergranular. Este é um ensaio aplicado principalmente para ligas de alumínio tratadas termicamente e que sofrem resfriamento brusco, mas pode ser usada para outras ligas de alumínio, incluindo fundidos. Ele é também indicado para avaliações durante o desenvolvimento de ligas e para a avaliação da produção, onde pode servir como teste de controle de qualidade para lotes sucessivos de algum material. A interpretação dos resultados da corrosão intergranular, e o significado da extensão e da profundidade de qualquer corrosão intergranular, que é resultado do teste, deve ser definido pelo usuário da Norma. Para a aplicação do procedimento do ensaio ASTM G110-92, as amostras foram inicialmente fundidas e preparadas segundo a discrição das corridas experimentais e então foi imersa cada amostra durante 1 minuto em um ataque de limpeza em 93º C [945 ml de água destilada, adicionado 50 ml de ácido nítrico (70%) + 5 ml de ácido Hidrofluorídrico (48%)] em seguida as amostras foram lavadas em água deionizada e novamente imergidas em ácido nítrico concentrado (70%) por 1 minuto (pré-corrosão), e então lavadas em água deionizada e secadas com ar quente. Após este procedimento, as amostra foram então imersas na solução teste [NaCl + H O (30%)] por um período

  2

  3

  10 horas, em uma vasilha contendo um volume de no mínimo 5ml da solução teste por

2 Cm da superfície do corpo de prova. Após a exposição, cada amostra foi lavada com água deionizada e secadas.

  b) Análise superficial: A análise superficial foi realizada na forma de observações com pequenos aumentos, sendo possível, após o ensaio ASTM G-110-92, registrar a aparência da superfície das amostras (produtos da corrosão) e distinguir áreas de ataque de corrosão uniformes ou localizados.

  c) Remoção dos produtos de corrosão: Após a aplicação do ensaio ASTM G110-92, foram aplicados os procedimentos sugeridos pela Norma ASTM G1-90 para a remoção dos produtos de corrosão, bem como para a avaliação dos danos provocados pela corrosão, com ênfase nos procedimentos de avaliação da perda de massa por corrosão durante os ensaios de corrosão. Esta Norma sugere vários procedimentos para remover os produtos de corrosão, que podem ser divididos em três categorias gerais: remoções mecânicas, químicas e eletroquímicas, onde o procedimento mais adequado deve ser aquele que remova somente os produtos da corrosão sem remover nenhum material do metal base. Para verificar qual procedimento seria mais adequado foram feitos testes preliminares seguindo a referida Norma, adotando-se como procedimento mais adequado, para esta pesquisa, remover os produtos de corrosão sobre a superfície em água deionizada e então imergir cada corpo de prova na solução para remoção do produto de corrosão sugerida pela Norma ASTM G1-90 [50 ml de H PO + 20 g de

  3

  4 CrO diluídos em 1000 ml de água deionizada] na temperatura de 90ºC por 10 minutos.

3 Imediatamente após este procedimento, as amostras foram lavadas com água

  deionizada, colocadas no agitador ultra-sônico por um período de 10 minutos, e em seguida as amostras foram lavadas com álcool e secadas com secador.

  d) Medição da perda de massa: A perda em massa foi determinada usando a diferença entre as massas dos corpos de prova antes e após a realização dos ensaios de corrosão (ASTM G110-92) e remoção dos produtos de corrosão (ASTM G1-90). Foram ensaiadas no mínimo cinco amostras para cada condição experimental.

3.5.4. Condições do Ensaio ASTM G110-92

  As condições do ensaio ASTM G110-92 acima descritas, são demonstradas de forma macroscópica como figuras, mostrando a aparência das amostras durante algumas destas etapas do ensaio. A figura 3.4 apresenta a seqüência desta etapa:

  Figura 3.4(a) - Amostras durante o ataque na Figura 3.4(b) - Amostras após o ataque na solução de limpeza solução de limpeza

  Figura 3.4(c) - Amostras 20 minutos após Figura 3.4(d) – Ampliação da amostra da serem imersas na solução de ataque. Figura 3.4(c) com 0,20% Cobre.

  Figura 3.4(e) - Aparência das amostras no final do período de 10 horas na solução de ataque de corrosão segundo a Norma ASTM G110-92.

3.5.5. Análise da Profundidade do Ataque de Corrosão

  Após o ensaio ASTM G-110-92, foram preparadas seções das amostras para metalografia, cortando as amostras com aproximadamente 20mm de comprimento, na sessão da espessura da “bolacha” (item 3.4.1), para avaliar a profundidade da corrosão, que é o resultado do ensaio.

  A quantificação da corrosão poderia ser feita de várias formas, mas no uso da análise de imagem computacional duas das mais eficazes maneiras seriam: medição da profundidade ou cálculo da área corroída. Foi escolhida a quantificação da profundidade da corrosão após o ensaio ASTM G-110-92, pois este método foi considerado mais eficaz para o nosso estudo. A medição da profundidade do ataque de corrosão foi realizada no Laboratório da Tupy Fundições, usando um software de análise de imagem calibrado para avaliar ferros fundidos.

  Com a flexibilização deste sistema para nossas necessidades, foi possível efetuar a profundidade do ataque de corrosão. Veja abaixo um exemplo da Figura 3.5(a), da área selecionada pelo software e na Figura 3.5(b) a imagem da área selecionada em maior aumento mostrando o ataque da corrosão.

  Figura 3.5(a) Figura 3.5(b) – Ampliação da Figura 3.5(a)

  Exemplo da imagem utilizada para efetuar a medição da profundidade do ataque de corrosão após o ensaio segundo ASTM G110-92.

  Este procedimento de análise de profundidade adotado foi observado com nove imagens ao longo da superfície medindo sempre a maior profundidade de ataque em cada imagem. As medidas foram feitas usando sempre o mesmo procedimento e mantendo-se o perpendicularismo com a linha base da superfície da amostra. A Figura 3.6 ilustra como foram efetuadas as aquisições dos valores.

Figura 3.6 – Método utilizado para efetuar a medição da profundidade do ataque de corrosão após o ensaio segundo ASTM G110-92.

3.5.6. Avaliação Superficial Após o Ensaios de Corrosão

  Após o ensaio ASTM G110-92, foram efetuadas avaliações de superfície das amostras. Esta avaliação será demonstrada na foram de figuras obtidas sem ampliação (figuras digitais) e com baixas ampliações (uso de lupa). Esta avaliação tem por objetivo identificar a forma do ataque sobre a superfície, possibilitando diferenciar ataques localizados de ataques generalizados.

  CAPÍTULO 4 - RESULTADOS E DISCUSSÕES

  4.1. Introdução

  Os resultados da presente pesquisa de Mestrado serão apresentados da seguinte forma:

  a) Levantamento e caracterização do problema;

  b) Avaliação de matérias primas; c) Avaliação em laboratório sobre a influência dos elementos residuais (Cu, Zn).

  4.2. Primeira Etapa - Levantamento e Caracterização do Problema

  Esta etapa teve como objetivo, obter informações que permitissem uma análise concreta do problema de corrosão em rotores de motobombas fundidos em alumínio. Este procedimento foi realizado em parceria com a indústria, baseado na avaliação de relatórios fornecidos pela mesma e em avaliações em peças corroídas (rotores) feitas nos laboratórios da UDESC.

4.2.1. Abordagem Inicial do Problema

  De acordo com a revisão bibliográfica sobre ligas de alumínio e processos de corrosão, verificou-se que, para uma avaliação completa da corrosão neste tipo de componente (rotores de motobombas), devem ser consideradas as combinações de efeitos causados pelo impacto das partículas (velocidade, concentração, fluxo, forma, ângulo de impacto, dureza, densidade), material do rotor (dureza, resistência, densidade, modulo de elasticidade, elemento de liga), e do meio (pH, potencial eletroquímico, viscosidade, composição química, temperatura, pressão) [WOOD, e al]. Concluindo-se que o material do rotor seria o primeiro parâmetro a ser avaliado.

  Quanto ao processo de fundição utilizado nas indústrias Schneider S/A., trata-se de uma fundição típica para peças de alumínio fundidas em moldes de areia, sendo a fusão feita em forno a cadinho com queimadores a óleo, enquanto que o controle de qualidade do processo e de recebimento de matéria prima, seguem Normas internas bem definidas. Na solicitação da liga ao fornecedor é especificada a Norma da Aluminum Association (AA) 356.1. No recebimento da matéria prima, todo o lote de matéria prima recebido, possui “Certificados da Composição Química” que são devidamente arquivados, garantindo a procedência do material. Os materiais fundidos na presente indústria são a liga de alumínio 356.1, liga bronze SAE 81379 e ligas de ferro fundido.

  A tabela 4.1 mostra, para fins de avaliação da matéria prima, três “Certificados da Composição Química” selecionados como forma de comparar o recebimento da matéria prima com a especificação da Norma Aluminum Association (AA) 356.1. A composição química foi fornecida pelo fabricante da liga no “Certificado de Análise”.

Tabela 4.1 - Especificações segundo Norma da Aluminum Association (AA) 356.1, comparada com “Certificados da Composição Química”.

  Norma Certificado A Certificado B Certificado C Elementos SAE 323 – AA 356.1 Fevereiro 2001 Abril 2001 Julho 2004 6,50 – 7,50 % 7,13 6,70 6,72

  Si 0,20 – 0,45 % 0,26 0,27 0,28

  Mg 0,60 % máx. 0,57 0,45 0,37

   0,25 % máx. 0,25 0,19 0,090

  Cu 0,35 % máx. 0,19 0,15 0,35

  Mn 0,35 % máx. 0,20 0,11 0,050

  Zn 0,10 % máx. 0,01 0,01 0,010

  Ni 0,10 % máx. 0,04 0,04 0,040

  Ti 0,10 % máx. 0,03 0,02 0,020

  Pb 0,10 % máx. 0,004 0,005 0,001

  Sn Balanço Balanço Balanço Balanço

  Alumínio

  De acordo com a tabela 4.1, verifica-se que o controle de qualidade está recebendo a matéria prima com qualidade assegurada por Norma internacionalmente reconhecida e que o fabricante da liga está fornecendo a matéria prima conforme especificação exigida pela indústria.

  Porém, como por exemplo, o Certificado A da tabela 4.1, onde algumas observações são pertinentes como: segundo a Norma 356.1, se o teor de Ferro excede a 0,45%, o teor de Manganês não deve ser menor do que a metade do teor de Ferro contido, que segundo o certificado, para o percentual de 0,57% de Ferro o percentual de Manganês deveria se no mínimo 0,29%. Outra observação quanto ao teor da Cobre (0,25%) é que este elemento se encontra no limite máximo da especificação da Norma 356.1 referenciada. Segundo o Certificado B, o teor de cobre (0,19%) estaria também próximo ao limite da Norma A356.1, Norma considerada como matéria prima de excelente qualidade. Segundo o certificado C, podendo-se afirmar que este lote foi fornecido com teores de Cu e Zn menores se comparados aos Certificados A e B da tabela 4.1. Com base nestes três certificados selecionados, pode-se exemplificar que a matéria prima é fornecida pelo fabricante dentro dos limites permitidos pela Norma referenciada (Norma AA 356.1), onde os elementos em questão na presente pesquisa são o Cu e o Zn.

  Com base em um relatório técnico fornecido por empresa especializada na caracterização de ligas de alumínio, no qual foram analisadas três amostras com corrosão prematura em diferentes peças (rotores) que estavam sendo utilizados em motobombas que haviam apresentados problemas de corrosão. Segundo os dados fornecidos, foram feitas algumas avaliações consideradas pertinentes a esta pesquisa como, por exemplo, a avaliação da composição química demonstrada na tabela 4.2.

Tabela 4.2 - Composição química encontrada nos rotores e a especificação da Norma 356.1 ao fabricante da liga.

  

Elementos Norma 356.1 Rotor 01 Rotor 02 Rotor 03

6,50 a 7,50% 7,25 6,82 7,00

  Si

Mg 0,20 a 0,45% 0,32 0,19 0,21

  0,60 % máx. 0,50 0,49 0,57 Fe

  0,25 % máx. 0,10 0,13 0,19 Cu

  0,35 % máx. 0,14 0,18 0,28 Mn

  0,35 % máx. 0,08 0,69 0,10 Zn

  0,05 % máx. 0,005 0,006 0,008 Ni

  0,20 % máx. 0,003 0,012 0,028 Pb

  

Alumínio Balanço 91,55 91,42 91,55

  De acordo com a tabela 4.2, pode-se verificar que a composição química reflete a composição química da matéria prima fornecida pelo fabricante de ligas (tabela 4.1), com algumas variações provenientes do processo de fundição, como, por exemplo, no rotor 2 onde o teor de Magnésio (0,19) está abaixo e o teor de Zinco está acima dos teores exigidos pela norma referenciada.

  Com as avaliações acima descritas quanto à composição química da matéria prima e dos rotores que haviam apresentado problemas de corrosão, pode-se verificar que a liga utilizada na indústria possuía composição química de acordo com a Normalização da liga, no entanto, deveria ser avaliada uma liga similar, com menores teores de elementos residuais como Cu e Zn, pois estes elementos residuais, segundo a revisão bibliográfica são considerados como os principais elementos que podem provocar redução na resistência à corrosão nesta liga. Também foi considerada importante a avaliação da influência destes elementos, pois, segundo tabela 4.2, estes elementos estão presentes nas composições química dos rotores em aplicações onde ocorreram corrosão acentuada, e também por serem os elementos de ligas metálicas comumente utilizadas para a fabricação de rotores de motobombas na indústria que são: ligas de Al, cobre, latão e ligas de ferros fundidos, podendo eventualmente ocorrer contaminação da matéria prima pela sucata interna (retornos).

  As avaliações feitas nos laboratórios da UDESC envolveram a análise da microestrutura, usando MO e MEV de uma amostra corroída em motobomba. A preparação das amostras seguiu as técnicas convencionais de metalografia. Segue abaixo seqüências de figuras obtidas das peças corroídas usando estas técnicas.

  As Figuras 4.1 apresentam imagens obtidas via MO de uma amostra de rotor em liga de Alumínio 356 que haviam apresentado problemas de corrosão em serviço.

  (a) Região que apresentou corrosão em serviço, parte mais externa.

  (b) Observação com maior aumento (c) Observação com maior aumento - corrosão nos contornos dos grãos da solução sólida rica em alumínio (d) Observação com maior aumento - corrosão nos contornos dos grãos da solução sólida rica em alumínio

Figura 4.1 – Metalografias obtidas via MO de uma amostra de rotor de motobomba corroído em serviço.

  As Figuras 4.2 apresentam imagens obtidas vias MEV evidenciando observações feitas na figura 4.1.

  (a) – MEV da amostra da fig. 4.1 (b) – Observação com maior aumento

Figura 4.2 - Corrosão intergranular observada em peças corroídas usando as técnicas de MEV . De acordo com a seqüência de figuras 4.1 obtidas via MO e 4.2 obtidas via MEV, pode-se observar a ocorrência de corrosão intergranular evidenciada pela dissolução de material nos contornos dos grãos da solução sólida rica em alumínio. Estas observações sugerem que o mecanismo de corrosão que atuou sobre estas peças se trata de corrosão predominantemente intergranular, sendo este o principal fator responsável pela ocorrência de corrosão severa nas ligas 356 e A356.

4.2.2. Ensaios de Campo Realizados na Indústria

  Este item tem por objetivo descrever situações práticas (ensaios de campo) para caracterizar o problema que motivou este Projeto de Pesquisa e evidenciar os problemas enfrentados pela indústria no caso destas peças. Estas amostras foram fornecidas pela indústria, parceiras nesta pesquisa, com percentuais elevados de Cobre e de Zinco. As amostras foram então submetidas a uma das condições de maior aplicação para rotores de motobombas fundidos em ligas de alumínio, ou seja, imersas em água potável. Também foram fornecidas as Figuras 4.3(a) e 4.3(b), evidenciando a forma de corrosão que pode ser encontrada neste tipo de ambiente.

  Figura 4.3(a) - Rotor em liga 356 corroído em Figura 4.3(b) - Rotor em liga 356 com corrosão na

aplicação de motobomba (corrosão-erosão) forma de pites (rotor parado em água)

  As Figuras 4.4(a) e 4.4(b) também evidenciam as formas de corrosão que podem ser encontradas nestes ambientes (água potável ou água natural). Estas Figuras referem-se a forma após a secagem dos produtos de corrosão após 270 dias de exposição em água potável.

  

Figura 4.4(a) - Rotor em liga 356 + 3% Cu, (rotor Figura 4.4(b) - Rotor em liga 356 + 10 % Zn, (rotor

parado em água) parado em água)

  De acordo com a seqüência de figuras acima, verificam-se diferenças significativas na forma e nos produtos de corrosão, indicando que o cobre exerce uma forte influência na queda da resistência à corrosão na liga 356.

  As figuras 4.3(a) e 4.3(b), mostram rotores obtidos com a mesma liga de alumínio da família de ligas 356, onde estas apresentam a forma característica dos ambientes onde estas estavam submetidas. Podendo ser sugerido que a amostra da figura 4.3(a) apresenta processo de corrosão generalizada em um estágio bastante avançado, sendo este fenômeno típico de corrosão em componentes submetidos a aplicações de motobombas em condições críticas onde os processos interativos de corrosão-erosão atuam de maneira simultânea como visto na revisão bibliográfica. A figura 4.3(b) (de acordo com o item 2.3.9), mostra grande quantidade de pontos com produtos de corrosão (pites), e também apresentou muitas áreas sem ataque de corrosão (áreas passivadas), sendo este tipo de corrosão típico de materiais formadores de película protetora (passiváveis) na presença de íons agressivos.

  Segundo a figura 4.4(a), podendo-se sugerir que a amostra de alumínio contendo alto teor de Cu apresentou elevada corrosão uniforme ou generalizada. Segundo a figura 4.4(b), amostra de alumínio contendo alto teor de Zn, esta apresentou corrosão uniforme ou generalizada com menor intensidade, se comparada com a figura 4.4(a).

  Uma outra abordagem teve como objetivo comparar condições de fundição em um forno a cadinho, utilizado em grande escala na indústria, com as condições de fundição em um forno elétrico à indução, em condições de rígido controle dos parâmetros de processamento. As amostras foram preparadas com a liga comercial 356 com baixo teor de elemento residual, conforme certificado AA 356.1 da tabela 3.1, onde as condições do ensaio estão descritas no item 3.2.1. As figuras 4.5(a) e 4.5(b) mostram o aspecto superficial dos produtos de corrosão de dois rotores após 270 dias de exposição nestas condições.

  

Figura 4.5(a) - Rotor em liga de Alumínio 356.1, Figura 4.5(b) - Rotor em liga de Alumínio 356.1,

fundido em condições normais da indústria. fundido no LabFund

  Assim com a Figura 4.3(b), pode-se observar que as amostras segundo as figuras 4.5(a) e 4.5(b), mesmo tendo apresentado grande quantidade de pontos com produtos de corrosão, apresentou muitas áreas sem ataque de corrosão (áreas passivadas).

  Para verificar a forma de corrosão apresentada segundo este procedimento, foram retiradas amostras dos rotores acima demonstrados pelas Figuras 4.5(a) e 4.5(b) para serem avaliadas nos laboratórios da UDESC. O procedimento de avaliação, utilizado foi lixar as amostras, para então obter Figuras com o auxílio de uma lupa com aumento de 6,5 vezes. Segue abaixo, a figura 4.6(a) ilustrando forma de corrosão predominante ocorrida nestas peças segundo estes procedimentos.

  

Figura 4.6(a) - Forma da corrosão (Corrosão predominantemente por pites) Segundo a Figura 4.6(a) e de acordo com as formas de corrosão da Figura 2.8 (capitulo 2 ), pode-se constatar que a forma de corrosão predominante de corrosão por pites, onde o mecanismo de formação dos pites se inicia em pontos de fragilidade da película passivante fazendo com que o pH no interior do pite se altere substancialmente no sentido ácido, o que dificulta a restituição da passivação inicial, resultando daí que a pequena área ativa formada diante de uma grande área catódica provocando uma corrosão intensa e localizada. Também pode-se observar que, segundo as figuras 4.5(a) e 4.5(b), que o processo de corrosão é semelhante para as duas amostras, indicando que nem todos os problemas de corrosão encontrados estão relacionados especificamente ao processo de fundição.

  Também, como forma de caracterizar os problemas de corrosão abordados nesta pesquisa, foram simuladas situações possibilitando avaliar: a evolução do processo de corrosão, a influência do acabamento superficial (processamento do rotor) e também diferentes ambientes (eletrólitos). As amostras foram preparadas com as ligas comerciais A356 e 356 com baixos teores de elementos residuais, conforme certificados AA A356.1 e AA 356.1 da tabela 3.1, onde as condições do ensaio estão descritas no item 3.2.1.

  A avaliação foi efetuada usando como referência apenas a aparência superficial através de figuras e para algumas condições consideradas de maior importância para o estudo desta pesquisa. As Figuras 4.7(a) e 4.7(b) mostram uma vista geral das cubas contendo os rotores em teste e dos rotores após os ensaios.

  Figura 4.7(a) – Vista geral Figura 4.7(b) – Vista geral dos rotores após os ensaios De acordo com as figuras 4.7(a) e 4.7(b), pode-se observar, de forma macroscópica, grandes diferenças entre as amostras, que podem ser avaliadas de várias maneiras conforme será descrito a seguir:

  As figuras 4.8(a), 4.8(b) e 4.8(c) ilustram o acompanhamento macroscópico do desenvolvimento do processo de corrosão em amostras fundidas com a liga A356.1. Amostra usinada com álcool e submersa em água potável da rede (tratada) para os períodos de 24 hs e 30 dias e após 120 dias com os produtos de corrosão na forma seca.

  

(a) – Rotor em água da rede, após (b) – Rotor da Figura 4.8(a) após (c) – Rotor da Figura (a) após 120

24hs. Hidrogênio no estado 30 dias com produtos da corrosão dias com produtos de corrosão na

gasoso. dentro da água. forma seca.

Figura 4.8 – Acompanhamento macroscópico do desenvolvimento do processo de corrosão em rotores fundidos em liga A356.1

  Como forma de avaliar o processamento do rotor, como a usinagem, lubrificantes de corte alternativos como o querosene e álcool, ou usinagem a seco, foram selecionadas as figuras 4.9 e 4.10, ilustrando a dificuldade para remoção dos resíduos do processo de usinagem de amostras usinadas com querosene (fluído alternativo não viável em um processo industrial), com o intuito de verificar a eficiência da limpeza de peças utilizando somente água. Neste estudo optou-se em ferver as amostras em água por 30 minutos antes da exposição no ambiente de ataque. As figuras 4.9 e 4.10 ilustram os resultados obtidos com esta simulação.

Figura 4.9 – Rotor em liga A356 usinado com Figura 4.10 – Rotor em liga A356 usinado com querosene. Rotor submerso em água tratada por um querosene. Rotor fervido em água por 30 minutos

  período de 120 dias. após usinagem, para então ser submerso em água tratada por um período de 120 dias.

  De acordo com as figuras 4.9 e 4.10, pode-se observar, de forma macroscópica, a importância da limpeza superficial das amostras ao se efetuar um ensaio de corrosão.

  Como forma de ilustrar a grande diversidade de ambientes e de condições as quais podem afetar um ensaio de corrosão, foram comparados rotores processados em diferentes condições e submetidos à ambientes diferentes (água natural e água da rede). Seguem as figuras 4.11(a) e 4.11(b), ilustrado os resultados obtidos.

  

Figura 4.11(a) – Rotor em liga A356 usinado com Figura 4.11(b) – Rotor em liga A356 usinado com

álcool e imerso em água natural em um período de 30 querosene e imerso em água da rede em um período

dias. de 30 dias.

  De acordo com as figuras 4.11(a) e 4.11(b), pode-se observar de forma macroscópica, que a interpretação da resistência à corrosão de um material pode ser bastante afetada pelas condições do meio corrosivo e das condições de superfície da amostra a ser avaliada.

4.2.3. Considerações Sobre a Primeira Etapa

  Esta abordagem inicial foi importante, pois possibilitou obter informações do processo de fabricação de rotores e verificar na prática as dificuldades de avaliação da corrosão em materiais sem um controle rígido de todos os parâmetros de processamento e do ensaio de corrosão. Também foi possível verificar pelas técnicas de MO e MEV que o ataque de corrosão, conforme figuras 4.1 e 4.2, se inicia na superfície e se propaga em direção ao centro do rotor, através da interface das partículas de silício e de outras fases presentes na matriz do alumínio.

  De acordo com a revisão bibliográfica (Capítulo 3) e das inúmeras variáveis acima descritas (item 4.2), as quais deveriam ser avaliadas separadamente, definindo-se critérios rígidos de controle para cada tipo de ensaio específico, optou-se como primeiro parâmetro de avaliação elaborar um processo de fundição e usar um ensaio de corrosão padronizado. Isto permite eliminar possíveis variações nas amostragens como: defeitos de fundição, processamento e meio de ataque, possibilitando com isto, avaliar ligas de alumínio que reúnam as melhores características para este tipo de aplicação e a influência e da composição química na resistência à corrosão.

4.3. Segunda Etapa - Avaliação de Matérias Primas

  A segunda etapa teve por objetivo, avaliar ligas da família 356 e verificar se a liga selecionada para solucionar o problema de corrosão em questão (liga A356), possuía boa resistência à corrosão, substituindo a liga 356. Os resultados do ensaio de corrosão de acordo com a norma ASTM G110-92 podem ser medidos em termos da perda em massa sofrida pelos corpos de prova em função do ensaio e serão apresentados na forma de tabelas e gráficos para os resultados obtidos nas diferentes ligas testadas.

4.3.1. Microestrutura das Ligas Avaliadas

  As microestruturas foram avaliadas em amostras fundidas no “Programa de Experiência” em corpos de prova padronizados nesta pesquisa. Seguem abaixo algumas figuras ilustrando a microestrutura das amostras provenientes destas ligas avaliadas (356 e A356). A preparação das amostras seguiu as técnicas convencionais de metalografia obtidas via MO. A forma representativa da microestrutura da liga A356 está apresentada nas figuras 4.12(a) e 4.12(b).

  

(a) – Micrografia de amostras da liga A356, sem (b) - Micrografia de amostras da liga A356, com

ataque HF 5%. ataque HF 5%.

Figura 4.12 – Fundição em Coquilha

  A forma representativa da microestrutura da liga 356 é apresentada nas figuras 4.13(a) e 4.13(b).

  

(a) – Micrografia de amostras da liga 356, sem (b) - Micrografia de amostras da liga 356, com

ataque HF 5%. ataque HF 5%.

Figura 4.13 –Fundição em areia Molde Shell

  De acordo com as figuras 4.12(a) e 4.12(b), amostras da liga A356.0 e as figuras 4.13(a) e 4.13(b), amostras da liga 356.0, pode-se comparar a microestrutura das duas ligas, onde se observa uma boa homogeneidade microestrutural, de forma geral, apresentando o silício e outros precipitados bem distribuídos na matriz. Também pode-se verificar poucos defeitos provenientes do processo de fundição adotado nesta pesquisa, indicando que o processo de fundição não deve influenciar nos resultados durante a avaliação da resistência à corrosão.

4.3.2. Perda em Massa para as Ligas Avaliadas

  A tabela 4.3 apresenta os resultados de perda em massa e a composição química encontrada para a primeira série experimental, (ligas da família 356 com variações nos teores de elementos residuais).

Tabela 4.3 - Valores de perda em massa para as ligas da família 356 e as variações nos teores de residuais de (Cu, Zn e Fe).

  Perda em Identificação % Cu % Zn % (Cu + Desvio Liga

  % Fe Massa das amostras Medido Medido Zn) Padrão (%) Média (%)

  A356.1 A1b <0,01 <0,01 <0,02 0,16 0,27 0,03

356.1 M3 0,07 0,05 0,12 0,35 0,73 0,04

356.0

  A7b 0,17 0,08 0,25 0,38 1,09 0,08 (Sucata) A356.1 A6 <0,01 <0,01 <0,02 0,77 0,32 0,10

  Como visto no item 3.2.2, o material considerado “sucata”, teve por objetivo verificar as influências da contaminação da matéria-prima com material de retorno interno contendo porosidades, óxidos e inclusões geradas no próprio processo. Também como forma de contaminação, foi adicionado 1% do elemento Fe na liga base A356, pois este elemento é considerado como um dos principais elementos contaminantes das ligas de Alumínio. Segundo a tabela 4.3, pode-se verificar que o percentual de 1% Fe não influenciou a resistência à corrosão na liga base A356, indicando que o elemento Fe não influenciou na resistência à corrosão na presente liga e não será mais avaliado na presente pesquisa. Os resultados apresentados na tabela 4.3 indicam que a resistência à corrosão destas ligas, medida através da perda em massa, apresenta uma forte relação com a composição química, ocorrendo acréscimos consideráveis na perda em massa para pequenos incrementos nos percentuais dos elementos (Cu e Zn) considerados residuais.

4.3.3. Profundidade do Ataque de Corrosão ASTM G110-92 para as Ligas Avaliadas

  A profundidade de corrosão foi medida usando uma técnica de metalografia quantitativa conforme descrita no item 3.6.5 desta Dissertação e realizadas em uma amostra de cada liga avaliada (A356 e 356). Este método possibilitou avaliar os danos causados tanto na superfície bruta de fusão, como na superfície usinada e são apresentados nas tabelas 4.4 para as amostras da liga A356 e na Tabela 4.5 para a amostra da liga 356.

Tabela 4.4 - Valores obtidos por microscopia ótica permitindo a medição da profundidade de penetração da corrosão para a amostras estudadas da liga A356.1

  Nº da medida

  1

  2

  3

  4

  

5

  6

  7

  8

  9 Média Desvio Padrão Profundidade para

  84

  23

  21

  63

  

18

  56

  18

  79

  37

  44

  27 Superfície Usinada (µm) Profundidade para 96 117 306 133 272 686 108

  80 25 203 203 Superfície Bruta (µm)

Tabela 4.5 - Valores obtidos por microscopia ótica permitindo a medição da profundidade de penetração da corrosão para a amostra estudada da liga 356.1

  Nº da medida

  1

  2

  3

  4

  

5

  6

  7

  8

  9 Média Desvio Padrão Profundidade para 188 154 265 318 148 185 130 438 176 222 101 Superfície Usinada (µm)

  Profundidade para 139 136 373 110 223 180 145 136 191 181

  80 Superfície Bruta (µm)

  Segue abaixo uma série de Figuras obtidas de uma amostra da liga A356, ilustrando as diferentes intensidades de corrosão encontradas em uma superfície usinada de uma mesma amostra.

  

Figura 4.14(a). Figura 4.14(b) Figura 4.14(c).

Metalografias da superfície usinada após ataque de corrosão ASTM G110-92 (liga A356)

  Para comparação dos danos causados na superfície bruta de fusão em relação aos danos causados na superfície usinada, segue abaixo uma série de figuras obtidas de uma amostra da liga A356, ilustrando as diferentes intensidades de corrosão encontradas em uma superfície bruta de fusão de uma mesma amostra.

  

Figura 4.15(a) Figura 4.15(b) Figura 4.15(c)

Metalografias da superfície bruta de fusão, após ataque de corrosão ASTM G110-92 (liga A356).

  Com relação ao aspecto superficial das amostras analisadas pode-se observar uma menor variação nos valores de profundidade de corrosão medidos nas amostras usinadas e variações muito grandes nas medições realizadas nas superfícies brutas de fusão.

  Também é possível perceber comparando as figuras da série 4.14 (superfície usinada) com as figuras da série 4.15 (superfície bruta de fusão) que, na face bruta de fusão existem maior área superfícial sem ataque de corrosão significativo, se comparados com a superfície usinada. Isto se deve provavelmente ao fato de que a camada de óxido formada durante o processo de solidificação possui uma maior resistência à corrosão comparada com a face usinada para a referida liga e respectivo ensaio.

  Destaca-se aqui o ocorrido com a face bruta de fusão da liga A356, onde se observa profundidade de corrosão excessiva em alguns dos pontos analisados, sugerindo a existência de defeitos superficiais nesta amostra e que estes contribuíram para um incremento do valor médio calculado. Estas observações permitem afirmar que o acabamento superficial da amostra tem uma influência significativa na ocorrência de corrosão intergranular em ligas de Alumínio de fundição e que o processo de fundição também pode atuar no sentido de aumentar ou reduzir a suscetibilidade à corrosão em função da obtenção de superfícies com melhores ou piores acabamentos superficiais.

  Também verificou-se grandes variações nas medidas de profundidade obtidas para as superfícies usinadas, podendo ser considerado que estes pontos são provenientes da dissolução localizada da superfície passiva, característica dos materiais formadores de película protetora (passiváveis). Esta afirmação pode ser melhor visualizada com o auxílio da figura 4.15(b) e pela tabela 4.4, onde se destaca o ponto 6 (686 µm) que se refere a uma das profundidades da superfície bruta de fusão.

  A figura 4.16 apresenta de forma gráfica, os valores da tabela 4.4, permitindo visualizar todas as medições de profundidade de penetração da corrosão efetuadas para as amostras estudadas da liga A356.1

  100 200 300 400 500 600 700 800

  1

  2

  3

  4

  5

  6

  7

  8

  9 Número da imagem Profundidade Máxima (µ m)

  

A1 - Usinada A1 - Bruta

Figura 4.16 – Valores de profundidade de penetração da corrosão para a liga A356.

  (Identificação A1b) A avaliação da liga 356 seguiu os mesmos procedimentos para a avaliação da liga

  A356 demonstrada acima. Segue abaixo uma série de Figuras obtidas de uma amostra da liga 356, ilustrando as diferentes intensidades de corrosão encontradas em uma superfície usinada de uma mesma amostra.

  

Figura 4.17(a) Figura 4.17(b) Figura 4.17(c)

Metalografias da superfície usinada, após ataque de corrosão ASTM G110-92 (liga 356). Segundo a figura 4.17, assim como o caso da figura 4.14, observou-se profundidades de corrosão excessivas em alguns dos pontos da amostra estudada, onde se destaca o ponto 8 (438 µm) da tabela 4.5 que se refere a uma das medidas de profundidade na superfície usinada. Porém salienta-se que, as profundidades médias (superfície bruta de fusão e superfície usinada), podem ser consideradas semelhantes, tendo em vista o grande desvio ocorrido na obtenção dos resultados segundo o método adotado.

  Pode-se também considerar que, novamente as variações muito grandes nas medições realizadas são provenientes da dissolução localizada da película protetora (passivada). Destaca-se aqui que para esta liga (356) é possível perceber que na face bruta de fusão, a camada de óxido formada durante o processo de solidificação não possui uma grande diferença quanto à resistência à corrosão com relação à superfície usinada, como ocorrido para a amostra da liga A356.

  Esta afirmação pode ser visualizada com o auxílio da figura 4.18 que ilustra as medidas de profundidade da superfície bruta de fusão e da superfície usinada e pela tabela 4.5, onde pode-se verificar que os valores médios obtidos foram semelhantes.

  M3 - Usinada M3 - Bruta 500 m)

  450 400 350 300 250 200 150 100

50 Profundidade Máxima (µ

  1

  2

  3

  4

  5

  6

  7

  8

  9 Número da imagem

Figura 4.18 –Valores de profundidade de penetração da corrosão para a liga 356 (identificação M3).

  Porém, se para o presente método fosse utilizado um maior número de imagens onde fosse eliminada a maior profundidade, como já foi considerada proveniente de defeitos localizados da superfície passivada, poder-se-ia então obter os seguintes resultados para os dois casos acima descritos na figura 4.16 e tabela 4.4 (amostra A356) e na Figura 4.18 tabela 4.5 (amostra 356). A tabela 4.6 apresenta os mesmos valores de profundidade da tabela 4.4, porém para esta tabela é eliminado o ponto de maior profundidade de penetração da corrosão, exemplificando o método acima proposto.

Tabela 4.6 - Valores obtidos por MO permitindo a medição da profundidade de penetração da corrosão para as amostras estudadas da liga A356.

  Nº da medida

  1

  2

  3

  4

  

5

  6

  7

  8

  9 Média Desvio Padrão Profundidade para

  X

  23

  21

  63

  

18

  56

  18

  79

  37

  39

  24 Superfície Usinada (µm) Profundidade para

  X 142

  97 96 117 306 133 272 108

  80

  25 Superfície Bruta (µm)

  A figura 4.19 ajuda visualizar os resultados do método acima proposto onde é eliminado o ponto de maior de maior profundidade.

  A1 - Usinada A1 - Bruta 350 300 m)

  250 200 150 100

  Profundidade Máxima (µ

  50

  1

  2

  3

  4

  5

  6

  7

  8

  9 Número da imagem

Figura 4.19 – Mesmos valores da figura 4.16, eliminando-se a maior profundidade medida para a amostra da liga A356.1 (identificação A1b).

  A tabela 4.7 apresenta os mesmos valores de profundidade da tabela 4.5, porém para esta tabela é eliminado o ponto de maior de maior profundidade de penetração da corrosão.

Tabela 4.7 - Valores obtidos por MO permitindo a medição da profundidade de penetração da corrosão para a amostra estudada da liga 356.

  1

  Esta segunda etapa mostrou que o processo de corrosão tem relação direta com a composição química dos elementos residuais e que os defeitos de fundição e o acabamento superficial podem afetar a resistência à corrosão. Os resultados mostraram que uma

  Pode-se observar, segundo as tabelas 4.6 e 4.7 e com o auxílio das figuras 4.19 e 4.20 que os resultados apresentam menores desvios, sugerindo que estes resultados refletem melhor o desgaste total causado pela corrosão para as amostras ensaiadas.

Figura 4.20 – Mesmos valores da figura 4.16, eliminando-se a maior profundidade medida para a amostra da liga 356.1 (identificação M3).

  M3 - Usinada M3 - Bruta

  9 Número da imagem Profundidade Máxima (µ m)

  8

  7

  6

  5

  4

  3

  2

  50 100 150 200 250 300 350

  Nº da medida

  37 A figura 4.20 ajuda visualizar os resultados do método acima proposto onde é eliminado o ponto de maior de maior profundidade.

  X 110 223 180 145 136 191 158

  64 Profundidade para Superfície Bruta (µm) 139 136

  X 176 196

  9 Média Desvio Padrão Profundidade para Superfície Usinada (µm) 188 154 265 318 148 185 130

  8

  7

  6

  

5

  4

  3

  2

  1

4.3.4. Considerações Sobre a Segunda Etapa

  avaliação pontual pode ocasionar erros graves de interpretação, e que os resultado podem não refletir a resistência à corrosão de uma determinada amostra, sendo necessária uma grande amostragem e uma metodologia específica para o determinado ensaio.

  Porém pode-se verificar que tanto o ensaio de perda em massa (tabela 4.3) para as amostras obtidas com as três ligas (A356.1, 356.1 e 356.0 e A356.1 + 0,77% Fe ), como o ensaio de profundidade do ataque de corrosão, indicam uma menor resistência à corrosão das amostras obtidas com a liga 356 (liga com maior percentual de elementos residuais). Nesta etapa não foi possível saber qual elemento residual (Cu, Zn) pode estar afetando a resistência à corrosão das ligas da família 356, sendo necessária uma avaliação da influência destes elementos em separado.

  A avaliação da primeira e da segunda etapa possibilitou verificar que o processo de corrosão provavelmente não tinha uma relação direta com os processos de fundição e de processamento, mas sim com as composições químicas das ligas, indicando que as ligas poderiam não atender aos requisitos desta aplicação. A partir desta constatação decidiu-se então avaliar as influências dos elementos residuais Cu e Zn na resistência a corrosão da referida liga. Estes elementos são citados na literatura (Carrol, 2001; ASM, 1998; Galvele, 1970) como prejudiciais sob o ponto de vista de resistência à corrosão em ligas de alumínio mesmo em níveis de impurezas.

4.4. Terceira Etapa - Influência dos Elementos (Cu, Zn) na Resistência à Corrosão

  A terceira etapa constitui-se em fundir corpos de prova em um “Programa de Experiências” utilizando como referência a liga base A356 (SAE 336).

  O objetivo das seguintes séries de experimentos foi investigar os efeitos individuais e combinados dos elementos cobre e zinco sobre a intensidade da corrosão nas ligas da família 356.

  Para facilitar a interpretação, os resultados foram subdivididos em três partes distintas:

  1. Série com incrementos nos teores de Cu e Zn de forma combinada;

  2. Série com adições do Cu; 3. Série com adições de Zn.

4.4.1. Influência dos Elementos Cobre e Zinco de Forma Combinada

  Os resultados da perda em massa para esta série de experimentos que permitem a análise da influência do percentual dos elementos Cobre e Zinco sobre a perda em massa dos corpos de prova estão apresentados na Tabela 4.8.

Tabela 4.8 – Valores de perda em massa em função de variações nos teores de Cu e Zn na liga A356.

  Identificação % Cu Medido % Zn Medido % (Cu + Zn) Perda em Massa Média (%) Desvio Padrão (%) das amostras

A1b <0,01 <0,01 <0,02 0,27 0,03

  A2b 0,03 0,07 0,10 0,87 0,08 0,10 0,10 0,20 1,34 0,11 A3b A4b 0,18 0,33 0,51 1,44 0,09

  0,46 0,65 1,11 1,89 0,06 A5b

  Também estão em arquivo anexo, a Tabela 4.15 contendo todos os resultados obtidos nos ensaios, podendo também ser observado estes resultados na Figura 4.16 (pontos na figura). Segue abaixo a Figura 4.21 apresentando os resultados médios da perda em massa em função da soma dos elementos médios (Cu e Zn) adicionados a liga base A356.1.

  2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8

  Perda de peso [%] 0,6 0,4 0,2 0,0

  0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 Soma de Cu e Zn [%]

Figura 4.21 (a) - Influência na perda em massa em função do aumento nos teores de Cu e Zn.

  O gráfico da figura 4.21 mostra que a perda em massa apresenta uma relação direta com os teores de Cu+Zn adicionados à liga base (A356), indicando uma maior suscetibilidade à ocorrência de corrosão à medida que os percentuais destes elementos são incrementados, sendo que para teores de Cu+Zn acima de 0,02 % ocorreram acréscimos consideráveis na perda em massa e que para maiores teores de impurezas este efeito de acréscimo na corrosão se tornou menos acentuado.

  Os resultados das medições da profundidade da corrosão para a série de experimentos usando a técnica de metalografia quantitativa são mostrados nas tabelas 4.9 e

  4.10. Tabela 4.9 - Valores obtidos pela técnica de metalografia quantitativa para profundidade de penetração da corrosão para a amostra A4b estudada.

  Nº da medida

  1

  2

  3

  4

  

5

  6

  7

  8

  9 Média Desvio Padrão Profundidade para 412 138

  

429 325 432 290 713 284 312 522 401

Superfície Usinada (µm) Profundidade para 309 645 327 734 469 608 444 398 509 494 145

  Superfície Bruta (µm)

Tabela 4.10 - Valores obtidos por microscopia ótica permitindo a medição da profundidade de penetração da corrosão para a amostra para a amostra A5b estudada.

  Nº da medida

  1

  2

  3

  4

  

5

  6

  7

  8

  9 Média Desvio Padrão Profundidade para 349 358 383 210 562 302 404 491 447 390 104 Superfície Usinada (µm)

  Profundidade para 151 250 327 247 615 330 299 269 318 312 127 Superfície Bruta (µm)

  Seguem abaixo as metalografias ilustrando a forma da superfície usinada das amostras e a evolução da corrosão intergranular após o ataque de corrosão ASTM G110-92 das amostras A4b.

  Figura 4.22(a) Figura 4.22(b) Figura 4.22(c)

Figura 4.22 – Aspecto do ataque corrosivo na amostra A4b (0,18Cu + 0,33Zn)

  Seguem abaixo as metalografias ilustrando a forma da superfície usinada das amostras e a evolução da corrosão intergranular após o ataque de corrosão ASTM G110-92 das amostras A5b.

  Figura 4.23(a) Figura 4.23(b) Figura 4.23(c)

Figura 4.23 – Aspecto do ataque corrosivo na amostra A5b (0,46Cu + 0,65Zn)

  A avaliação da profundidade de penetração da corrosão através das figuras 4.22 e figuras 4.23 e as tabelas 4.9 e 4.10, ajudam a visualizar os resultados apresentados na

tabela 4.8 e figura 4.21 (perda em massa), onde pode-se concluir que a resistência à corrosão desta liga tem uma relação direta com os teores de Cu+Zn adicionados à liga base

  (A356), indicando uma maior suscetibilidade à ocorrência de corrosão nestas ligas.

4.4.2. Influência do Elemento Cobre

  Os resultados da perda em massa para esta série de experimentos que permitem a análise da influência do percentual do elemento Cobre em função do percentual de perda em massa dos corpos de prova estão apresentados na Tabela 4.11.

Tabela 4.11 – Média da perda em massa e o desvio padrão de todas as amostras.

  Identificação % Cu Medido % Zn Medido % (Cu + Zn) Perda em Massa Média (%) Desvio Padrão (%) das amostras

A1b <0,01 <0,01 <0,02 0,27 0,03

  

A2c 0,03 0,01 0,04 0,73 0,04

A3c 0,09 0,01 0,10 1,11 0,07

A4c 0,20 0,01 0,21 1,19 0,07

  0,50 1,41

A5c 0,01 0,51 0,07

A6c 1,00 0,01 1,01 1,78 0,09

  Também estão em arquivo anexo a Tabela 4.16 todos os resultados dos ensaios, podendo também ser observado o resultado de todos os ensaios na Figura 4.24. 1,6 1,8 2,0 1,0 1,2 1,4 Perda de peso [%] 0,4 0,6 0,8 0,0 0,2 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 Cu [%]

Figura 4.24 - Influência na perda em massa em função do aumento nos teores de Cu.

  Os valores apresentados na tabela 4.11 e a análise da figura 4.24 mostram que para acréscimos nos teores de Cu ocorreu um comportamento muito semelhante ao comportamento apresentado para incrementos combinados de Cu e Zn, ou seja, um crescimento significativo na perda em massa para pequenos incrementos nos teores de Cu adicionados à liga base.

  Os resultados que permitem a análise da influência do percentual do elemento Cu em função da profundidade do ataque de corrosão dos corpos de prova estão apresentados na Tabela 4.12.

Tabela 4.12 - Valores obtidos por microscopia ótica permitindo a medição da profundidade de penetração da corrosão para a amostra para a amostra A2c estudada.

  Nº da medida

  1

  2

  3

  4

  

5

  6

  7

  8

  9 Média Desvio Padrão Profundidade para

  10

  10

  91

  15 80 129

  44

  10

  45

  48

  43 Superfície Usinada (µm) Profundidade para 191

  62 61 180 69 108 8 167 98 105

  63 Superfície Bruta (µm)

Tabela 4.13 - Valores obtidos por microscopia ótica permitindo a medição da profundidade de penetração da corrosão para a amostra para a amostra A5c estudada.

  Média Desvio Padrão Nº da medida

  1

  2

  3

  4

  

5

  6

  7

  8

  9 Profundidade para 280 297 258 174 205 187 213 162 221 222

  47 Superfície Usinada (µm) Profundidade para 201 170 240 304 184 288 193 179 212 219

  48 Superfície Bruta (µm)

  Com o auxilio da figuras 4.24 (perda em massa) e das tabelas 4.12 e 4.13 (profundidade do ataque de corrosão), pode-se verificar que a perda em massa, assim como a profundidade do ataque da corrosão tem uma relação direta com o teor do elemento adicionado (Cu) à liga base (A356), indicando uma maior suscetibilidade à ocorrência de corrosão nestas ligas.

4.4.3. Influência do Elemento Zinco

  Os resultados apresentados na Tabela 4.14 e possibilitam a análise da influência do percentual do elemento Zinco sobre a perda em massa dos corpos de prova.

Tabela 4.14 – Média da perda em massa e o desvio padrão de todas as amostras.

  Identificação % Cu Medido % Zn Medido % (Cu + Zn) Perda em Massa Média (%) Desvio Padrão (%) das amostras

A1b <0,01 <0,01 <0,02 0,27 0,03

  

A9z 0,01 0,29 0,30 0,26 0,04

A10z 0,01 0,62 0,63 0,38 0,04 A11z 0,01 0,89 0,90 0,48 0,06

  Também estão em arquivo anexo a Tabela 4.17 todos os resultados dos ensaios, podendo também ser observado o resultado de todos os ensaios na Figura 4.25.

  0,6 0,5 0,4 0,3

  Perda de peso [%] 0,2 0,1

  0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Zn [%]

Figura 4.25 - Influência na perda em massa em função do aumento nos teores de Zn.

  O gráfico da figura 25 mostra a variação na perda em massa para a liga base em função de aumentos nos teores de Zn adicionado. Neste caso pode-se observar um efeito menos pronunciado do aumento no teor de Zn sobre a perda em massa da liga base, se comparado com as séries acima descritas para aumentos nos teores de Cu e Zn combinados e de aumentos somente de Cu.

4.4.4. Considerações Sobre a Terceira Etapa

  Pode-se observar que os elementos Cu e Zn, em níveis residuais, diminuem a resistência à corrosão da liga (AA) A356. Os resultados apresentados para as três séries de experimentos sugerem que o elemento cobre é o principal responsável pela ocorrência de corrosão intergranular na liga em estudo e que a corrosão se torna mais severa para teores de cobre muito baixos, aproximadamente 0,01% em peso de cobre na liga.

  Este resultado confirma a hipótese inicial de que a liga utilizada anteriormente para a produção de peça em questão, a liga 356.1 com aproximadamente 0,07% em cobre, apresentava uma alta suscetibilidade à corrosão, e que no caso específico desta peça a utilização de liga A356 de torna obrigatória para reduzir a ocorrência deste tipo de corrosão. Também cabe salientar que o teor de cobre a partir do qual a tendência à corrosão sofre um aumento significativo está muito abaixo dos teores máximos de cobre admissíveis para estas ligas, 0,20% no caso da liga “AA” A356 e 0,25% para a liga “AA” 356. O gráfico da Figura 26 ajuda a ilustrar esta afirmação.

  Também foi possível verificar, para os percentuais de Zn estudados, que o Zn tem uma relação com a resistência à corrosão menos acentuada, em comparação com o Cu, porém, tendo como referência, a Norma “AA” 356.1 que limita o Zn em 0,35% e a Norma “AA” A356.1 que limita o Zn em 0,10%, pode-se verificar que o Zn não deverá afetar significativamente esta liga se mantido abaixo dos limites especificados por estas normas. Porém, para níveis maiores que 0,35% em peso na liga, o Zn começa a influenciar com maior intensidade a resistência à corrosão, principalmente se estiver combinado com residuais de Cu. A figura 4.26 ajuda ilustrar as afirmações acima citadas, e os limites admissíveis de Cu em peso na liga “AA” A356.1 e “AA” 356.1, segundo o sistema de designação de ligas de alumínio Aluminnum Association “AA”, tomado como referência para esta pesquisa de mestrado.

  

(Ensaio de Corrosão Segundo ASTM G110-92 (Período de 10 horas) e ASTM G1-90)

2,0 Liga testada 1,8 (AA) A-356.1 1,6 Liga testada 1,4 (AA) 356.1 1,2 Limite máximo Sugestão: 1,0 (AA) A-356.1 Para aplicações severas, usar limite máximo 0,8 de 0,01% de Cu em peso Perda em massa [%] Limite máximo (Ex.: Rotores de Motobombas) 0,6 (AA) 356.1 0,4 0,2 0,0 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 Cu [%]

Figura 4.26 - Incremento da corrosão em função do teor de Cu em ligas de alumínio classificadas segundo “The Aluminium Association Inc” (AA) A-356.1.

4.5. Avaliações da Superfície Após os Ensaios Normalizados ASTM

  Após o ataque ASTM G110-92 para o período de 10 horas adotado, as amostras apresentaram o aspecto superficial da figura 4.27. Este aspecto de superfície ilustra a forma seca dos produtos de corrosão, antes da remoção dos produtos de corrosão, logo após o período de 10 horas imersas na solução de ataque ASTM G110-92.

  Amostra A2c Amostra A5c

Amostra da liga A356

  (liga A356 + 0,03% Cu) (liga A356 + 0,50% Cu)

Figura 4.27 – Aparência superficial das amostras após o ensaio de corrosão ASTM G110-92. As figuras 4.28 e 4.29 também ilustram a condição superficial das amostras após o ensaio ASTM-G110. A figura 4.28 ilustra as amostras obtidas com a liga A356 a figura 4.29 e ilustra as amostras obtidas com a liga A356 com incremento de 0,5% de Cobre em peso, ilustrando a grande influência do cobre sobre a resistência à corrosão nas ligas da família 356.

Figura 4.28 – liga A356 (Cu <0,01%) Figura 4.29 – liga A356 + 0,50 Cu

  CAPÍTULO 5 - CONCLUSÃO GERAL

  Os resultados obtidos neste trabalho permitiram as seguintes conclusões:

  • a resistência à corrosão das ligas A356 e 356 é fortemente afetada pela presença do cobre como elemento residual, sendo que para pequenos teores deste elemento (maior que 0,01%) já se observa a ocorrência de corrosão severa, usando com meio de avaliação o ensaio de corrosão intergranular proposto pela norma ASTM G110-92,
  • acréscimos nos teores do elemento zinco ocasionaram menores efeitos sobre a suscetibilidade a corrosão da liga A356 em comparação com os efeitos do elemento cobre,
  • os teores de cobre a partir dos quais ocorrem aumentos significativos na corrosão das ligas A356 e 356 são muito inferiores aos teores máximos admitidos pelas Normas de sistemas de designação de ligas, tomada como referência, por ser a mais conhecida, a

  

Aluminnum Association “AA ”, cuja classificação se encontra na Norma ABNT-NBR 6864,

  • o ensaio de corrosão intergranular se mostrou efetivo na caracterização da suscetibilidade à corrosão nas ligas estudadas.

  CAPÍTULO 6 – SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS

  • estudar a influência da adição de Cu em níveis residuais no alumínio puro comercial (99,9 a 99,7%),
  • estudar mais detalhadamente os fenômenos metalúrgicos determinantes da acentuada queda em resistência à corrosão do alumínio e suas ligas em função do aumento de pequenos teores de Cu (residuais),
  • desenvolver um ensaio de campo que possibilite simular de uma forma mais realista as condições de serviço do rotor (velocidade, pH do meio, impacto de partículas suspensas no fluído),
  • avaliar a influência de outros possíveis contaminantes (Na, Ca, Sr, P, Sb) sob a tendência à corrosão em ligas de alumínio de fundição,
  • fazer um estudo mais abrangente sobre a influência dos elementos químicos (ligas e impurezas) sob a resistência à corrosão em ligas de AlSi.
  • Avaliar a qualidade da superfície.

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ANEXOS

  A2b-3 0,02541 0,0704 0,09581 0,88

  A3b-6 0,09624 0,09776 0,194 1,47

  A3b-5 0,09624 0,09776 0,194 1,27

  A3b-4 0,09624 0,09776 0,194 1,21

  A3b-3 0,09624 0,09776 0,194 1,47

  A3b-2 0,09624 0,09776 0,194 1,38

  A3b-1 0,09624 0,09776 0,194 1,39

  A2b-6 0,02541 0,0704 0,09581 0,95

  A2b-5 0,02541 0,0704 0,09581 0,93

  A2b-4 0,02541 0,0704 0,09581 0,81

  A2b-2 0,02541 0,0704 0,09581 0,9

  Os resultados da perda em massa para esta série de experimentos que permitem a análise da influência do percentual dos elementos Cobre e Zinco em função do percentual de perda em massa dos corpos de prova obtidos com a liga base “AA” A356.1 no “Programa de Experiências” estão apresentados na Tabela 4.15.

  A2b-1 0,02541 0,0704 0,09581 0,75

  A1b-7 &lt;0,01 &lt;0,01 &lt;0,02 0,29

  A1b-6 &lt;0,01 &lt;0,01 &lt;0,02 0,28

  A1b-5 &lt;0,01 &lt;0,01 &lt;0,02 0,22

  A1b-4 &lt;0,01 &lt;0,01 &lt;0,02 0,29

  A1b-3 &lt;0,01 &lt;0,01 &lt;0,02 0,28

  A1b-2 &lt;0,01 &lt;0,01 &lt;0,02 0,28

  

Identificação das amostras % Cu Medido % Zn Medido % (Cu + Zn) Perda em Massa Média (%)

A1b-1 &lt;0,01 &lt;0,01 &lt;0,02 0,3

Tabela 4.15 – Perda em massa e o desvio padrão de todas as amostras.

  A3b-7 0,09624 0,09776 0,194 1,22

Tabela 4.15 –Continuação.

  A4b-1 0,18944 0,32873 0,51817 1,55

  A4b-2 0,18944 0,32873 0,51817 1,35

  A4b-3 0,18944 0,32873 0,51817 1,37

  A4b-4 0,18944 0,32873 0,51817 1,56

  A4b-5 0,18944 0,32873 0,51817 1,49

  A4b-6 0,18944 0,32873 0,51817 1,48

  A4b-7 0,18944 0,32873 0,51817 1,38

  A4b-8 0,18944 0,32873 0,51817 1,33

  A5b-1 0,4641 0,6461 1,1102 1,96

  A5b-2 0,4641 0,6461 1,1102 1,83

  A5b-3 0,4641 0,6461 1,1102 1,87

  A5b-4 0,4641 0,6461 1,1102 1,85

  A5b-5 0,4641 0,6461 1,1102 1,95

  Os resultados da perda em massa para esta série de experimentos que permitem a análise da influência do percentual dos elementos Cobre em função do percentual de perda em massa dos corpos de prova obtidos com a liga base “AA” A356.1 no “Programa de Experiências” estão apresentados na Tabela 4.15.

Tabela 4.16 – Perda em massa e o desvio padrão de todas as amostras.

  

Identificação das amostras % Cu Medido % Zn Medido % (Cu + Zn) Perda em Massa Média (%)

A2c-1 0,02612 &lt;0,01 0,03516 0,66

  A2c-2 0,02612 &lt;0,01 0,03516 0,69

  A2c-3 0,02612 &lt;0,01 0,03516 0,74

  A2c-4 0,02612 &lt;0,01 0,03516 0,77

  A2c-5 0,02612 &lt;0,01 0,03516 0,76

  A2c-6 0,02612 &lt;0,01 0,03516 0,74

Tabela 4.16 –Continuação. A3c-1 0,08626 <0,01 0,0953 1,05 A3c-2

  0,08626 &lt;0,01 0,0953 1,14 A3c-3 0,08626 &lt;0,01 0,0953 1,12 A3c-4 0,08626 &lt;0,01 0,0953 1,03 A3c-5 0,08626 &lt;0,01 0,0953 1,20 A4c-1 0,197 &lt;0,01 0,20904 1,31 A4c-2

  0,197 &lt;0,01 0,20904 1,21 A4c-3 0,197 &lt;0,01 0,20904 1,23 A4c-4 0,197 &lt;0,01 0,20904 1,07 A4c-5 0,197 &lt;0,01 0,20904 1,17 A4c-6 0,197 &lt;0,01 0,20904 1,11 A4c-7 0,197 &lt;0,01 0,20904 1,20 A4c-8

  0,197 &lt;0,01 0,20904 1,23 A5c-1 0,498 &lt;0,01 0,50904 1,43 A5c-2 0,498 &lt;0,01 0,50904 1,50 A5c-3 0,498 &lt;0,01 0,50904 1,39 A5c-4 0,498 &lt;0,01 0,50904 1,43 A5c-5

  0,498 &lt;0,01 0,50904 1,29 A5c-6 0,498 &lt;0,01 0,50904 1,47 A5c-7 0,498 &lt;0,01 0,50904 1,35 A5c-8 0,498 &lt;0,01 0,50904 1,41 A6-C1 1,0002 &lt;0,01 1,00924 1,80 A6-C2

  1,0002 &lt;0,01 1,00924 1,72 A6-C3 1,0002 &lt;0,01 1,00924 1,75 A6-C4 1,0002 &lt;0,01 1,00924 1,89 A6-C5 1,0002 &lt;0,01 1,00924 1,74 A6-C6 1,0002 &lt;0,01 1,00924 1,67 A6-C7 1,0002 &lt;0,01 1,00924 1,72 A6-C8

  1,0002 &lt;0,01 1,00924 1,78 A6-C9 1,0002 &lt;0,01 1,00924 1,94 Os resultados da perda em massa para esta série de experimentos que permitem a análise da influência do percentual dos elementos Zinco em função do percentual de perda em massa dos corpos de prova obtidos com a liga base “AA” A356.1 no “Programa de Experiências” estão apresentados na Tabela 4.15.

Tabela 4.17 – Perda em massa e o desvio padrão de todas as amostras.

  

Identificação das amostras % Cu Medido % Zn Medido % (Cu + Zn) Perda em Massa Média (%)

A9-Z1 &lt;0,01 0,29269 0,29769 0,28

A9-Z2 &lt;0,01 0,29269 0,29769 0,22

A9-Z3 &lt;0,01 0,29269 0,29769 0,31

A9-Z4

  

&lt;0,01 0,29269 0,29769

0,23

  

A9-Z5 &lt;0,01 0,29269 0,29769 0,21

A9-Z6 &lt;0,01 0,29269 0,29769 0,28

A9-Z7 &lt;0,01 0,29269 0,29769 0,26

A10-Z1 &lt;0,01 0,62478 0,62981 0,35

A10-Z2

  

&lt;0,01 0,62478 0,62981

0,38

  

A10-Z3 &lt;0,01 0,62478 0,62981 0,43

A10-Z4 &lt;0,01 0,62478 0,62981 0,38

A10-Z5 &lt;0,01 0,62478 0,62981 0,37

A10-Z6 &lt;0,01 0,62478 0,62981 0,39

A10-Z7 &lt;0,01 0,62478 0,62981 0,31

A10-Z8

  

&lt;0,01 0,62478 0,62981

0,43

  

A11-Z1 &lt;0,01 0,89101 0,8989 0,42

A11-Z2 &lt;0,01 0,89101 0,8989 0,48

A11-Z3 &lt;0,01 0,89101 0,8989 0,41

A11-Z4 &lt;0,01 0,89101 0,8989 0,55

A11-Z5

  

&lt;0,01 0,89101 0,8989

0,45

  

A11-Z6 &lt;0,01 0,89101 0,8989 0,57

A11-Z7 &lt;0,01 0,89101 0,8989 0,51

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