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Estudo sobre formação de óxido em aço elétrico
Téc. Jovanio Oliveira Santos
Prof. Dr. Amilton Sinatora
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Introdução
Objetivo
Materiais e métodos
Resultados e Discussões
Conclusões
SUMÁRIO
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-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------INTRODUÇÃO
“Interação físico-química entre um metal e o meio envolvente, da
qual resultam mudanças nas propriedades do metal, levando
freqüentemente à sua inutilização ou do sistema técnico do qual faz
parte ou ainda à alteração do meio ” (Federação Européia de Corrosão)
“Degradação de um material ou das suas propriedades devido
à reação com o meio envolvente” (NACE – National Association of Corrosion Engineers)
Conceito de Corrosão
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4
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------INTRODUÇÃO
Metalurgia X
Corrosão
Dippold e Rothenburg, 2003
Wustita (FeO)
Magnetita (Fe3O4)
Hematita (Fe2O3)
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5
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------INTRODUÇÃO
Paidassi, 1955Khanna, A.S., 2002
Cassarini, Villabón e Sinatora,
2004
Fe2O3
Fe3O4
FeO
Oliveira, J; Sinatora,
2005
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-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Diagrama Ferro-Oxigênio
INTRODUÇÃO
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-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------INTRODUÇÃO
FeO a 600ºC
Martins A., Sinatora, 2005
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Estudar os filmes de óxido formados em aço elétrico a 575 ºC e a 1000 ºC
Determinar as propriedades mecânicas dos filmes de óxidos formados
Estudar o crescimento do filme de óxido a 575ºC entre 0,25 - 60 h
Avaliar a adesão dos filmes de óxido resultantes do resfriamento ao ar e no forno
OBJETIVO
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Microscópia Óptica
Microscópia Eletrônica de Varredura (SE)
Ensaio de microdureza Vickers 0,49 N (50gf)
Ensaio de microdureza instrumentado 10 mN (1gf)
MATERIAIS e MÉTODOS
Difração de raio-X
575ºC 1000ºC
0,25 h 1 h 3 h 6 h 9 h 12 h 18 h 24 h 36 h 48 h 60 h 0,75 h
Composição química do aço elétrico (% em massa)
C Si Ni Mn Al
0,03 1,25 0,05 0,3 0,27
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Wp trabalho plástico; We trabalho elásticoWt trabalho total e dP/dh a rigidez de contato
Adaptado de Oliver e Pharr (1992)
Ensaio de microdureza Instrumentado
MATERIAIS e MÉTODOS
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Crescimento do filme de óxido
Microdureza Vickers e Instrumentado
Aderência do filme de óxido
Difração de raio-X do filme de óxido
RESULTADOS e DISCUSSÕES
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Gentil, V; 1987; Callister, W; 2003
Crescimento do óxido em função do tempo a 575º C
0
4
8
12
16
20
0 10 20 30 40 50 60 70Tempo (h)
Esp
essu
ra (
mm
)
RESULTADOS e DISCUSSÕES
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575ºC Resfriamento no fornoResfriamento ao ar
RESULTADOS e DISCUSSÕES
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Coeficiente de dilatação térmicaMartins A.,
Sinatora, 2005
RESULTADOS e DISCUSSÕES
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Fe2O3
1000ºC575ºC
RESULTADOS e DISCUSSÕES
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10 mN (1 gf)Camada Superior HP[GPa] HU[GPa] Mód. E [GPa] HV [kgf/mm2]
Média 12,2 6,9 158 1140
Desvpad 1,1 0,4 11 101
Int. Conf. 95% 0,19 0,1 2 19
Camada Inferior HP[GPa] HU[GPa] Mód. E [GPa] HV [kgf/mm2]
Média 6,5 3,9 89 605
Desvpad 1,6 0,7 11 147
Int. Conf. 95% 0,3 0,1 2,1 27
Superior
Inferior575ºC
RESULTADOS e DISCUSSÕES
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* Camada Superior HP[GPa] HU[GPa] Mód. E [GPa] HV [kgf/mm2]
Média 11,4 7,7 195 1071
Desvpad 0,5 0,2 8,3 44
Int. Conf. 95% 0,1 0,04 1,6 8,2
* Camada Inferior HP[GPa] HU[GPa] Mód. E [GPa] HV [kgf/mm2]
Média 2,2 1,8 71,7 206
Desvpad 0,7 0,5 13,5 65
Int. Conf. 95% 0,1 0,09 2,5 12,2
** Vickers
1112
36
11
** Vickers
527
35
11
10 mN (1 gf) 0,49 mN (50gf)
Camada Superior*1071 / **1112 HV
*206 / **527 HVCamada Inferior
1000ºC
RESULTADOS e DISCUSSÕES
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HV FeO Fe3O4 Fe2O3
Escala Mohs 5 5,5 6 - 7
Oliveira, J. (Instrumentado), 2005 **** 206 - 605 1071 - 1140
Oliveira, J. (Convencional), 2005 **** 527 1112
Hutchings, 1992 370 600 ****
Herbert Uetz, 1986 470 490 - 660 900 - 1350
Loung e Heijkoop, 1981 460 540 1050
Skoczynski et al, 1997 **** **** 1000 - 1050
Stachowiak e Batchelor, 2001 **** **** 1038
RESULTADOS e DISCUSSÕES
Valores de dureza comparativos
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0
2
4
6
8
10
12
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20
Profundidade de penetração (mm)
Car
ga,
(m
N)
Inferior
0
2
4
6
8
10
12
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20
Profundidade de penetração (mm)
Car
ga,
(m
N)
Superior
575ºC
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
Profundidade de penetração (mm)
Car
ga, (
mN
)
Inferior
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
Profundidade de penetração (mm)
Car
ga, (
mN
)
Superior
1000ºC
Comportamento elasto-plástico
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-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------CONCLUSÕES
O módulo de elasticidade e a dureza da camada de óxido superior é duas vezes maior que a da camada inferior.
Os óxidos formados a 575ºC foram identificados como sendo FeO (Wustita), Fe2O3 (Hematita) e Fe3O4 (Magnetita); e a 1000ºC como Fe2O3 (Hematita).
A taxa de crescimento dos óxidos formados a 575ºC segue um comportamento parabólico.
A adesão entre o substrato e os filmes de óxidos é maior quando o aço é resfriado dentro do forno (baixa taxa de resfriamento) do que quando é resfriado ao ar (alta taxa de resfriamento).
O filme de óxido formado a 575 ºC e a 1000 ºC é constituído por duas camadas: Superior (Hematita) e Inferior (Magnetita e Wustita).
A adesão é menor quando resfriado ao ar, porque gera descontinuidade na interface óxido/metal, devido as diferenças dos coeficientes de dilatação.
Provavelmente com tratamentos térmicos a 575ºC será possível a produção de filmes de óxidos adequados também para estudo do atrito.
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-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Trabalhos Futuros
Desenvolver uma metodologia para caracterizar os filmes de óxido por meio de técnicas de metalografia colorida.
Estudar a tenacidade à fratura dos filmes de óxido por meio de ensaios de dureza instrumentados.
Estudar o comportamento tribológico dos filmes de óxido por meio de ensaios de desgaste por microabrasão.