UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA Programa de Ps-Graduao em Cincia e Engenharia de Materiais

PGMAT

NATLIA FEDUMENTI

EFEITO DA CAVITAO SOBRE A CORROSO EM AOS INOXIDVEIS UTILIZADOS EM TURBINAS HIDRULICAS

Florianpolis 2010.

NATLIA FEDUMENTI

EFEITO DA CAVITAO SOBRE A CORROSO EM AOS INOXIDVEIS UTILIZADOS EM TURBINAS HIDRULICAS

Dissertao submetida ao Programa de Ps-graduao em Cincia e Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina para a obteno do Grau de Mestre em Engenharia. Orientador: Prof. Dr. Augusto de Almeida Buschinelli Co-orientador: Prof. Dr. Csar Vitrio Franco

Florianpolis 2010.

Catalogao na fonte pela Biblioteca Universitria da

Universidade Federal de Santa Catarina

F294e Fedumenti, Natlia Efeito da cavitao sobre a corroso em aos inoxidveis utilizados em turbinas hidrulicas [dissertao] / Natlia Fedumenti ; orientador, Augusto Jos de Almeida Buschinelli.- Florianpolis, SC, 2010. 86 p.: il., grafs., tabs.

Dissertao (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnolgico. Programa de Ps-Graduao em Cincia e Engenharia de Materiais.

Inclui referncias

1. Engenharia de materiais. 2. Turbinas. 3. Corroso. 4. Cavitao. I. Buschinelli, Augusto Jos de A. (Augusto Jos de Almeida). II. Universidade Federal de Santa Catarina. Programa de Ps-Graduao em Cincia e Engenharia de Materiais. III. Ttulo.

CDU 620.1

Natlia Fedumenti

EFEITO DA CAVITAO SOBRE A CORROSO EM AOS INOXIDVEIS UTILIZADOS EM TURBINAS HIDRULICAS

Esta Dissertao foi julgada adequada para obteno do Ttulo de Efeito da Cavitao sobre a Corroso em Aos Inoxidveis utilizados em Turbinas Hidrulicas,e aprovada em sua forma final pelo Programa Ps-Graduao em Cincia e Engenharia dos Materiais.

Florianpolis, 20 de setembro de 2010.

________________________________

Prof. Carlos Augusto Silva Oliveira, Dr. Coordenador do Curso

Banca Examinadora:

______________________________________

Prof. Augusto Jos de Almeida Buschinelli, Dr. Orientador

Universidade Federal de Santa Catarina

______________________________________

Prof. Csar Vitrio Franco, Dr. Co-Orientador

Universidade Federal de Santa Catarina

____________________________________

Prof. Pedro Amedeo Nanneti Bernardini, Dr. Presidente

Universidade Federal de Santa Catarina

______________________________________

Prof. Carlos Enrique Nio Bohorquez, Dr. Membro

Universidade Federal de Santa Catarina

______________________________________

Prof. Paulo Csar Borges, Dr. Membro

Universidade Tecnolgica Federal do Paran

AGRADECIMENTOS

Os mais sinceros agradecimentos a todas as pessoas que de alguma forma contriburam para o sucesso deste trabalho e em particular:

Ao meu orientador e amigo Prof. Dr. Augusto Jos de Almeida Buschinelli pela orientao clara, objetiva e incansvel motivao tcnica e moral.

Ao Prof. Dr. Csar Vitrio Franco pela contribuio tcnica. Aos mestres e amigos Aldo dos Santos Pereira, Cleide Maria

Marqueze e Denise Santana Pacheco pelas conversas esclarecedoras, pelas atividades que venceram barreiras e foram indispensveis para realizao deste trabalho.

Engenheira Flvia Riva e empresa Fio Forte pela gentileza na confeco dos corpos-de-prova usinados.

Ao amigo Luiz Antnio Putton pelo interesse e capricho na preparao metalogrfica.

Ao Departamento de Engenharia Mecnica da UFSC pela disponibilidade da estrutura institucional em benefcio deste trabalho.

Ao secretrio Rogrio Campos pela presteza constante. minha mezinha e paizinho pelo amor, incentivo e lio de

vida. Ao meu namorado Diohr pela compreenso e apoio. Ao meu irmo Gustavo pelo exemplo de dedicao e estmulo. Shena e a Maggie May pelo carinho e momentos de alegria.

RESUMO

Equipamentos industriais como turbinas hidrulicas so suscetveis ao desgaste por eroso-cavitao, que se traduz na perda progressiva de material superficial causada pelo impacto das bolhas de vapor formadas em um lquido presso e temperaturas crticas. Como a cavitao est sendo conduzida em um meio fluido poder ocorrer um processo de corroso associado ao fenmeno puramente mecnico. Este trabalho apresenta os resultados de um estudo de cavitao-corroso para o ao inoxidvel martenstico CA-6NM, tomado como referncia por ter desempenho conhecidamente satisfatrio do ponto de vista da eroso-cavitao, em comparao com o material cavitalloy no estado como soldado, como representante tpico dos aos inoxidveis austenticos ricos em cobalto, atualmente empregados em reparos de turbinas hidroeltricas. O objeto desta investigao foi, essencialmente, verificar a representatividade da corroso no sistema cavitao-corroso. Para tal, foram levantadas curvas de polarizao potenciodinmicas em meio de NaCl 3,5% no-desaeradas em condies estticas e associadas cavitao. A caracterizao das amostras foi feita atravs de anlises da microestrutura, medidas de microdureza e anlise por disperso de energia via microscopia eletrnica de varredura. De acordo com os resultados obtidos constatou-se que, o material ensaiado como soldado Cavitalloy no apresentou tranformao de fase austentica para martenstica associada deformao a frio devido ao curto perodo de tempo que foi submetido cavitao. Observou-se que as avarias provocadas pelo rompimento do filme passivo no ensaio de corroso para ambas as amostras assumiram uma distribuio menos densa em comparao com a densidade dos defeitos verificada nos materiais submetidos cavitao-corroso. As condies de formao do filme passivo so modificadas quando o ensaio de corroso conduzido junto cavitao. Os resultados experimentais mostram que, na busca do aumento da vida til dos materiais, deve-se levar em conta que o fenmeno mecnico contribui em mais de 90% no processo de cavitao-corroso.

ABSTRACT

Industrial equipment such as turbines are susceptible to wear by erosion-cavitation, which results in progressive loss of surface material caused by the impact of vapor bubbles formed in a liquid pressure and critical temperatures. As cavitation is being conducted in a fluid medium may result in corrosion process associated with the purely mechanical phenomenon. This paper presents the results of a study of cavitation-corrosion for stainless steel martensitic CA-6NM, taken as a reference for having knowingly satisfactory performance in terms of erosion-cavitation in comparison with the material cavitalloy "as welded" as representative of typical austenitic stainless steels cobalt rich, currently employed in hydroelectric turbine repairs. The object of this investigation was mainly to check the representativeness of corrosion on cavitation-corrosion system. To this end, we raised potentiodynamic polarization curves in NaCl 3.5% non-bled under static and associated with cavitation. The characterization of samples was done through analysis of the microstructure, microhardness measurements and energy dispersive x-ray detector (EDS) and scanning electron microscopy (MEV). According to the results found that the tested material "as welded" Cavitalloy showed no transformation of austenite to martensite associated with cold forming due to the short time that was subjected to cavitation. It was observed that the damage caused by the rupture of the passive film on the corrosion test for both samples taken on a less dense distribution in comparison with the density of defects found in materials subjected to cavitation-corrosion. The conditions for the formation of passive film are modified when the corrosion test is conducted by the cavitation. The experimental results show that, in pursuit of extending the shelf life of materials, one should take into account that the mechanical phenomenon contributes over 90% in the process of cavitation-corrosion.

LISTA DE FIGURAS Figura 1 Formao e colapso de bolhas prxima parede metlica. 17 Figura 2 Taxa de eroso por cavitao (perda de massa) de ligas comerciais obtidas pelo mtodo ultrassnico conforme a norma ASTM G 32....................................................................................................... 24 Figura 3 Percentual de transformao martenstica de ligas comerciais............................................................................................................... 25 Figura 4 Microdureza superficial de ligas comerciais....................... 25 Figura 5 Taxa de eroso em mm/ano de ligas comerciais................. 25 Figura 6 Representao esquemtica da dupla camada eltrica ........ 29 Figura 7 Curvas de polarizao andica (ia) e catdica (ic) num diagrama logartmico. Ee = potencial de equilbrio; i0=densidade de corrente de troca. ................................................................................... 34 Figura 8 Diagrama simplificado de potencial e pH do sistema ferro/gua a 25C................................................................................... 36 Figura 9 Representao esquemtica das etapas de um processo de ataque por cavitao-corroso . ............................................................. 38 Figura 10 Esquema do equipamento ultra-snico vibratrio para realizao de ensaios de eroso-cavitao............................................. 42 Figura 11 Bancada de solda do Labsolda.......................................... 44 Figura 12 Aspecto visual da chapa de ao-carbono COPANT 1020 com trs passes de solda de ao ASW 5.9 ER309LSi (para amanteigamento) e duas camadas posteriores do revestimento como soldado Cavitalloy. .............................................................................. 45 Figura 13 Desenho esquemtico do corpo-de-prova para ensaio de cavitao (adaptado: BARRA, 1998).................................................... 46 Figura 14 Desenho da chapa soldada com o objetivo de efetuar o corte dos corpos-de-prova por eletroeroso a fio. .......................................... 46 Figura 15 Sequncia de passos para confeco dos corpos-de-prova a partir da chapa com revestimento aplicado por soldagem..................... 47 Figura 16 Desenho do dispositivo de ensaio de cavitao acelerada. 50

Figura 17 Sistema de corroso e cavitao-corroso para conduo dos ensaios laboratoriais acelerados. ........................................................... 52 Figura 18 Resultados do desempenho do material de referncia CA-6NM sob condies de corroso..................................................... 56 Figura 19 Resultados do desempenho do material de referncia CA-6NM sob condies de cavitao-corroso. ................................... 56 Figura 20 Resultados do desempenho do material como soldado Cavitalloy sob condies de corroso. .................................................. 57 Figura 21 Resultados do desempenho do material como soldado Cavitalloy sob condies de cavitao-corroso. .................................. 57 Figura 22 Resultados de desempenho do material de referncia CA-6NM submetido corroso em configurao de E x I. .................. 58 Figura 23 Resultados de desempenho do material de referncia CA-6NM submetido cavitao-corroso em configurao de E x I. .. 58 Figura 24 Resultados de desempenho do material como soldado Cavitalloy submetido corroso em configurao de E x I. ................. 59 Figura 25 Resultados de desempenho do material como soldado Cavitalloy submetido cavitao-corroso em configurao de E x I.. 59 Figura 26 Microestrutura do material CA-6NM no-ensaiado .......... 64 Figura 27 Aspecto visual da superfcie do material CA-6NM no-ensaiado................................................................................................. 64 Figura 28 Microestrutura do material CA-6NM. Condio: Corroso................................................................................................................. 65 Figura 29 Aspecto visual da superfcie do material de referncia CA-6NM atravs MEV. Condio: corroso.. ............................................. 65 Figura 30 Microestrutura do material CA-6NM. Condio: cavitao-corroso. ................................................................................................ 65 Figura 31 Aspecto visual da superfcie do material de referncia CA-6NM atravs MEV. Condio: cavitao-corroso............................... 66 Figura 32 Aspecto visual da superfcie do material de referncia CA-6NM atravs MEV. Condio: cavitao-corroso............................... 66 Figura 33 Comparao do ataque causado no material CA 6NM. (a) Corroso (b) Cavitao-corroso........................................................... 67

Figura 34 Comparao do ao CA-6NM quanto ao ataque causado por corroso e cavitao-corroso (a) Corroso (b) Cavitao-corroso..... 68 Figura 35 Microestrutura do material como soldado Cavitalloy no-ensaiado................................................................................................. 68 Figura 36 Aspecto visual da superfcie do material como soldado Cavitalloy atravs MEV no-ensaiado. ................................................. 69 Figura 37 Microestrutura do material como soldado Cavitalloy. Condio: Corroso............................................................................... 69 Figura 38 Aspecto visual da superfcie do material como soldado Cavitalloy atravs MEV. Condio: corroso. ...................................... 69 Figura 39 Microestrutura do material como soldado. Condio: cavitao-corroso................................................................................. 70 Figura 40 Aspecto visual da superfcie da regio menos atacada do material como soldado Cavitalloy atravs MEV. Condio: cavitao-corroso. ................................................................................................ 70 Figura 41 Comparao do ataque causado por corroso e cavitao-corroso (a) CorSolda (b) CavSolda. .................................................... 71 Figura 42 Comparao do ataque causado por corroso e cavitao-corroso (a) CorSolda (b) CavSolda. .................................................... 71 Figura 43 Aspecto visual da superfcie do material de referncia CA-6NM atravs MEV. Tempo de ensaio: 53 minutos. (a) Condio: corroso................................................................................................. 75 Figura 44 Aspecto visual da superfcie do material como soldado Cavitalloy atravs MEV. Condio: corroso. ...................................... 76 Figura 45 Aspecto visual da superfcie do material como soldado Cavitalloy atravs MEV. Condio: corroso.. ..................................... 77 Figura 46 Aspecto visual da superfcie do material como soldado Cavitalloy atravs MEV. Condio: cavitao-corroso....................... 77

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Composio qumica de ligas comerciais resistentes cavitao................................................................................................ 23 Tabela 2 Composio qumica dos materiais (% peso) ..................... 54 Tabela 3 Parmetros eletroqumicos obtidos das curvas de polarizao............................................................................................................... 61 Tabela 4 Resultados da Anlise de Varincia dos Icorr (A/cm2) avaliada por ensaio ................................................................................ 63 Tabela 5 Resultados da Anlise de Varincia dos Icorr (A/cm2) obtidos entre todas as amostras ............................................................. 63 Tabela 6 Medidas de dureza superficiais, suas mdias e desvios-padro.................................................................................................... 73 Tabela 7 Resultados da Anlise de Varincia de dureza. .................. 74 Tabela 8 Resultados da anlise por EDS na superfcie das amostras ensaiadas ............................................................................................... 78 Tabela 9 Valores das densidades de corrente dos materiais reescritos sem os outliers....................................................................................... 78 Tabela 10 Contribuio de cada efeito para a cavitao-corroso..... 79 Tabela 11 Sinergia da cavitao sobre a corroso para os materiais em estudo. ................................................................................................... 80

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT: Associao Brasileira de Normas Tcnicas ANOVA: Analysis of Variance (Anlise de Varincia) COPANT: Comisso Pan-Americana de Normas Tcnicas

ASTM: American Society for Testing and Materials AWS American Welding Society ECS: Eletrodo de Calomelano Saturado MEV: Microscopia Eletrnica de Varredura

IRECA: Improved Resistance Cavitation Cavitalloy: Liga comercial: ao inoxidvel ligado ao cobalto

resistente cavitao CaviTec: Liga comercial: ao inoxidvel ligado ao cobalto

resistente cavitao Hidroloy: Liga comercial: ao inoxidvel ligado ao cobalto

resistente cavitao Stellite: Liga cobalto-cromo resistente cavitao CavCA Ao CA-6NM submetido cavitao-corroso

CavSolda Liga Cavitalloy submetida cavitao-corroso CorCA Ao CA-6NM submetido corroso

CorSolda Liga Cavitalloy submetida corroso

SUMRIO

1. INTRODUO ................................................................................ 16 1.1 Relevncia do Problema.................................................................. 16 2. OBJETIVOS GERAIS ...................................................................... 19 2.1 Objetivos especficos....................................................................... 19 3. REVISO BIBLIOGRFICA.......................................................... 20 3.1 Cavitao......................................................................................... 20 3.2 Materiais resistentes cavitao ..................................................... 21 3.3 Conceitos relacionados corroso .................................................. 26 3.3.1 Metais passivveis .27 3.3.2 Potencial de eletrodo e dupla camada eltrica...............................28 3.3.3 Equao de Nerst ...30 3.3.4 Polarizao de eletrodo e equao de Tafel...31 3.3.5 Ensaios eletroqumicos curvas de polarizao .......................... 33 3.3.6 Diagramas de potencial x pH........................................................ 35 3.4 Cavitao-corroso.......................................................................... 36 3.5 Ensaios laboratoriais de cavitao-corroso.................................... 41 4. MATERIAIS E MTODOS ............................................................. 43 4.1 Seleo e aplicao do revestimento ............................................... 43 4.2 Seleo do material de referncia.................................................... 45 4.3 Confeco dos corpos-de-prova ...................................................... 45 4.3.1 Chapa de ao-carbono revestida por soldagem.....45 4.3.2 Chapa de ao CA-6NM .47 4.4 Preparao superficial ..................................................................... 48 4.5 Limpeza e desengraxe ..................................................................... 48 4.6 Ensaio eletroqumico de corroso ................................................... 48 4.6.1 Meio salino 48

4.6.2 Curvas potenciodinmicas .....48 4.7 Ensaio de cavitao-corroso .......................................................... 50 4.8 Microscopia eletrnica de varredura (MEV)................................... 52 4.9 Espectroscopia por energia dispersiva (EDS) ................................. 52 4.10 Anlise microestrutural ................................................................. 53 4.11 Medidas de dureza......................................................................... 53 4.12 Caracterizao da composio qumica dos materiais .................. 53 5. RESULTADOS E DISCUSSO ...................................................... 55 5.1 Ensaios eletroqumicos sob condies de estticas (corroso) e dinmicas (cavitao-corroso)............................................................. 55 5.2 Alterao da microestrutura sob ensaios de corroso estticos e dinmicos .............................................................................................. 63 5.3 Caracterizao de xidos e produtos superficiais............................ 75 5.4 Efeito sinrgico da cavitao-corroso............................................ 78 6. CONCLUSES................................................................................. 81 7. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.............................................. 82

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1. INTRODUO 1.1 Relevncia do Problema

Equipamentos industriais, tais como turbinas hidrulicas ou a vapor, hlices de navios, bombas hidrulicas, camisas de cilindros de motores fluidos (GENTIL, 2003), rotores, agitadores, tubulaes para conduo de fluidos (PANOSSIAN, 1993), turbocompressores e ventiladores so suscetveis ao processo de eroso-cavitao.

Turbinas hidrulicas so mquinas que transformam a energia disponvel no fluxo de um curso dgua em energia mecnica na forma de movimento de rotao. No pas, as turbinas so a principal fonte para gerao de energia eltrica representando algo em torno de 92% de toda energia gerada a partir de fontes hidreltricas. Dados publicados indicam que o potencial hidrulico a ser explorado no Brasil da ordem de 206.992 MW e que a demanda de energia tem crescido at 20% ao ano em algumas regies. Por essas razes, o desenvolvimento de tcnicas de controle do fenmeno de cavitao em turbinas necessita ser fortalecido no pas (MUSARDO, 2006).

No setor de gerao de energia, turbinas com mais de 20 anos de uso operam com sobrecarga para atender a demanda energtica. Nestes projetos antigos as geometrias favorecem a ocorrncia de eroso por cavitao (RIBEIRO, 2007).

A eroso por cavitao se define como a perda progressiva de material de uma superfcie slida, em conseqncia do colapso de bolhas de vapor formadas num lquido presso e temperaturas crticas. O fluido, durante o movimento, sofre vaporizao devido reduo de presso. A presso cai para valores inferiores presso de vapor da gua (FOX, 1998), gerando bolhas de vapor. Estas bolhas que se formaram no escoamento devido baixa presso, sero carregadas e podem chegar a regies de presses superiores. Ento ocorrer a "imploso" dessas bolhas. Se a regio de colapso das bolhas for prxima a uma superfcie slida, podero ser geradas ondas de choque pelas imploses sucessivas. As bolhas se deformam durante sua movimentao e por isso nem sempre so esfricas. Devido aos gradientes de presso e instabilidade do fluxo, o dano causado pelo impacto de um jato de lquido sobre o substrato.

As ondas de choque geradas pelo colapso das bolhas na parede metlica tm ordem de grandeza que variam de 60 a 200 MPa e se repetem em freqncias de 10 a 180 Hz. A superfcie metlica prxima ser atingida com golpes altamente concentrados e repetidos que

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acabam por desagregar material por fadiga formando pequenas crateras que caracterizam a eroso por cavitao (HENN, 2001).

A cavitao gradativamente remove parte do material da turbina onde pode ocorrer perdas de at mais de uma tonelada de material, gerando, em muitos casos, resultados catastrficos, se no forem tomadas as medidas de proteo (CALAINHO, 1999).

A Figura 1 apresenta um esquema representativo da formao e ocorrncia da imploso das bolhas na superfcie metlica.

Fluxo

Pliq>Pvap Pliq>PvapPliq

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O processo de recuperao dos perfis danificados pelo processo cavitativo comumente feito por deposio atravs de soldagem. Muitas vezes, so utilizados aos de menor custo na confeco destes componentes. Diversas ligas com a presena do elemento cobalto, por possuirem carctersticas de resistncia cavitao, vm sendo satisfatoriamente empregadas em situaes de reparo.

importante observar que, muitas vezes a ao eletroqumica pode estar associada ao fenmeno puramente mecnico. As partculas que foram retiradas por ao mecnica, preservam as caractersticas de metais ainda que as propriedades originais daquele metal possam ter sido alteradas. Ainda assim, pode ter havido transformao de metal a on metlico. Neste caso, h um processo corrosivo associado ao processo de cavitao. O processo de corroso associado ao mecnica pode provocar a acelerao ou retardar a propagao do dano.

A sinergia da cavitao e corroso pode alterar a taxa de propagao do dano (perda de material). A ao combinada dos dois fenmenos pode aumentar os defeitos comparados sua ao isolada. Por outro lado, um dos componentes pode inibir o efeito do outro, resultando em menor prejuzo total (GARCA-GARCA, 2006).

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2. OBJETIVOS GERAIS Tendo em vista a preocupao com a reduo de custos,

intervenes para manuteno e lucro cessante causados pelas avarias produzidas pelo fenmeno de eroso-cavitao nos setores hidreltrico e de petrleo (offshore), este trabalho se prope a investigar a relevncia do processo de corroso eventualmente associado cavitao em materiais que, conhecidamente, j apresentam bom desempenho do ponto de vista mecnico para reparo e manuteno em ps de turbinas hidrulicas e em instrumentos utilizados na prospeco de petrleo suscetveis a estes fenmenos.

2.1 Objetivos especficos

Verificar o desempenho dos materiais previamente selecionados do ponto de vista da cavitao-corroso.

Comparar o desempenho do material selecionado para reparo: cavitalloy como soldado com material de referncia: ao CA-6NM.

Comparar o desempenho dos materiais (de reparo e de referncia) em condies estticas (somente corroso) e dinmicas (cavitao-corroso).

Identificar e quantificar o efeito de cada componente corroso e cavitao e o efeito sinrgico nos resultados dos ensaios acelerados.

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3. REVISO BIBLIOGRFICA Materiais com propriedades combinadas de ductilidade,

soldabilidade, resistncia abraso e eroso, boas propriedades tribolgicas, resistncia corroso e resistncia a temperaturas elevadas tm sido foco de ateno especial para substituio de materiais empregados em situaes agressivas. O efeito sinrgico da corroso e eroso tem sido estudado por vrios pesquisadores (LPEZ, 2007; MENG, 2007; SOUZA, 2007; STACK, 2008; ZHENG, YO, 2008) no sentido de verificar a contribuio de cada fator no aumento das avarias produzidas por corroso-eroso. O aumento dos danos pode ser observado pelo aumento da velocidade de propagao de trincas, aparecimento de pites, perda de massa, desgaste e outros defeitos, quando dois ou mais fenmenos esto associados.

3.1 Cavitao Existem duas solues para reduzir os danos causados por

cavitao: otimizao dos projetos das mquinas hidrodinmicas ou aplicao de materiais mais resistentes.

Na construo de mquinas hidrulicas as possibilidades de eliminao por completo do fenmeno de cavitao, a partir de modificaes de projeto ou ainda por mudanas nas caractersticas operacionais dos equipamentos, so limitadas. Estas alteraes, muitas vezes, trazem consigo o inconveniente tais como reduo na eficincia e na potncia das mquinas hidrulicas.

A seleo do material adequado para esta aplicao a soluo mais vivel para reduzir os inconvenientes problemas causados pela eroso-cavitao. Pode-se citar alguns materiais macios ou mesmo revestimentos, o primeiro utilizado na construo dos equipamentos ou das regies suscetveis cavitao e, o segundo normalmente empregado no reparo durante perodos de interrupo.

Em seu trabalho, Boccanera (1999) cita determinadas caractersticas que tornam os materiais mais resistentes cavitao, a saber:

aumento da dureza (vlido para um grupo de materiais) causado pela restrio da mobilidade das discordncias parciais;

baixa energia de falha de empilhamento: altera o movimento e formao das discordncias durante a deformao (SIMONEAU, 1987);

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distribuio homognea de pontos de ancoragem de discordncias;

pequeno tamanho de gros; suficiente deformabilidade para limitar a propagao de

trincas (GDYNIA-ZYLLIA, 1991).

A cavitao tem sido observada em todo o tipo de material. Inclusive em materiais no-metlicos como borracha, plstico, vidro, quartzo, concreto so suscetveis a este tipo de fenmeno (RIBEIRO, 2007). Em se tratando de metais, no so conhecidos materiais que renam todas as caractersticas necessrias de resistncia cavitao. Algumas das propriedades citadas acima so, at mesmo, opostas, como por exemplo, rigidez e deformabilidade. Desta forma, caractersticas como microestrutura, composio qumica e condio superficial dos materiais exercem um importante papel no processo de resistncia ao fenmeno erosivo provocado por cavitao, sendo a tenacidade do material o principal critrio adotado para a seleo de materiais resistentes cavitao (WILL, 2008).

3.2 Materiais resistentes cavitao Exige-se que sejam resistentes eroso por cavitao, tanto os

materiais estruturais, usados para confeccionar estruturas, componentes e equipamentos, por exemplo, como os aos COPANT 1020, COPANT 308 e COPANT 301 como outros materiais que so aplicados no reparo de zonas erodidas, os quais incluem os Stellite 21, Stellite 6, e os aos IRECA (Improved Resistance Cavitation), CaviTec e tantos outros.

Antigamente, os rotores eram construdos em ao-carbono ASTM A 27, mas a partir de 1980 vm sendo substitudos por rotores fabricados em aos inoxidveis martensticos macios (11-13% Cr, 1-6%Ni), sendo o mais tradicional o CA-6NM (PEREIRA, 2000), por ser um material de maior resistncia cavitao. Este ltimo tambm empregado em compressores e bombas alm de turbinas hidrulicas. O ao COPANT 410 utilizado na fabricao de equipamentos para energia nuclear, turbinas a gs e vapor, motores a jato, na indstria do petrleo e petroqumica.

Os aos inoxidveis fundidos so classificados segundo o Alloy Casting Institute (ACI) de acordo com sua composio qumica e utilizao (Metals Handbook vol.1, 1984). A primeira letra desta especificao, indica o seu uso, para resistir corroso (C) ou a altas temperaturas (H). A segunda letra classifica nominalmente os teores de

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cromo e nquel. Com o correspondente aumento do teor de nquel, a designao alterada de A a Z. Os nmeros que seguem s duas primeiras letras indicam o mximo teor de carbono (% x 100). Por fim, os elementos de liga presentes so indicados pela primeira letra correspondente a cada elemento. Desta forma, o ao CA-6NM um ao resistente corroso do tipo 13% Cr, ligado ao nquel e molibdnio e contendo no mximo 0,06% C. Este ser o material de referncia selecionado para este trabalho.

As zonas erodidas normalmente so reparadas atravs da soldagem, sendo esta a tcnica que produz os revestimentos de maior qualidade e desempenho cavitao; no entanto, um processo dispendioso e requer mo-de-obra qualificada. Alm disso, durante a soldagem, o metal base afetado termicamente, havendo risco de distores e trincamento. Para obter o acabamento superficial desejado, recomendado corrigir as imperfeies atravs de um esmerilhamento para atingir o perfil de rugosidade que garanta o acabamento superficial adequado.

As turbinas hidrulicas, at o incio dos anos 90, eram reparadas exclusivamente por soldagem por meio de uso de eletrodos revestidos de aos inoxidveis austenticos tradicionais dos tipos ASW E-308 e ASW E-309 (BOCCANERA, 1999). Estes materiais apresentam resistncia eroso-cavitao relativamente baixa em comparao s ligas ao cobalto. Adicionalmente, revestimentos como soldados com ligas Co-Cr (Stellites), de alto teor de cobalto, so reconhecidos por sua alta resistncia cavitao, porm seu preo proibitivo na maioria dos casos, justamente por conterem cobalto. Essas ligas (Co-Cr), desde o final da dcada de 80, comearam a ser modificadas, existindo, hoje, no mercado, aos inoxidveis austenticos ligados ao Co (Fe-Cr-Mn-Co), de resistncia similar s ligas Co-Cr, mas com preos atrativos. Estas ligas so classificadas como IRECA (Improved Resistance Cavitation) e so comercialmente conhecidas pelos nomes: Cavitalloy, CaviTec e Hidroloy (RIBEIRO, 2009).

semelhana de ligas como Stellites, essa nova gerao de aos austenticos resistentes cavitao deve apresentar um teor de cromo elevado o suficiente para garantir resistncia corroso dos materiais e aumentar a dureza sem que o material seja frgil pois a fragilidade pode comprometer a resistncia cavitao. O teor de carbono deve ser baixo para evitar, especialmente, a precipitao de carbonetos de cromo e evitar surgimento de trincas a quente. O nquel poder existir em pequenas propores ou ser totalmente substitudo por elementos como

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cobalto, mangans e silcio. O elemento mangans assegura a transformabilidade (ZHENG, LUO, 2008).

Ainda com o intuito de obter novos materiais que aliem as caractersticas de resistncia cavitao a preos competitivos foram desenvolvidos aos inoxidveis isentos de cobalto. Estas novas ligas apresentam maiores teores de mangans, em substituio ao nquel, que, em conjunto com nitrognio, garantem uma estrutura austentica no revestimento como soldado, incrementando a resistncia trinca de solidificao e diminuindo energia de falha de empilhamento (EFE). Alm de aumentar significativamente a resistncia cavitao, o mangans regula a presena de martensitas e favorece a transformao de fase. A presena de silcio e cromo so importantes na liga pois favorecem de forma sensvel a diminuio da energia de falha de empilhamento. O cromo, no entanto, ferritizante, e por isso, apesar de ser benfico, no contribui para a formao de austenita (RIBEIRO, 2009). Por fim, o carbono e nitrognio atuam combinados. O carbono pode ser substitudo por nitrognio e incrementar a ductilidade e a resistncia corroso (SIMONEAU, 1987).

Neste contexto, vale apresentar a Tabela 1 com a composio de algumas ligas comerciais resistentes cavitao publicadas por alguns autores (BARRA, 1998; BOY, 1997; HART, 2005; SIMONEAU, 1986).

Tabela 1 Composio qumica de ligas comerciais resistentes cavitao Elemento Material C N Cr Mn Si Co Fe Ni Mo Cu

IRECA1,2 0,30 0,10 17,0 10,0 3,0 10,0 59,6 - - -

Cavitec3 0,20 0,20 17,0 10,0 3,0 9,0 60,6 - - -

CA-6NM1 0,04 - 13,0 0,5 0,5 - 81,3 4,0 0,7 -

Cavitalloy4 0,21 0,37 18,7 9,6 1,6 11,6 NI 0,16 - 0,4

Stellite 61 1,10 - 28,0 0,5 0,3 70,1 - - - -

Stellite 211 0,25 - 28,0 0,5 0,3 63,0 - 3,0 5,0 - NI No indicado; 1 Simoneau, 1986; 2 Boy et al, 1997; 3 Hart, 2005; 4 Will, 2008.

A resistncia fadiga destas ligas citada como o principal mecanismo que reduz a remoo do material durante a cavitao. A remoo de material inicia nas bandas de deslizamento e contornos de gro, desenvolvendo-se um estado avanado de eroso nestas regies

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por fadiga. A taxa de eroso de alguns materiais apresentada na Figura 2.

Figura 2 Taxa de eroso por cavitao (perda de massa) de ligas comerciais obtidas pelo mtodo ultrassnico conforme a norma ASTM G 32 (RIBEIRO, 2007).

Nos materiais macios, a degradao da superfcie manifesta-se atravs da eroso das zonas encruadas. A formao de microtrincas, em qualquer revestimento, leva perda acelerada de material atravs do desgaste erosivo, identificando-se dois mecanismos importantes:

degradao atravs de fadiga; degradao por superao da resistncia ao cisalhamento.

Os materiais que apresentam baixa energia de falha de empilhamento, tm facilidade de sofrer encruamento. O encruamento, por sua vez, em um grupo de materiais, aumenta o perodo de incubao e minimiza a eroso.

No trabalho de HART (2005), o autor estabeleceu uma relao entre a taxa de eroso, o endurecimento induzido e a transformao martenstica. As Figuras 3, 4 e 5 apresentam os resultados obtidos pelo autor. Fica evidente que, quanto maior a transformao martenstica, maior a dureza superficial do material e menor a taxa erosiva para os materiais estudados.

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Figura 3 Percentual de transformao martenstica de ligas comerciais (HART, 2005).

Figura 4 Microdureza superficial de ligas comerciais (HART, 2005).

Figura 5 Taxa de eroso em mm/ano de ligas comerciais (HART, 2005).

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No trabalho de Procopiak et al (2000) foram realizados testes com o Stellite 21 e Hidroloy 914 ficando evidente que a resistncia cavitao no est relacionada com a dureza, j que em diferentes tratamentos superficiais em materiais de dureza similar, a resistncia cavitao encontrada foi diferente.

conhecido que a microestrutura metaestvel austentica (CFC), materiais com baixa energia de falha de empilhamento (EFE) e refinamento microestrutural normalmente apresentam melhor desempenho cavitao. Devido ao deslizamento planar durante o processo de cavitao, a formao de maclas finas (encruamento do material) e a formao de martensitas (CCC) e (HC) favorecem a resistncia eroso por cavitao; o impacto do fluido contra a superfcie metlica provoca deformao e transformao de fase. Quanto maior for o tempo para que ocorra esta transformao, maior o tempo de incubao e melhor a resistncia cavitao (RIBEIRO, 2007).

Simoneau (1996) comparou duas ligas IRECA (Improved Resistance Cavitation) fundidas contra fundidas e refundidas a laser e mostrou que o refinamento microestrutural apresenta um favorecimento incomparvel (300%) na resistncia eroso por cavitao daquele material refundido.

As tenses necessrias para dar incio fratura so identificadas aps a transformao de fase nos aos inoxidveis ligados ao cobalto, nas prprias ligas de cobalto, nos aos Hadfield e nas ligas Cromo-Mangans.

3.3 Conceitos relacionados corroso Os metais so extrados dos minrios e transformados pela

siderurgia e metalurgia em componentes teis para nossas vidas. No entanto, corroem, pois essa a tendncia termodinmica: os metais assumem o estado de menor energia e utilizam a mesma quantidade de energia para voltar forma de minrio (JONES, 1996).

Segundo Wolynec (2003), os tipos de corroso podem ser reunidos em quatro grupos, a saber:

a) corroso em meios aquosos (90%); b) oxidao e corroso a quente (8%); c) corroso em meios orgnicos (1,8%); d) corroso em metais lquidos (0,2%).

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A corroso em meios aquosos , notadamente, a mais expressiva. A maioria dos fenmenos ocorre no ambiente onde a gua o principal solvente.

A corroso tem sido definida de diversas maneiras, algumas vezes enfocando suas peculiaridades, outras se referindo somente a alguns tipos especficos de materiais, ou simplesmente associando o fenmeno inutilizao de componentes e materiais. A melhor definio para corroso seria a seguinte: a transformao de um material pela sua interao qumica ou eletroqumica com o meio em que se encontra (PANOSSIAN, 1993).

Alguns estudos realizados nos Estados Unidos quantificaram a perda anual com a corroso. Em 1976, esse valor foi estimado em 70 bilhes de dlares americanos. Em 1982, esse nmero foi mencionado pelo Departamento de Comrcio nos EUA em 126 bilhes (JONES, 1996).

Em 1970, a comisso T. P. Hoar, no Reino Unido, determinou que o custo de corroso anual de um pas industrializado, de aproximadamente 3,5% do seu produto nacional bruto (PNB). O custo da corroso anual do Brasil nesta mesma fase foi da ordem de 4 bilhes de dlares (RAMANATHAN, 1988).

Um estudo realizado no setor eltrico brasileiro, no permitiu estimar perdas econmicas causadas pela corroso, mas, sem dvida, os valores no devem ser baixos. Em equipamentos e estruturas inspecionados pelo IPT Instituto de Pesquisas Tecnolgicas do Estado de So Paulo, encontraram-se vrios casos de corroso que poderiam ter sido minimizados ou at evitados com medidas preventivas simples (PANOSSIAN, 1993).

Muito mais que prejuzos financeiros, a corroso tem importncia social quando representa riscos de segurana. Voltando-se ao setor eltrico pode-se citar alguns exemplos de acidentes com consequncias catastrficas: acidentes com luvas de chumbo utilizadas para acomodar a interligao de cabos subterrneos, queda de torres de transmisso devido corroso das bases e exploses atribudas ao no-funcionamento do mecanismo de acionamento e desligamento de disjuntores (PANOSSIAN, 1993). Valores prximos de 30 bilhes de dlares poderiam ser poupados, anualmente, se fossem tomadas medidas de preveno adequadas (JONES, 1996; GENTIL, 1993).

3.3.1 Metais passivveis A oxidao fortemente associada destruio, degradao e

perdas. importante ressaltar que, em alguns casos, esse processo

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desejvel e necessrio. Metais como ao inoxidvel, cobre, alumnio, titnio, cromo, cobalto, nquel tm a capacidade de formar xidos finos, aderentes, uniformes e contnuos sobre a superfcie metlica. Esses xidos agem como barreiras inibindo a ao nociva do meio na superfcie metlica. Devido a esta propriedade, que estes metais so chamados de metais passivveis.

O ao inoxidvel COPANT 304 sofre passivao no ambiente (aerado), no entanto, torna-se ativo em meios agressivos, tais como em meios salinos desaerados. Outro metal conhecido que pode ser citado o cromo. Devido sua fragilidade, o cromo no aplicado como metal puro, mas pode ser inserido como um elemento de liga para aumentar a resistncia corroso dos filmes de xidos formados sobre a superfcie de aos (JONES, 1996).

Vale lembrar que estes filmes de xidos so, em geral, muito finos e frgeis, e o rompimento destes filmes pode desencadear processos de corroso inesperados e de efeitos imprevisveis.

3.3.2 Potencial de eletrodo e dupla camada eltrica Pode-se imaginar um metal imerso em um eletrlito que no

contenha ons do metal. Se esse eletrlito for gua, alguns tomos do metal passam para a soluo na forma de ons metlicos e so envolvidos pelas molculas de gua (solvatados). No metal, devido ao fato de alguns tomos passarem para o eletrlito e os eltrons permanecerem no metal, este fica carregado negativamente.

No eletrlito, os ons solvatados que no esto totalmente neutralizados pelos ligantes so atrados ao metal devido ao campo eletrosttico. Junto do metal h, ento, uma concentrao de ons solvatados (ons ligados com molculas de gua). O plano que passa pelo centro destes ons chamado de plano de Helmholtz externo e, o sistema assim formado chamado de dupla camada eltrica.

A Figura 6 apresenta um desenho esquemtico com a representao da dupla camada eltrica.

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Figura 6 Representao esquemtica da dupla camada eltrica (http://www.meiofiltrante.com.br).

A partir do plano de Helmholtz externo, a concentrao dos ons solvatados vai diminuindo devido distncia cada vez maior do metal. Deste plano at o seio da soluo, onde a distribuio dos ons solvatados aleatria, existe uma camada difusa chamada de dupla camada de Gouy-Chapman. Dentro da dupla camada eltrica, os ons no-solvatados ou parcialmente solvatados podem ainda adsorver na

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superfcie metlica. Esta adsoro depende geralmente da natureza do adsorvente e, por esta razo chamada de adsoro especfica. O plano que passa pelo centro dos ons especificamente adsorvidos chamado de plano de Helmholtz interno. Os ons metlicos vo passando do metal para a soluo at que o campo criado na dupla camada eltrica impea a sada de mais ons. Quando isso ocorre, forma-se a dupla camada eltrica e estabelece-se o equilbrio dinmico no qual o nmero de ons que passa do metal ao eletrlito exatamente igual ao nmero de ons que passa do eletrlito para o metal.

Uma vez estabelecido o equilbrio dinmico com a formao da dupla camada eltrica, vai existir uma diferena de potencial entre o metal e o seio do eletrlito. A esta diferena d-se o nome de potencial de eletrodo.

Essa medida no pode ser realizada na prtica, pois para tal seria necessrio um eletrodo padro de hidrognio. Assim, para mensurar o potencial de eletrodo, utiliza-se o recurso de um eletrodo de referncia.

3.3.3 Equao de Nerst No momento em que foi definida a dupla camada eltrica, foi

considerado que a soluo no continha inicialmente ons metlicos. Considerando agora que uma soluo que j continha ons metlicos e medindo-se o potencial de eletrodo, observa-se que o potencial varia com a variao da concentrao dos ons metlicos e com a temperatura da soluo.

A energia livre de uma soluo dada pela seguinte expresso: [ ][ ]RPRTGG ln0 +=

Onde: G0 = a diferena da energia livre padro T = temperatura em kelvin R = constante universal dos gases = 8,314 J/mol.K P = atividade dos produtos R = atividade dos reagentes

Assumindo que G = -zFEe

Onde: z =carga do on

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F = constante de Faraday = 96,494 KC/mol E = potencial de equilbrio

Por substituio, verifica-se que: [ ]

[ ]agentesodutos

ZFRTEE e Re

Prln+=

[ ][ ]MezMe

ea

a

ZFRTEE

z

ealn ++=+

Onde: aMe = 1 ae = 1

Tem-se:

[ ]++= zMee aZFRTEE ln

(1)

3.3.4 Polarizao de eletrodo e equao de Tafel Quando um eletrodo metlico est em equilbrio, forma-se, na

interface do metal/eletrlito uma dupla camada eltrica onde as reaes no sentido de oxidao (dissoluo andica) e de reduo (deposio catdica) ocorrem em iguais velocidades. Como as reaes envolvem cargas eltricas, as reaes podem ser medidas em termos de densidades de corrente eltrica, definida como:

Adtdqi ==

Onde: = velocidade de uma reao dq = quantidade de carga eltrica consumida dt = tempo necessrio para consumir uma quantidade de carga

eltrica A = rea da superfcie onde ocorre a reao

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No equilbrio, as densidades de corrente andica e catdica so iguais, portanto i chamado, neste caso, de densidade de corrente de troca. Ainda nas condies de equilbrio, atravs da dupla camada eltrica, estabelece-se um potencial de equilbrio que caracteriza a reao em um dado momento. Se este potencial for alterado por algum motivo, por exemplo, imposio de um potencial externo, diz-se que o eletrodo sofreu polarizao. A extenso da polarizao, medida com relao ao potencial de equilbrio, chamada de sobretenso e expressa por .

= E - Ee (2)

O resultado de positivo resulta em uma polarizao andica e se for negativo uma polarizao catdica.

Quando um eletrodo metlico polarizado, as condies de equilbrio no so mais mantidas. Se a polarizao for andica, o potencial do metal se tornar mais nobre, e ento criam-se condies para remoo dos eltrons; se a polarizao for catdica, o potencial do metal torna-se menos nobre e tem-se um suprimento de eltrons na reao, o que favorecer a deposio catdica.

Independentemente da polarizao ocorrer no sentido andico ou catdico, a equao geral da cintica do eletrodo correlaciona a densidade de corrente resultante i com a sobretenso aplicada. Neste texto, a equao ser apresentada de forma simplificada j assumindo valores de sobretenso superiores a a = 0,03V, onde um dos termos desprezvel.

RTazFiia

)(exp0

= (3)

Onde = coeficiente de transferncia.

A equao pode ser reescrita de outras duas formas:

0

logiib aaa = (4)

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e

ZFRTba

303,2= (5)

Onde: ba = declive de Tafel andico

A mesma lgica de deduo pode ser aplicada para deduzir a equao abaixo:

0

logiib ccc = (6)

e

ZFRTbc )1(

303,2

= (7)

Onde: bc = declive de Tafel catdico

As equaes (4) e (6) so formalmente semelhantes e podem ser representadas de uma nica maneira:

0

logiib= (8)

A equao (8) trata da equao de Tafel.

Na representao da equao (8) pode-se avaliar a influncia da densidade de corrente de troca: quanto maior o valor de i0, menor ser a sobretenso para uma dada corrente i.

3.3.5 Ensaios eletroqumicos curvas de polarizao Os diagramas de potencial de eletrodo (E) versus densidade de

corrente (i) apresentam a influncia da polarizao sobre a densidade de corrente. As curvas que se obtm so as chamadas curvas de polarizao.

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A equao de Tafel logartmica em sua natureza, portanto, uma das maneiras mais convenientes de apresentar as curvas de polarizao num diagrama de E versus log |i|. Nestes diagramas, a parte da curva em que vlida a equao de Tafel reta. Alm disso, aparecem no diagrama todos os coeficientes da equao: os declives de Tafel so os declives das retas, enquanto a densidade de corrente de troca i0 o intercepto das retas com o eixo de log |i| passando pelo potencial de equilbrio Ee. Convm lembrar que a equao de Tafel s vlida para sobretenses maiores que 0,03 V em valor absoluto. Para valores inferiores, somente a equao geral da cintica de eletrodo poder ser utilizada.

A Figura 7 apresenta a curva de polarizao andica e catdica num diagrama logartmico.

Figura 7 Curvas de polarizao andica (ia) e catdica (ic) num diagrama logartmico. Ee = potencial de equilbrio; i0=densidade de corrente de troca (WOLYNEC, 2003).

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3.3.6 Diagramas de potencial x pH Atravs da equao de Nerst percebe-se que o potencial de

eletrodo diferente do potencial padro e que, o prprio potencial de eletrodo depende da concentrao dos ons na soluo.

O potencial de corroso um parmetro determinado em laboratrio, mas a teoria pode predizer o potencial na qual a condio de corroso ocorrer. Este conceito foi introduzido por Marcel Pourbaix atravs de diagramas de potencial versus pH.

Um metal suscetvel a corroso quando a concentrao dos ons na soluo maior que 10-6 mols/L.

Se a concentrao dos ons no exceder este valor, ento o metal estar imune corroso.

Pode-se assumir ainda que, durante as reaes de corroso, as espcies inicas entram na soluo atravs das espcies solveis, mas nem sempre isso ocorre. Muitos produtos de corroso, xidos por exemplo, so insolveis e, alguns deles, formam filmes que previnem o contato direto do eletrlito com o metal, causando reduo nas taxas de corroso. Esta condio chamada de passividade, mencionada anteriormente.

Ento, Marcel Pourbaix reuniu em diagramas a dependncia do potencial em funo do pH para cada metal relacionando as regies de imunidade, corroso e passividade (TRETHEWEY, 1988).

A Figura 8 apresenta o diagrama de equilbrio do sistema ferro/gua a 25C; concentrao de equilbrio das espcies dissolvidas igual a 10-6 mols/L.

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pH Figura 8 Diagrama simplificado de potencial e pH do sistema

ferro/gua a 25C. (www.substech.com)

3.4 Cavitao-corroso Alguns fatores influenciam na produo de avarias por

cavitao-corroso (PANOSSIAN, 1993; RAMANATHAN, 1988), a saber: concentrao de ar: as pequenas bolhas de ar dispersas em suspenso

so estabilizadas por pequenas quantidades de contaminantes que afetam a tenso superficial do fluido. Essas bolhas facilitam a cavitao, pois constituem pontos fracos que diminuem a tenso de coeso do lquido;

temperatura do fluido: a temperatura do fluido influencia a cavitao de uma maneira complexa. Na gua, o dano por cavitao aumenta com a temperatura at 50oC e esta influncia tem sido atribuda ao

Imunidade

Corroso

Corroso Passividade

Corroso

Passividade

E (V

)

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colapso mais forte das cavidades. Acima de 50oC, as avarias diminuem;

natureza do fluido: constatou-se que a extenso do ataque por cavitao em lquidos no-inicos, tais como tolueno, menor que em gua, e isto tem sido atribudo maior presso de vapor e a baixa condutividade. gua do mar e salmoura produzem sobre o ao um ataque mais intenso do que a gua destilada;

inibidores: o uso de inibidores de corroso em sistemas fechados reduz as danificaes por cavitao;

presso do lquido: o aumento da presso do lquido diminui a tendncia cavitao, sendo uma das razes a dissoluo das bolhas de ar dispersas, que facilitam a formao de cavidades (PANOSSIAN, 1993);

material: a relao entre resistncia eroso por cavitao e propriedades mecnicas, tais como dureza, compressibilidade ao choque, resistncia trao, energia de deformao e resilincia, vlida para um grupo de materiais. Assim, verifica-se forte aumento da resistncia eroso por cavitao com o aumento da dureza, confirmando que, para materiais de mesma estrutura cristalina, essa propriedade mantm uma relao direta com a resistncia cavitao (HME,1991; RAO, 1987; RIBEIRO, 2007).

A Figura 9 apresenta um esquema das etapas de um processo de ataque por cavitao-corroso (RAMANATHAN, 1988).

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Figura 9 Representao esquemtica das etapas de um processo de ataque por cavitao-corroso (adaptado RAMANATHAN, 1988).

As etapas do processo de cavitao-corroso apresentadas na Figura 9 esto, descritas a seguir:

Etapa 1: metal passivado submetido ao fluido em movimento com regies de baixas presses onde h formao de bolhas;

Etapa 2: colapso das bolhas junto parede metlica e consequente rompimento da pelcula passiva protetora do metal;

Etapa 3: reconstituio da pelcula passiva; Etapa 4: formao de novas bolhas nas regies de baixas

presses; Etapa 5: imploso das bolhas nas regies suscetveis

alterao de presso durante o fluxo contra a parede metlica, rompimento da pelcula passiva e aumento do dano provocado;

xido

bolha

ETAPA 1 ETAPA 2

ETAPA 4

colapso da bolha

Metal

ETAPA 5 ETAPA 6

ETAPA 3

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Etapa 6: observa-se a avaria produzida pelas sucessivas imploses das bolhas contra a parede metlica por conseqncia da ao mecnica e remoo do filme passivo.

Os mecanismos de cavitao-eroso so comumente estudados em laboratrio em condies pouco agressivas como gua destilada. Entretanto, publicaes recentes (GARCA-GARCA, 2006; GARZN, 2008; MENG, 2007; ZHENG, LUO, 2008; ZHENG, YAO, 2008) mostram que, componentes como vlvulas e bombas podem ser usados em meios condutores e agressivos. As publicaes citam ensaios conduzidos em meios de gua do mar sinttica (mistura de diversos sais conforme norma ASTM D1141) e, outros meios contendo cloreto de sdio (NaCl), brometo de ltio (LiBr), sulfato do sdio (Na2SO4), bicarbonato de sdio (NaHCO3) e cido clordrico (HCl). Neste contexto, cabe destacar que Zheng and Luo et al (2008) estudaram um ao inoxidvel CrMnB depositado por solda comparado com um ao inoxidvel 0Cr13Ni6Mo, aplicados em hidroturbinas na China e encontraram resultados de corroso-eroso muito superiores ao material de referncia ao inoxidvel 0Cr13Ni6Mo para meios neutros (0,5M NaCl) e resultados significativamente piores para meios cidos (0,5M de HCl).

Garzn et al (2005) enriqueceram ao inoxidvel duplex com nitrognio em alta temperatura justamente com o intuito de aproveitar a resistncia corroso-eroso (cavitao) comparada aos aos austenticos sem nitrognio e ao baixo custo destas ligas quando comparadas com ligas ao cobalto. Neste estudo avaliaram o dimetro mdio dos gros, tempo de incubao e taxa de perda de massa e concluram que, em todos os casos, o ao inoxidvel duplex (22,5Cr-5,4Ni-3,0Mo-1,1N)wt% enriquecido com nitrognio em alta temperatura apresentou-se mais resistente ao fenmeno de cavitao-corroso em meio de gua do mar sinttica.

Em geral, os aos inoxidveis formam filmes passivos. A passividade um fator determinante na capacidade dos metais em aumentarem sua resistncia corroso. Os impactos localizados gerados pelos colapsos na cavitao so suficientemente fortes para romper o filme passivo. A cavitao provoca mudanas no meio e, consequentemente, um aumento da taxa de difuso dos gases dissolvidos e das espcies reativas. Essas alteraes no meio podem aumentar ou reduzir a taxa de corroso. Os resultados de desempenho so dependentes da interao da interface metal/eletrlito (GARCA-GARCA, 2006). Em um trabalho recente, Garca-Garca et al (2008)

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estudaram a influncia da cavitao no comportamento passivo do ao inoxidvel duplex, na forma de metal base de adio e como soldados. O foco do estudo estava voltado para componentes suscetveis a cavitao em sistemas de refrigerao. Neste caso especfico, o trabalho foi conduzido em solues de LiBr na presena de inibidores (cromato). Estes ons favorecem a formao do filme passivo, no entanto, concluiu-se que sob condies dinmicas o filme modificado pela imploso das bolhas (cavitao). Existe, na verdade, uma reduo da espessura da camada de difuso e a cintica eletroqumica das reaes que ir controlar o processo de formao do filme passivo atravs da transferncia de massa nas condies de cavitao.

Os chineses Zheng et al (2008) apresentaram trabalho comparando um ao inoxidvel CrMnB ao ao tambm inoxidvel 0Cr13Ni5Mo em meio neutro de NaCl e em meio cido de HCl. O ao inoxidvel CrMnB cujo desempenho do ponto de vista da cavitao-corroso foi classificado como excelente em meios neutros, quando submetido ao meio cido apresentou dissoluo eletroqumica, a formao de martensita foi retardada devido aos efeitos causados pelo hidrognio (H2) e a perda de massa foi acelerada no caminho das trincas devido fragilizao por hidrognio.

Jiang at al (2006) pesquisaram o comportamento de um ao baixa liga 20SiMn em meios de Na2SO4 e NaHCO3 com o intuito de reproduzir os efeitos dos ons SO42- e do HCO3- encontrados em concentraes variadas em muitos rios localizados na China. Vale ressaltar que as taxas de corroso-eroso obtidas para o meio de NaHCO3 so superiores quelas obtidas nos meios de Na2SO4 e NaCl nas mesmas concentraes. As comparaes entre NaCl e Na2SO4 tm dependncia da concentrao da soluo utilizada, podendo apresentar resultados diferentes.

Alguns autores (GARCA-GARCA, 2006; JIANG, 2006; LPEZ, 2007; SOUZA, 2007; STACK, 2008; ZHENG, YU, 2008) preocuparam-se em investigar a interao dos fenmenos da cavitao e corroso. Foi o grupo de pesquisa do departamento de Engenharia Metalrgica e Materiais da Universidade de So Paulo (LPEZ, 2006) que apresentou em seu trabalho uma relao das densidades de corrente desenvolvidas nos aos COPANT 304 e COPANT 410 enriquecidos com nitrognio e com os mesmos materiais sem o revestimento. Estes materiais foram testados em condies estticas e sob eroso. A sinergia entre a corroso e a cavitao foi apresentada atravs da relao das diferenas das densidades de corrente nas condies estticas e dinmicas para a amostra nitretada (numerador) e para a amostra no-

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nitretada usada como referncia (denominador). No ao COPANT 304 nitretado percebeu-se uma reduo de 2% da ocorrncia dos fenmenos de eroso-corroso. J no ao martenstico COPANT 410, os autores observaram uma reduo de 17% no sinergismo entre eroso e corroso.

3.5 Ensaios laboratoriais de cavitao-corroso A avaliao da resistncia cavitao-corroso em laboratrio

feita atravs de equipamentos que permitem acelerar o ensaio. Os recursos dos ensaios laboratoriais produzem um nvel controlado e acelerado que permite o estudo do fenmeno em tempos curtos. Alm disso, os ensaios laboratoriais so mais flexveis, mais econmicos e atravs deles possvel estudar os mecanismos evitando interrupes no processo.

O ensaio de cavitao pode ser realizado por mtodo direto ou indireto. Para realizao do primeiro mtodo, os corpos-de-prova devem ser extrados por usinagem com bom padro de acabamento superficial sem alterar as propriedades mecnicas do material. J no mtodo indireto, os corpos-de-prova so extrados na forma de chapas, tornando mais simples e de fcil operacionalidade quando comparado ao mtodo direto.

As condies do ensaio, conforme j citado anteriormente, modificam a severidade do testes, por exemplo: a temperatura do ensaio, o fluido, a presso no ambiente do ensaio e, por fim, o mtodo: direto ou indireto. O mtodo direto apresenta-se 40% mais severo em relao ao mtodo indireto (BARRA, 1998).

A ttulo de exemplo, a Figura 10 apresenta um esquema do equipamento para o ensaio de cavitao em escala laboratorial pelo mtodo direto.

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Figura 10 Esquema do equipamento ultra-snico vibratrio para realizao de ensaios de eroso-cavitao pelo mtodo direto (adaptado PUKASIEWICZ, 2006b).

As avaliaes do comportamento eletroqumico so realizadas, acoplando-se ao equipamento ultra-snico vibratrio, uma clula eletroqumica e um potenciostato. Neste trabalho o comportamento eletroqumico foi verificado atravs de curvas de polarizao.

importante ressaltar que no possvel estabelecer quaisquer correlaes quantitativas entre ensaios acelerados de corroso ou ensaios mecnicos de eroso-cavitao com as condies reais de uso ou mesmo entre ensaios. Este fato deve-se complexidade dos fenmenos envolvidos e s condies especficas com que os ensaios so conduzidos no laboratrio (temperatura, presso, concentrao e natureza do meio, velocidade de fluxo, oxigenao do meio e outros), diferentes daquelas condies de aplicao. Os ensaios acelerados so teis para comparar os desempenhos qualitativos: o material que mostrar um melhor desempenho no ensaio acelerado, ter um resultado superior em campo.

Meio

Sada de gua do regulador de temperatura

Entrada de gua a 22 1oC

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4. MATERIAIS E MTODOS 4.1 Seleo e aplicao do revestimento

Foi selecionado um arame comercial Cavitalloy N28-G lote 1577211 da marca Weldalloys aplicado por processo de soldagem MIG (Metal Inert Gs) pulsado como revestimento de reparo para regies suscetveis ao processo cavitativo. Este material foi escolhido por ser comercialmente conhecido, compor a famlia das ligas IRECA (Improved Resistance Cavitation) e por estar prontamente disponvel no LabSolda da UFSC.

Para a confeco dos corpos-de-prova, a aplicao do revestimento foi realizada atravs de uma fonte de energia transistorizada multiprocessos da marca IMC modelo Digitec 450. Um sistema de deslocamento e posicionamento acionado por servomotor da marca IMC modelo Tartlope V1 permitiu obter, de forma controlada, o deslocamento da pistola de soldagem ou do corpo-de-prova com velocidades de 1 cm/min a 100 cm/min e resoluo de 0,1 cm/min. O sistema de aquisio de sinais de soldagem (corrente e tenso) foi empregado mediante placa de aquisio embutida na fonte da marca IMC modelo Interdata.

A bancada de solda est apresentada na Figura 11 e os parmetros de soldagem foram:

Modo: corrente Parmetro: sinrgico Temperatura: no-trmico Velocidade de soldagem: 30 cm/min Corrente: 160 A Tenso do arco: 30 V

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Figura 11 Bancada de solda do Labsolda EMC da UFSC.

O gs de proteo para o processo de soldagem foi 92% argnio e 8% CO2 da marca White Martins Star Premium ONU 1956.

O substrato consistiu numa chapa de ao-carbono COPANT 1020 nas dimenses aproximadas de 160 mm x 210 mm com espessura de aproximadamente 15 mm. Sobre o substrato de ao comum foram depositadas trs camadas de amanteigamento com o consumvel ASW 5.9 ER309LSi na forma de arame macio e duas camadas do revestimento como soldado Cavitalloy propriamente dito.

O aspecto da chapa com o revestimento Cavitalloy aplicado por soldagem e esmerilhado, anterior a confeco dos corpos-de-prova est apresentada na Figura 12.

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Figura 12 Aspecto visual da chapa de ao-carbono COPANT 1020 com trs passes de solda de ao ASW 5.9 ER309LSi (para amanteigamento) e duas camadas posteriores do revestimento como soldado Cavitalloy.

4.2 Seleo do material de referncia O material de referncia selecionado foi um ao martenstico

macio atualmente muito empregado na fabricao de turbinas hidrulicas em regies suscetveis cavitao o ao liga CA-6NM (ou ASTM 743-93) com composio 13% Cr, 4% Ni e C 0,06%.

4.3 Confeco dos corpos-de-prova para ensaios de corroso e cavitao-corroso

4.3.1 Chapa de ao-carbono revestida por processo de soldagem

Os corpos-de-prova foram confeccionados a partir da especificao conforme a norma ASTM G32:2009. A Figura 13 apresenta o desenho esquemtico do corpo-de-prova com as respectivas medidas.

A rosca interna dos corpos-de-prova foi feita anteriormente ao processo de usinagem. Atravs do processo de eletroeroso a fio foram extrados cilindros a partir da chapa de ao-carbono revestida, conforme apresentado na Figura 14.

210 mm

160

mm

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Figura 13 Desenho esquemtico do corpo-de-prova para ensaio de cavitao (adaptado: BARRA, 1998).

Figura 14 Desenho da chapa soldada com o objetivo de efetuar o corte dos corpos-de-prova por eletroeroso a fio.

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A sequncia de passos do processo de confeco das ponteiras (corpos-de-prova) est demonstrada na Figura 15.

(a) fresa marca First modelo LC 1 VS

(b) retfica plana marca Ferdimat Modelo T42Ano 1990.

(c) aspecto da chapa fresada e retificada.

(d) eletroeroso a fio marca Fanvc Robocut -01 CB. (e) eletroeroso a fio marca Fanuc Robocut -oiB. Figura 15 Sequncia de passos para confeco dos corpos-de-prova a partir da chapa com

revestimento aplicado por soldagem (a) fresa para executar os furos e roscas; (b) retfica para planificar a superfcie; (c) chapa fresada e retificada; (d) e (e) eletroeroso para seccionar as ponteiras a partir da chapa.

4.3.2 Chapa de ao CA-6NM A chapa de ao CA-6NM, conforme recebida, tem um histrico

de tratamento trmico: tmpera, revenimento a 590oC e resfriamento ao ar.

Os corpos-de-prova (ponteiras para cavitao) foram extrados atravs de processo de usinagem convencional. Antes do processo de usinagem foi necessrio recozer a chapa de ao CA-6NM a 850oC por aproximadamente 3,5 horas com o intuito de reduzir a dureza e facilitar o processo de usinagem.

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4.4 Preparao superficial Os corpos-de-prova foram lixados com lixa dgua nas

granulometrias 240, 320, 400, 600 e 1000 e polidos com pasta de diamante 0,25 m.

4.5 Limpeza e desengraxe Os corpos-de-prova foram desengraxados em lcool etlico

absoluto em equipamento ultrassnico marca Bandelin Eletronic modelo RK 510 srie: 327099098 por 5 minutos. Posteriormente, foram limpos novamente em gua deionizada com condutividade medida inferior a 2 S/cm. Em seguida, lavados com lcool etlico absoluto, secos em soprador trmico com ar morno e imediatamente inseridos na clula eletroqumica.

4.6 Ensaio eletroqumico de corroso A concentrao de 3,5% NaCl a concentrao mais corrosiva e

se aproxima da concentrao de sal contida na gua do mar. A verificao de desempenho foi realizada em ensaios eletroqumicos de corroso atravs de curvas potenciodinmicas em meio de NaCl 3,5% em condies estticas e dinmicas. Considerou-se como condies estticas aqueles ensaios puramente eletroqumicos e como condies dinmicas os ensaios de corroso conduzidos simultaneamente cavitao. A rea exposta para o ensaio esttico e dinmico sempre foi idntica e igual a 1,98 cm2.

4.6.1 Meio salino A soluo salina foi preparada com reagente de pureza analtica

da marca Merck lote K38584804 (fabricao: 12/03/08; validade: 31/03/13). A condutividade mxima da gua utilizada na soluo de NaCl foi medida em 1,613 S/cm. O pH da soluo foi medido entre 6,5 e 7,2.

4.6.2 Curvas potenciodinmicas Nos ensaios de verificao de desempenho dos materiais que

exigem resistncia eroso por cavitao comum esperar-se que sejam reportadas perdas de massa destes materiais ao longo do ensaio de cavitao. Neste trabalho, no entanto, por se estar conduzindo o ensaio de corroso concomitantemente ao de cavitao, as perdas de massa no puderam ser executadas sob pena de prejuzo no ensaio eletroqumico. Alm disso, o ensaio de cavitao conduzido em gua destilada, por ser

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muito menos agressivo, permite evidenciar as etapas da cavitao: incubao, acelerao, mxima taxa erosiva, atenuao e estacionamento. Possivelmente estas etapas no seriam claramente reveladas devido a agressividade do meio e o tempo significativamente menor de exposio cavitao. Finalmente, os materiais envolvidos neste estudo (ao CA-6NM e revestimento como soldado Cavitalloy) tm elevado teor de cromo, permitindo a formao de camada passiva. Metais passivveis sofrem corroso localizada. As medidas de perda de massa so muito teis para metais que corroem de forma generalizada. Desta forma, a maneira adequada encontrada para mensurar resistncia corroso dos materiais envolvidos neste trabalho foi a medida da densidade de corrente de corroso.

Tendo em vista que o pH da soluo est na faixa de pH neutro e que os materiais envolvidos neste trabalho so ligas ferrosas utilizou-se o diagrama de Pourbaix (diagrama pH x potencial) para selecionar a faixa de potencial para conduo das curvas potenciodinmicas.

Para seleo da velocidade de varredura, foram observados os dados da literatura de autores que conduziram trabalhos similares (LPEZ, 2007; STACK, 2008, ZHENG, 2008(b)). Alm disso, foi levado em conta o fato de que a velocidade de varredura deve ser um valor baixo que permita a observao dos fenmenos sem, no entanto, gerar excessivos rudos que possam prejudicar a interpretao.

O volume de soluo segue a exigncia da norma que regulamenta os ensaios de cavitao (ASTM G32:2009).

A rea exposta de cada corpo-de-prova foi definida com base na regio plana das ponteiras. A rea imersa correspondente regio lateral dos corpos-de-prova foi protegida com esmalte e, adicionalmente, com cola araldite (quando possvel).

Finalmente, as curvas potenciodinmicas foram levantadas sob as seguintes condies:

Velocidade de varredura: 1,0 mV/s; Volume de soluo: 750 mL; Potencial inicial: -1600 mV; Potencial final: +1600 mV; rea exposta dos corpos-de-prova: 1,98 cm2; Contra-eletrodo: platina; Eletrodo de referncia: eletrodo calomelano saturado

(ECS) inserido no capilar de Luggin; pH = 6,5 a 7,2.

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As curvas de polarizao foram conduzidas em triplicata. Cada corpo-de-prova foi mantido imerso por exatamente 1 (uma) hora com o objetivo de restaurar o equilbrio do sistema antes de iniciar os ensaios de corroso e cavitao-corroso. O ensaio foi conduzido em condio no-desaerada.

Nas situaes em que o ensaio de cavitao foi conduzido simultaneamente ao de corroso, a cavitao foi acionada manualmente passada uma hora de imerso da ponteira na clula eletroqumica e simultaneamente ao incio do ensaio eletroqumico. O tempo total de durao do ensaio para varrer de -1,6V a +1,6V na velocidade de 1 mV/s foi calculculado em 3200 segundos (53 minutos).

4.7 Ensaio de cavitao-corroso O ensaio de cavitao foi executado em um equipamento

ultrasnico vibratrio marca KLN System modelo 587 e baseado nas especificaes da norma ASTM G32:2009 Standard Test Method for Cavitation Erosion Using Vibratory Apparatus mtodo direto.

O equipamento consiste em um transdutor piezoeltrico que provoca vibrao da ponteira na freqncia de 20 0,2 kHz. O corpo-de-prova foi confeccionado no material a ser testado. A Figura 16 apresenta um esquema da montagem do dispositivo de ensaio.

Figura 16 Desenho do dispositivo de ensaio de cavitao acelerada mtodo direto (adaptado de BARRA, 1998).

O ensaio foi conduzido em um fluido que aproximasse s condies reais de aplicao, por isso selecionou-se uma soluo de

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NaCl 3,5%. A temperatura inicial foi controlada em 22C 1C, no entanto, devido agressividade do meio de ensaio (NaCl), foi inserido um recipiente dentro da cuba metlica. Sendo assim, acredita-se que houve um prejuzo na eficincia da transferncia de calor e, por este motivo, no pode ser mantida constante a faixa de temperatura, mesmo com o criostato acoplado. Houve aumento da temperatura at o final do ensaio, sendo a temperatura mxima medida de 32C. A variao da temperatura foi observada idntica para todos os ensaios em ambos os materiais. O item 9.2.2 da norma ASTM G 32:2009 reporta que as taxas de eroso so alteradas a partir de temperaturas equivalentes metade da temperatura entre o ponto de ebulio e de congelamento do fluido. H, portanto, um acrscimo de 1 a 2% da taxa de eroso a cada 1oC de elevao da temperatura a partir do valor normalizado. A ttulo de exemplo, para gua pura, as taxas de eroso seriam alteradas a partir de, aproximadamente, 50oC.

As curvas de polarizao foram executadas com um potenciostato da marca Gamry Framework acoplado a um microcomputador para aquisio dos dados.

O sistema para conduo dos ensaios de cavitao-corroso e somente de corroso est apresentado na Figura 17.

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Figura 17 Sistema de corroso e cavitao-corroso para conduo dos ensaios laboratoriais acelerados.

4.8 Microscopia eletrnica de varredura (MEV) A anlise foi realizada no microscpio marca Jeol modelo JSM-

6390 LV. Atravs da Microscopia Eletrnica de Varredura (MEV) foi possvel comparar as amostras submetidas ao ensaio de corroso; cavitao-corroso, verificando as possveis diferenas morfolgicas e defeitos superficiais em relao s pease originais que no foram submetidas aos ensaios.

4.9 Espectroscopia por energia dispersiva (EDS) Foi utilizada uma microsonda acoplada ao microscpio

eletrnico de varredura marca Jeol modelo JSM-6390 LV para realizao desta anlise. Atravs da anlise por espectroscopia por energia dispersiva (EDS) foram caracterizados os elementos qumicos presentes nos produtos de corroso e em outros produtos acumulados na

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superfcie das peas aps os ensaios acelerados de corroso e cavitao-corroso.

4.10 Anlise microestrutural Com o objetivo de observar as microestruturas, os materiais

foram embutidos a quente, lixados com lixa dgua nas granulometrias 240, 320, 400 e 600 e polidos com pasta de diamante at 0,25 m.

A microestrutura do ao CA-6NM foi revelada atravs do ataque com reagente Villela (Metals Handbook, vol 7, p. 152) composto de 5mL de HCl, 1g de cido pcrico, 100mL de etanol 95%. O revestimento como soldado Cavitalloy foi revelado com ataque em gua rgia cuja composio 1:3 HNO3 e HCl (LPEZ, 2007). Posteriormente os materais foram examinados visualmente por microscopia tica.

4.11 Medidas de dureza As medidas de dureza Vickers dos materiais foram executadas

em um durmetro da Marca Shimatdzu Corporation modelo HMV-2 utilizando uma carga de 0,3 Kgf (HV 0.3). As medidas foram realizadas em conformidade com a norma ASTM E 92:2003. Foram realizadas dez medidas aleatrias na superfcie dos corpos-de-prova. Foram considerados na anlise de resultados a mdia destas dez medidas e a disperso das medidas representada pelo desvio-padro.

4.12 Caracterizao da composio qumica dos materiais A composio qumica do ao CA-6NM foi determinada pelo

mtodo de espectrometria de fluorescncia de raios X em um equipamento da marca Spectrocast nmero de srie 112172/00 Tipo CAV7A11B. Para o revestimento como soldado Cavitalloy a composio qumica foi extrada de uma publicao recente (WILL, 2008).

A Tabela 2 apresenta os resultados de composio qumica.

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Tabela 2 Composio qumica dos materiais (% peso) Elemento CA-6NM1 Cavitalloy2 Elemento CA-6NM1 Cavitalloy2

C 0,02 0,21 Ni 3,80 0,16 N - 0,37 Al 0,20 - Si 0,60 1,60 Co 0,02 11,6

Mn 0,80 9,60 Cu 0,15 0,04 P 0,02 0,02 Ni 0,005 - S 0,02 - Ti 0,002 - Cr 13,00 18,70 V 0,05 0,08 Mo 0,50 -

1- Anlise qumica por espectrometria de emisso tica. 2- Dados extrados da dissertao de mestrado (Will, 2008).

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5. RESULTADOS E DISCUSSO 5.1 Ensaios eletroqumicos sob condies de estticas (corroso)

e dinmicas (cavitao-corroso) As Figuras 18 e 19 apresentam as curvas de polarizao obtidas

para o material de referncia CA-6NM em condies estticas (corroso) e dinmicas (cavitao-corroso), respectivamente, em grficos E x log I.

Do mesmo modo, as Figuras 20 e 21, trazem as curvas de polarizao, em grficos E x log I, referentes ao revestimento como soldado Cavitalloy, obtidas, respectivamente, em condies estticas (corroso) e dinmicas (cavitao-corroso).

Os dados foram obtidos a partir do mtodo de extrapolao da reta de Tafel. Este mtodo vlido para sobretenses superiores a 0,03V (E 30mV). Ressalta-se que os valores devero ser considerados com algumas restries devido s incertezas que podem estar associadas ao fato de no existir uma reta bem definida nos grficos plotados a partir dos valores experimentais.

Tanto o material como soldado quanto o material de referncia (CA-6NM), por serem metais passivos, apresentam a densidade de corrente inicialmente muito pequena e um aumento gradativo com o aumento do potencial. Na ocorrncia do potencial de pite, h um aumento brusco no valor da densidade de corrente. Portanto, o potencial de pite foi determinado atravs da plotagem dos mesmos dados apresentados nas Figuras 18 a 21, em grficos: potencial versus densidade de corrente. Para obteno do potencial de pite foi feita a interseco da reta definida antes e aps o aumento brusco da corrente. Tanto a extrapolao de Tafel quanto as retas para obteno do Epite foram traadas manualmente. As Figuras 22 a 25 apresentam os dados plotados em grficos E x I.

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-12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0

Log I (A/cm2)

E (V

) ECS

CorCA 1 CorCA 2 CorCA 3

Figura 18 Resultados do desempenho do material de referncia CA-6NM sob condies de corroso.

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Log I (A/cm2)

E (V

) ECS

CavCA 1 CavCA 2 CavCA 3

Figura 19 Resultados do desempenho do material de referncia CA-6NM sob condies de cavitao-corroso.

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Log I (A/cm2)

E (V

) ECS

CavSolda 1 CavSolda 2 CarSolda 3

Figura 20 Resultados do desempenho do material como soldado Cavitalloy sob condies de corroso.

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Log I (A/cm2)

E (V

) ECS

CorSolda 1 CorSolda 2 CorSolda 3

Figura 21 Resultados do desempenho do material como soldado Cavitalloy sob condies de cavitao-corroso.

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-0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

I (A/cm2)

E (V

)

CorCA 1 CorCA 2 CorCA 3

Figura 22 Resultados de desempenho do material de referncia CA-6NM submetido corroso em configurao de E x I.

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-0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

I (A/cm2)

E (V

)

CavCA 1 CavCA 2 CavCA 3

Figura 23 Resultados de desempenho do material de referncia CA-6NM submetido cavitao-corroso em configurao de E x I.

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I (A/cm2)

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)

CorSolda 1 CorSolda 2 CorSolda 3

Figura 24 Resultados de desempenho do material como soldado Cavitalloy submetido corroso em configurao de E x I.

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-0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

I (A/cm2)

E (V

)

CavSolda 1 CavSolda 2 CavSolda 3

Figura 25 Resultados de desempenho do material como soldado Cavitalloy submetido cavitao-corroso em configurao de E x I.

A avaliao das curvas experimentais obtidas permite afirmar que o processo de corroso essencialmente conduzido pela polarizao

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de ativao. Sendo assim, as influncias de outros parmetros foram desconsideradas, a saber:

* polarizao por concentrao: a mobilidade dos ons para a interface do eletrlito devido cavitao e a elevada condutividade do eletrlito, alm da elevao da temperatura ao longo do ensaio aumentaram a difuso que, por sua vez, garantiram o transporte de ons para interface do eletrodo metlico tornando desprezveis os possveis efeitos causados pela polarizao por concentrao.

* queda hmica: o eletrlito com elevada condutividade e, a utlizao do capilar de Luggin sempre a uma distncia mnima e constante do eletrodo de trabalho (ponteira) para todos os ensaios tornaram desprezveis a possvel polarizao causada pelos efeitos da queda hmica.

Nas Figuras 19, 21, 23 e 25, onde esto apresentados os resultados dos ensaios de corroso associados cavitao, evidencia-se rudo nas curvas de polarizao, em especial nas amostras CavCA 1, CavCA 2 e CavSolda 1.

A Tabela 3 apresenta os resultados comparativos de densidade de corrente, potencial de corroso e potencial de pite para ambos os materiais relacionados neste estudo nas condies de corroso e cavitao-corroso extrados das Figuras 18 a 21 e 22 a 25.

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Tabela 3 Parmetros eletroqumicos obtidos das curvas de polarizao

Amostra Condio Icorr (A/cm2) Ecorr (V) (ECS)

Epite (V)

(ECS) Icorr mdio

[A/cm2] Desvio Padro [A/cm2]

CavCA 1 Cavitao-Corroso 3,16x10-6 -0,33 0,1

CavCA 2 Cavitao-Corroso 1,00x10-5 -0,34 0,2

CavCA 3 Cavitao-Corroso 3,16x10-5 -0,15 0,2

1,49x10-5 1,49x10-5

CorCA 1 Corroso 5,62x10-7 -0,44 0,2 CorCA 2 Corroso 7,08x10-7 -0.48 0,2 CorCA 3 Corroso 7,94x10-7 -0,39 0,15

6,88x10-7 1,17x10-7

CavSolda 1 Cavitao-Corroso 1,58x10-5 -0,23 0,05

CavSolda 2 Cavitao-Corroso 2,00x10-5 -0,03 0,6

CavSolda 3 Cavitao-Corroso 8,91x10-3 +0,05 -

2,98x10-3 5,14x10-3

CorSolda 1 Corroso 1,12x10-6 -0,08 0,7 CorSolda 2 Corroso 5,01x10-7 -0,42 0,5 CorSolda 3 Corroso 1,26x10-6 -0,54 0,5

9,61x10-7 4,04x10-7

Observando os dados de densidade de corrente apresentados na Tabela 3 possvel verificar que h muita variabilidade nos dados obtidos para uma amostra nas mesmas condies a exemplo do CavCA onde o corpo-de-prova 1 mostrou valor de densidade de corrente uma ordem de grandeza menor que as demais. O mesmo foi observado para CorSolda 2 em relao ao 1 e 3 e para a situao de CavSolda 1 e 2 em relao ao CavSolda 3. Em alguns casos, observa-se que o desvio padro igual ou muito superior ao prprio valor medido. Essa interpretao compromete a confiabilidade das medidas e revela a grande variabilidade do processo podendo-se citar algumas fontes de contribuio para incerteza:

elevao de temperatura ao longo do processo de cavitao-corroso;

a eventual remoo de parte do revestimento de proteo (esmalte ou araldite) usado para delimitar a rea exposta durante a conduo do ensaio;

os erros associados ao ajuste manual das retas para quantificar a corrente de corroso.

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De um modo geral, os potenciais de pite mantiveram-se praticamente inalterados para o material de referncia CA-6NM nas condies de corroso e cavitao-corroso. Com relao ao material como soldado Cavitalloy, observou-se que os potenciais de pite medidos nas condies estticas so estveis e superiores aos do material de referncia CA-6NM na condio esttica.

Portanto, conclui-se que o revestimento como soldado Cavitalloy menos suscetvel corroso localizada em comparao ao CA-6NM, quando submetidos mesma condio (esttica). A variabilidade dos Epite evidenciada na condio dinmica para o material como soldado dificulta qualquer afirmao e comparao destes potenciais. As medidas do Epite obtidas na situao de cavitao-corroso para o material como soldado Cavitalloy (CavSolda) no pde ser medida CavSolda 3. O resultado obtido em CavSolda 1 para o potencial de pite questionvel visto que h discrepncia em relao aos demais valores. Este fato deve-se, provavelmente, a dificuldade de detectar estes dados devido evoluo de oxignio nestes mesmos potenciais.

consenso que as curvas de polarizao no so o mtodo mais adequado para determinao do potencial de pite. Esses valores podem ser determinados com maior exatido atravs de tcnicas com potencial constante. Finalmente, os objetivos deste trabalho no contemplavam a leitura dos potenciais de pite. Portanto os potenciais apresentados na Tabela 3 devem ser considerados com restries e como indicao da faixa de potenciais em que h probabilidade de ocorrncia de pite.

Em relao ao meio de ensaio, importante citar que os ons cloreto (Cl-) contidos no meio em que os ensaios foram conduzidos so deletrios camada passiva. Este on penetra a camada passiva e destri a proteo em alguns pontos da superfcie acarretando a corroso localizada. Os materiais testados so materiais que sofrem passivao e esto suscetveis a estes fenmenos.

No entanto, o potencial de corroso (Ecorr) foi afetado nas condies que incluram os ensaios de cavitao, mostrando que os efeitos mecnicos proporcionaram um aumento no potencial de corroso para os dois materiais ensaiados. Essas medidas nos indicam que houve uma reduo da ocorrncia de reaes qumicas na superfcie do material e que as taxas de dissoluo so minimizadas quando a cavitao age unida corroso. Portanto, mesmo na presena de um meio contendo cloretos capazes de romper o filme passivo, admite-se que o movimento do fluido causado pela cavitao pde aumentar a

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resistncia corroso atravs da otimizao do transporte de oxignio. Desta maneira haveria maior quantidade de oxignio disponvel para formar a camada passiva.

As Tabelas 4 e 5 apresentam a anlise de variabilidade (ANOVA) para os dados de densidade de corrente de corroso mostrados na Tabela 3.

Para avaliar os resultados de densidade de corrente, utilizou-se o recurso estatstico da anlise de varincia ANOVA.

Tabela 4 Resultados da Anlise de Varincia (ANOVA) dos Icorr (A/cm2) avaliada por ensaio

Amostra Repetibilidade Reprodutibilidade Fcrtico Fcalculado Valor de p CavCA CorCA 1,10x10

-10 3,04x10-10 7,71 2,76 0,17

CavSolda CorSolda 1,32x10

-5 1,34x10-5 7,71 1,01 0,37

Tabela 5 Resultados da Anlise de Varincia (ANOVA) dos Icorr (A/cm2) obtidos entre todas as amostras

Amostra Repetibilidade Reprodutibilidade Fcrtico Fcalculado Valor de p CavCA CorCA

CavSolda CorSolda

6,59x10-6 6,65x10-6 4,07 1,01 0,44

A interpretao (ANOVA) deste teste, cujos resultados esto expressos nas Tabelas 4 e 5, nos mostra que Fcalculado menor que Fcrtico para ambos os materiais comparados entre si nas condies de corroso e cavitao-corroso e na comparao entre todas as amostras nas duas condies. No existe, portanto, diferena significativa entre as amostras. A anlise do valor de p permite confirmar esta interpretao: j que p significativamente maior que 0,05, no h diferena significativa entre as amostras ensaiadas em condies de corroso e cavitao-corroso quando a comparao feita com a mesma amostra somente modificando a condio de ensaio. Adicionalmente, no foram observadas diferenas no teste de hipteses realizado entre todas as amostras nas duas condies de ensaio.

5.2 Alterao da microestrutura sob ensaios de corroso estticos e dinmicos

As Figuras 26 a 32 apresentam o material CA-6NM nas condies: no-ensaiada, corroda e cavitada-corroda quanto a sua

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microestrutura e tambm quanto ao aspecto visual observado por Microscopia Eletrnica de Varredura (MEV) para cada condio.

(a) (b) Figura 26 Microestrutura do material CA-6NM no-ensaiado. Ataque com Vilella. Dureza:

324,3 HV (0,3). Aumento: (a) 100X (b) 200X.

Figura 27 Aspecto visual da superfcie do material CA-6NM no-ensaiado atravs MEV. Aumento: 200X.

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(a) (b) Figura 28 Microestrutura do material CA-6NM. Condio: Corroso. Ataque com Vilella.

Dureza: 302,8 HV (0,3). Aumento: (a) 200X (b) 200X.

(a) (b) Figura 29 Aspecto visual da superfcie do material de referncia CA-6NM atravs MEV.

Condio: corroso. Tempo de ensaio: 53 minutos. Aumento: (a) 200X (b) 800X.

(a) (b) Figura 30 Microestrutura do material CA-6NM. Condio: cavitao-corroso. Ataque com

Vilella. Dureza: 336,7 HV (0,3). Aumento: (a) 100X (b) 200X

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(a) (b) Figura 31 Aspecto visual da superfcie do material de referncia CA-6NM atravs MEV.

Condio: cavitao-corroso. Tempo de ensaio: 53 minutos. Aumento: (a) 200X (b) 800X.

(a) (b) Figura 32 Aspecto visual da superfcie do material de referncia CA-6NM atravs MEV.

Condio: cavitao-corroso. Tempo de ensaio: 53 minutos. Aumento: (a) 2200X (b) 2200X.

Claramente pode ser observado na Figura 26 que a microestrutura do material original CA-6NM martenstica. notvel a diferena na distribuio dos pites observados nas Figuras 28 e 29 (corroda) e nas Figuras 30, 31 e 32 (cavitada-corroda). Na amostra somen