OXIDAÇÃO DO AÇO INOXIDÁVEL FERRÍTICO, AISI 439, EM ATMOSFERA DE AR SINTÉTICO E ALTAS TEMPERATURAS

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Materiais

Autores

Santos, J.M.S. (UEMA) ; Brandim, A.S. (IFPI) ; Salgado, M.F. (UEMA/IFPI)

Resumo

Os aços inoxidáveis são altamente resistentes à corrosão em uma variedade de ambientes. Essa pesquisa busca investigar o comportamento de oxidação do aço inoxidável ferrítico AISI 439 em atmosfera de ar sintético em altas temperaturas. As amostras do aço inoxidável AISI 439 usadas nesse trabalho foram fornecidas pela ArcelorMittal. No preparo das amostras utilizou-se técnicas de metalografia e no polimento pastas de diamante. O AISI 439 foi oxidado nas temperaturas de 850C°, 900°C e 950°C em atmosfera de ar sintético em um forno tubular por 2h, 4h, 8h, 16h,32h, 40h e 50h. A cinética de oxidação foi definida e comparada com a teoria de Wagner. A microestrutura e a composição química dos filmes foram analisadas por Microscopia Eletrônica de Varredura e Espectroscopia de Energia Dispersiva.

Palavras chaves

Aço inoxidável ferrítico ; Oxidação; Ar sintético

Introdução

Os materiais são tão importantes para humanidade, que em diversas eras pelas quais o homem passou, são caracterizadas pelo grau de desenvolvimento e utilização dos materiais (Idade a pedra, idade do cobre, idade do bronze e idade do ferro). Desde a descoberta do ferro, extração e transformação do mesmo, os metalurgistas veem desenvolvendo pesquisas por materiais resistentes. Apesar dos esforços destes, um problema permaneceu sem solução até o início do século XIX: os objetos de ferro não eram suficientemente resistentes à corrosão. No início do século XX esse problema foi solucionado coma a descoberta do aço inoxidável por Harry Brearley. Os aços inoxidáveis são os materiais ideais para inúmeras aplicações nas indústrias e têm um excelente histórico. Eles oferecem excelente resistên¬cia à corrosão, boa resistência mecânica, e ductilidade e tenacidade elevadas. O presente trabalho, realizando no CESC/UEMA-Laboratório de Materiais e Divulgação Científica, onde vem sendo desenvolvidas diversas pesquisas sobre os aços inoxidáveis, exemplos as dissertações de mestrado “Estudos do Comportamento de Oxidação em Altas Temperaturas do Aço Inoxidável Ferrítico AISI 409 em Atmosfera de Argônio e Ar Sintético” por SERRA (2013) ; “Estudo da Oxidação Cíclica dos Aços Inoxidáveis Ferríticos AISI 439 e AISI 441” por RODRIGUES (2014), etc., contribuições que fortalecem o grupo de pesquisa OXIALTESIM. Essa pesquisa tem por objetivo estudar o comportamento de oxidação em altas temperaturas do aço inoxidável ferrítico AISI 439, em atmosfera de ar sintético. Determinar a cinética para esse aço, comparar essa com a teoria de Wagner e caracterizar química e microestruturalmente os óxidos formados. Portanto, nos possibilitará descrever as vantagens técnicos apresentados por esse material.

Material e métodos

Na preparação das amostras de aço inoxidável ferritico AISI 439, fornecida pela Arcelor Mittal Inox Brasil na forma de placa de dimensão (20x100x0,6) mm e cortada em 54 amostras de dimensões (10x10x0,6) mm, realizou-se o tratamento metalografico, definido pela norma NBR13284 - ABNT para o preparo de amostras metálicas, primeiramente, as amostras não foram embutidas devido ao lixamento ser realizado nas duas superfícies das amostras. Logo após, o lixamento úmido é efetuado com auxílio de uma politriz em lixas de granulações de 1000; 1200 e 2400, entre um lixamento e outro as amostras são lavadas em um ultrassom. A próxima etapa, consiste no polimento manual das amostras com o abrasivo pasta de diamante de granulometrias de 3µm e 1µm. Em seguida, mergulhou-se as amostras em acetona e em seguida eram secadas com o auxílio de um jateador de ar. Posteriormente, as amostras são pesadas em uma balança analítica antes e depois do ensaio de oxidação e seus comprimentos medidos com o auxílio de um parquímetro. O ensaio de oxidação foi realizado em um forno tubular, “Jung” modelo 88012/2010, de temperatura controlada, as amostras eram submetias as temperaturas de 850°C, 900°C e 950°C nos tempos de 2h, 4h, 8h, 16h, 32h, 40h e 50h em atmosfera de ar sintético. A cinética de oxidação é determinada através dos valores de ganho de massa por unidade de área em função do tempo de oxidação das amostras. Os resultados obtidos do ganho de massa por unidade de área em função do tempo, nas temperaturas de 850° C, 900°C e 950°C em atmosfera de ar sintético, para oxidação do aço AISI 439, foram utilizados para a construção do gráfico na figura 1. A caracterização microestrutural e análise química dos filmes formados foram realizadas por MEV e EDS.

Resultado e discussão

A cinética de oxidação é determinada através dos valores de ganho de massa por unidade de área em função do tempo de oxidação das amostras. Os resultados obtidos do ganho de massa por unidade de área em função do tempo, nas temperaturas de 850° C, 900°C e 950°C em atmosfera de ar sintético, para oxidação do aço AISI 439, nos tempos de 2hs, 4hs, 8hs, 16hs, 32hs, 40hs e 50hs, foram utilizados para a construção do gráfico e consequentemente identificar a lei da cinética correspondente à oxidação realizada nos aços são mostrados na figura 1. Como pode ser observado na figura 1 os filmes formados são protetores visto que a cinética de oxidação obedece uma lei parabólica e corrobora com a teoria de Wagner, indicando que seu crescimento é controlado por difusão, resultado que também se assemelha aos aço AISI 430 A, AISI 430E e AISI 444 no trabalho de Salgado(2009). A caracterização microestrutural realizada por microscopia eletrônica de varredura (MEV) dos filmes formados sobre a superfice do aço AISI 439, mostram que o filme é integro e está em toda à superfice do metal. A analise química feita por espectroscopia de energia dispersiva (EDS) da película mostrou quantidades de cromo, oxigênio, ferro, titânio, manganês,etc. Portanto, confirma que o filme é protetor. A figura 2, mostra a formação da “sand rose” que é um precipitado de oxido misto de titânio, confirmada pela MEV e EDS de uma amostra oxidada em 850º C por 2 horas, que também foi encontrada por RESENDE (2006).

Gráfico do comportamento cinético de oxidação do aço AISI 439 nas temperaturas: 850°C, 900°C, 950°C em atmosfera de a sintético.


-Óxido misto de titânio "sand rose" em uma amostra oxidada por 2 horas em atmosfera de ar sintético confirmada com um aumento em MEV de EDS.

Conclusões

O AISI 439 formou um filme de composição química complexa , contendo elementos como o ferro, titânio, manganês, cromo, niobo etc.O filme é composto majoritariamente de Cr2O3 em todas as temperaturas , com a taxa de crescimento seguindo uma cinética parabólica, obedecendo a teoria de Wagner e o ganho de massa aumenta com o aumento da temperatura , visto que o crescimento do filme ocorre por um processo de difusão. O oxido misto de titânio "sand rose" corrobora com resultado de outros pesquisadores.A película é distribuído em toda superfície do metal e protetora devido a sua composição.

Agradecimentos

À Profª Dra. Maria de Fátima Salgado; ao Profº Dr Ayrton de Sá Brandim; ao Profº Giscard Viana; à Nubia Moureira; ao Diogo Morais; ao CNPq; CESC/UEMA; ao PPGEM/IFPI/T

Referências

GENTIL, Vicente. Corrosão.3ªed. Rio de Janeiro; LTC, 1996.
OSTERMAN, Kristina. Aços Inoxidáveis: Materiais com custo-benefício favorável para a Indústria de Etanol. Tradução ABINOX, 2010. Disponível em: <www.nickelinstitute.org> Acessado em: 26. NOV. 2014.

RESENDE, F. C. T. Oxidação dos aços AISI 304 e AISI 439 em alta temperatura e relação da difusão do cromo e do oxigênio com o crescimento do filme de Cr2O3. 2006,83f, Dissertação de Mestrado (Engenharia de Materiais). REDEMAT – UFOP, 2006.

RODRIGUES, Samara C. S. Estudo da Oxidação Cíclica dos Aços Inoxidáveis Ferríticos AISI 439 e AISI 441. Dissertação de Mestrado (Engenharia de Materiais). PPGEM – IFPI, 2014.

SALGADO, M. F. Estudo do efeito da pressão de oxigênio sobre a oxidação dos aços inoxidáveis ferríticos AISI 430A, AISI 430E e AISI 444 em altas temperaturas. Tese de doutorado, REDEMAT, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2009.

SERRA, Ediomar C. Estudos do Comportamento de Oxidação em Altas Temperaturas do Aço Inoxidável Ferrítico AISI 409 em Atmosfera de Argônio e Ar Sintético. Dissertação de Mestrado (Engenharia de Materiais). PPGEM – IFPI, 2013.