65ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 4. Engenharia de Materiais e Metalúrgica

OXIDAÇÃO CÍCLICA DOS AÇOS AISI 441 E AISI 439 NA TEMPERATURA DE 300 ºC, COM TEMPOS ENTRE 500 E 1500h, EM ATMOSFERA DE AR SECO.

Givanilson Brito de Oliveira - Bolsista de Iniciação Cientifica - PIBIC/CNPq - CESC/UEMA Maria de Fátima Salgado - Profª. Dra./ Orientadora –Depto.de Matemática e Física – CESC/UEMA

INTRODUÇÃO:

Os aços inoxidáveis são, basicamente, ligas de ferro-cromo e possuem inúmeras aplicações em eletrodomésticos, automóveis, vagões ferroviários, equipamentos hospitalares e na indústria em geral. Devido ao baixo coeficiente de expansão térmica dos aços inoxidáveis ferríticos, a oxidação cíclica torna-se uma investigação de grande importância científica e tecnológica, pois estes aços são muito menos susceptíveis à descamação que as ligas austeníticas, quando submetidos a oxidação cíclica em altas temperaturas. Mesmo não se tratando de um aço austenítico, o AISI 439 é especificado para uso na parte fria do sistema de exaustão. O aço AISI 441 foi desenvolvido com sucesso para a uso no coletor de escape de motores automotivos, onde a temperatura pode chegar a 950 °C, este aço possui um maior percentual de cromo quando comparado ao 439, conseqüentemente uma resistência à corrosão mais elevada. Com o propósito de investigar o comportamento destes aços quando imersos num condensado típico do sistema de exaustão sob ciclagem térmica, foi realizada a oxidação cíclica dos aços AISI 441 e AISI 439 na temperatura de 300 ºC, com tempos entre 500 e 1500h, em atmosfera de ar seco.

OBJETIVO DO TRABALHO:

Estudar o comportamento de oxidação cíclica dos aços inoxidáveis ferríticos AISI 439 e AISI 441, descrevendo a cinética de oxidação e caracterizando química e microestruturalmente dos filmes de óxidos formados.

MÉTODOS:

As amostras de aço utilizadas na pesquisa, com dimensões de 10 mm x 10 mm x 0,6 mm, foram fornecidas pela Arcelor Mittal Inox Brasil. A preparação das amostras ocorreu em duas fases, primeiro o polimento, realizado com lixas de carbeto de silício de granas 1000, 1200 e 2400 e depois um acabamento especular com pastas de diamante de granulometria 3 µm e 1 µm. Após polimento e limpeza em ultrassom com acetona, as amostras foram oxidadas no forno tubular Tipo JUNG, modelo 88012/2010 com controle de temperatura. A introdução e a retirada da amostra no forno foi realizada através de um tubo de sílica, com ar sintético circulando no interior do mesmo. O Processo de oxidação cíclica foi realizado da seguinte forma: períodos de imersão (duração de 5 minutos) em solução do condensado do sistema de exaustão de automóveis seguidos por períodos de repouso ao ar (duração 5 minutos), repetidos por dez horas, em seguida, exposição dos corpos-de-prova à temperatura de 300ºC por uma hora seguida por uma hora de resfriamento. A duração deste ensaio tem entre 500 e 1.500h. Para as fases de caracterização microestrutural e química foram empregadas as técnicas de Microscopia Óptica, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), e Espectrometria de Energia Dispersiva de Raios X (EDS).

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

Através da inspeção visual observou-se que no decorrer do processo de oxidação a superfície dos aços apresentou uma tonalidade amarelada, a partir do 20º ciclo, o crescimento da camada de óxidos tornou-se mais intenso não havendo o rompimento do filme. Comparando-se as amostras que passaram pelo condensado com amostras que não foram submetidas ao mesmo (controle), observa-se uma microestrutura com maior oxidação nas amostras que foram imersas. O aço 441 apresentou uma película mais aderente que o AISI 439. A caracterização química dos filmes óxidos formados sobre os aços, foi realizada por meio da técnica EDS, foram identificados os elementos: Ferro, Titânio, Cromo e Silício. Observar-se a presença de cromo, em proporções, que sugerem a formação de óxidos protetores durante a oxidação, como uma película de óxido de cromo. Confrontando os resultados obtidos nesta pesquisa, com resultados encontrados na literatura, que avaliam o comportamento de oxidação para estes aços, nas mesmas condições experimentais, constatou-se comportamento de oxidação semelhantes nos ensaios com o aço AISI 439, e confirmou uma maior resistência à oxidação por parte do aço AISI 441.

CONCLUSÕES:

Neste trabalho, foi realizado o estudo do comportamento de oxidação cíclica dos aços inoxidáveis AISI 439 e AISI 441, onde foi possível observar, através das analises feitas com o MEV, que ocorreu a formação de uma fina película homogênea sobre os aços. A técnica de EDS confirmou a formação de um filme de óxido na superfície das amostras constituído principalmente por Cromo. As amostras que foram imersas no condensado apresentam características de oxidação mais acentuadas do que as amostras controle, comprovando assim que o condensado intensifica o desgaste das amostras. Todos os aços inoxidáveis estudados podem ser especificados para utilização no silencioso traseiro de veículos leves.

Palavras-chave: Aço Inoxidável Ferrítico, Ciclagem Térmica, Sistemas de Exaustão.