Engenharia de Materiais

EN2127 - Biomateriais

Relatrio 1 - Materiais Metalicos

Prof. Dr Juliana Marchi

Carla Nascimento Faustino 11086210

Caroline Mello - 11172009

Suelen Yuriko Kikushima - 11001011

Maro/2015

Sumrio RESUMO ................................................................................................................................... 3

1. Introduo .......................................................................................................................... 4

2.Objetivos ............................................................................................................................... 6

3.Metodologia ........................................................................................................................... 6

3.1 Procedimento experimental ........................................................................................... 6

3.1.1 Preparaes metalogrfica ........................................................................................ 6

3.1.2 Ataque eletroltico ...................................................................................................... 7

3.1.3.Observao da estrutura aps ataque eletroltico ...................................................... 8

4. Resultados e Discusses .................................................................................................... 8

4.1 Anlise de sensitizao ................................................................................................. 8

4.2 Comparando ao austentico com o ao inoxidvel ......................................................11

5. Concluso ...........................................................................................................................14

6. Referncias Bibliogrficas .................................................................................................15

RESUMO

A princpio sabemos que aos inoxidveis para aplicaes biomdicas

necessitam possuir alta resistncia corroso, principalmente no que se trata de

corroso intergranular. Deste modo existem normas a serem aplicadas para que haja o

controle de fabricao e aplicao desses tipos de biomateriais. Na presente pratica

tivemos a oportunidade de ter interface com a ASTM F-138 que garante condies para

desenvolvimento de aos que possuam caractersticas desejveis utilizao nesta

rea. Para isto, foram comparadas a prtica A da norma ASTM A262, que se aplica a

microestruturas de amostras de um ao inoxidvel F-138 e de um ao austentico 304,

previamente sujeitos a diferentes condies de tratamentos trmicos na faixa de

temperatura crtica de sensitizao. Cada pea foi caracterizada segundo sua

susceptibilidade corroso intergranular e a partir disso foram obtidas determinadas

classificaes em relao norma, podendo assim concluir a adequao ou no

desses materiais em aplicaes biomdicas. Sabendo que a temperatura e o tempo

esto relacionados com uma maior sensitizao conclumos que a amostra A que foi

sensitizado em uma menor temperatura possui uma resistncia maior a corroso.

1. Introduo

Aos inoxidveis so ligas de Fe e Cr que contm geralmente uma quantidade

mnima Cromo, cerca de 12%. Sua maior caracterstica a apresentar maior

resistncia corroso em diversos meios, como lquidos, gasosos e at mesmo em

condies de atmosfera. O cromo (Cr) um elemento significativo contra a corroso e,

ao entrar em contato com o oxignio, ocorre a formao de uma pelcula de xido de

cromo sobre a superfcie, conhecida como filme passivo. Estes tipos aos tambm

adquirem filme passivo quando esto em ligas de outros elementos metlicos, como

por exemplo; nquel, cobre, titnio, nibio, silcio, molibdnio e alumnio.

Em ligas com nquel por exemplo, o elemento nquel tem a funo de otimizar as

caractersticas do ao inoxidvel, tais como: ductilidade, resistncia mecnica e

soldabilidade. No caso de molibdnio em geral pode-se observar o aumento da

passividade e de resistncia corroso em ambientes contendo cidos sulfrico e

sulfuroso, e em solues neutras de cloreto. A insero do cobre em ligas feita para

melhorar a resistncia corroso a reagentes especficos, como o cido sulfrico. O

tntalo e o nibio evitam o empobrecimento em cromo ao impedir que este, juntamente

com o carbono, forme carbonetos de cromo, o que pode levar corroso intergranular.

Aos em geral so classificados de acordo com a microestrutura que

apresentam, podendo essas serem: inoxidveis austenticos, martensticos, ferrticos e

duplex. Estes tipos de aes possuem diversas aplicaes, como por exemplo, em

equipamentos para processamento de alimentos, cutelaria, turbinas, indstria qumica,

indstria automotiva, refinarias de petrleo, construo civil, indstria txtil e mdico-

hospitalar, entre outros.

A principal diferena entre aos inoxidveis austenticos e os outros tipos de

as que os austenticos possuem Cr e Ni como elementos principais na composio

da liga. Apresentam tambm estrutura cbica de face centrada (CFC), conferindo-lhes

caractersticas de materiais no magnticos.

Ao sofrerem ao de aquecimentos prolongados, na faixa de 425C a 815C,

podem ocorrer a precipitaes de carbonetos de cromo (Cr23C6) nos contornos de

gros. Desta forma, as regies vizinhas ao carboneto ficam com a concentrao de

cromo menor, abaixo dos 12% mnimos necessrios inoxibilidade do ao e, portanto,

ficam susceptveis s corroses intergranulares. Ao fenmeno de aquecimento

prolongado d-se o nome de sensitizao. Uma forma de evitar corroses

intergranulares atravs da diminuio do teor de carbono na liga, a segunda forma

elevando a temperatura a faixa de 1040C a 1150C para dissolver os carbonetos,

seguido de um resfriamento rpido para evitar uma nova precipitao.

De acordo com a composio qumica, o ao inoxidvel austentico ASTM F 138

apresenta baixo teor de carbono, o que fornece uma maior proteo contra a

susceptibilidade corroso intergranular e, portanto, recomendado para uso na

confeco de implantes temporrios e permanentes .

A corroso intergranular uma forma de corroso a qual ocorre principalmente

ao longo dos contornos de gros, localizada na superfcie do metal. O processo ocorre

como resultado de uma DDP de corroso entre uma zona estreita do contorno de gro

e o volume dos gros adjacentes. As diferenas de composio entre essas regies

so responsveis pela DDP de corroso. A ocorrncia de difuso de impurezas ou

elementos de liga para regies de contorno de gro leva diferena de composio

entre elas e os gros vizinhos. Este fenmeno pode ocorrer com aos inoxidveis, ligas

de alumnio, de nquel, de cobre e de zinco.

2.Objetivos

A prtica atual teve como objetivo deteco de susceptibilidade corroso

intergranular de materiais metlicos aps diferentes condies de tratamentos trmicos

em faixa de temperatura crtica de sensitizao, aps essa submisso as peas foram

aplicadas ao ataque, que se trata de teste com cido oxlico (prtica A da norma

ASTM A262), e houve a comparao de microestruturas de um ao inoxidvel F138 e

de um ao austentico 304.

3.Metodologia

3.1 Procedimento experimental

3.1.1 Preparaes metalogrfica

A prtica experimental foi iniciada com o preparo das amostras de ao inoxidvel

F138. Essas amostras de ao inoxidvel foram previamente submetidas a um

tratamento trmico na faixa de sensitizao, segundo condies especficas, e ento

resfriado rapidamente em gua.

A preparao das amostras consistiu em posicionar adequadamente quatro

amostras metlicas e embuti-las utilizando baquelite a quente. A Figura 1 mostra como

as amostras foram posicionadas.

Figura 1: Esquema de amostras a serem embutidas

Aps o embutimento adequado das amostras, iniciou-se o procedimento de

lixamento utilizando lixas com abrasivo carbeto de silcio. Primeiramente, a amostra foi

lixada com uma lixa de numerao 220 at obter certa uniformidade na superfcie da

amostra. Em seguida, o lixamento foi realizado com uma lixa de granulometria menor,

com a finalidade de eliminar os riscos da lixa anterior. Este procedimento foi executado

com as lixas na seguinte sequncia de numerao: 220, 320, 400 e 600. A cada troca

de lixa, a direo de lixamento mudou 90 graus.

A prxima etapa foi o polimento da amostra, nesta etapa, foi utilizado um disco giratrio

de feltro com uma camada de pasta de alumina.

Aps o polimento, foi feita a lavagem da amostra com gua e lcool e depois a

secagem com o auxlio de secador.

3.1.2 Ataque eletroltico

Para tornar possvel a observao microestrutural das amostras de ao, foi

necessrio realizar o ataque eletroltico em soluo de cido oxlico das amostras

sensitizadas.

A soluo de cido oxlico foi preparada com 4 gramas de cido oxlico

dissolvidos em 40mL de gua deionizada. A amostra foi colocada dentro dessa soluo

de cido.

Uma fonte de tenso D.C. foi utilizada para realizar o ataque eletroltico. As

condies de ataque eletroltico recomendadas pela norma ASTM A262 so 1 A/cm2

por 90 segundos. Para saber como ajustar a corrente de forma a obedecer a esta

recomendao, a rea da amostra exposta ao eletrlico foi estimada. A amostra foi

ento conectada ao plo positivo da fonte (anodo) e uma barra de ao inoxidvel foi

utilizada como catodo e conectada ao plo negativo da fonte de tenso.

Feito o ataque, utilizou-se gua e lcool para lavar a amostra e um secador para

seca-la.

3.1.3.Observao da estrutura aps ataque eletroltico

As amostras foram observadas ao microscpio ptico com aumentos de 200x e

500x. As imagens observadas com esses aumentos foram capturadas utilizando o

software instalado no computador.

4. Resultados e Discusses

4.1 Anlise de sensitizao

As amostras utilizadas no experimento passaram previamente por um

tratamento trmico com o objetivo de forar o fenmeno de sensitizao. As condies

adotadas foram as seguintes:

Tabela 1: Condies de sensitizao das amostras utilizadas no experimento para

caracterizao da corroso intergranular.

Aps o processo de embutimento e preparo metalogrfico, bem como o ataque

eletroltico com cido oxlico, foi iniciada a etapa de classificao e avaliao

microscpica da microestrutura das amostras, com o objetivo de determinar a

susceptibilidade corroso intergranular. Inicialmente foram avaliadas as amostras de

ao inoxidvel F138 com um microscpio ptico, os resultados obtidos esto

apresentados abaixo.

Figura 2: a Imagem da amostra A de ao inoxidvel com aumento de 100x. b Com aumento

de 200x. c Com 500x. d Com 1000x.

Podemos observar uma corroso intergranular j que existe uma corroso na

regio dos contornos de gro. E como caracterstica desse fenmeno temos o

destaque dos gros. As Figuras 2(b), (b), (c) e (d) da amostra A apresentaram uma

microestrutura de um ao inoxidvel sensitizada a 625C, mas que a mesma no foi

bem sucedida, visto que a microestrutura aprovada segundo os padres de

classificao apresentados na norma ASTM A262, podemos observar a formao de

degraus entre os gros. Segundo a prtica A da norma, somente as amostras que

estiverem com os contornos de gro totalmente envolvidos por precipitados so

rejeitadas sendo consideradas suscetveis a corroso intergranular. As amostras que

estiverem sensitizadas, porm isentas de contornos de gro totalmente envoltos por

b

a b

a b

c d

carbonetos so aprovadas, o que foi o caso da amostra A que apresentou algumas

formaes de degraus mas no contornando totalmente o gro.

Figura 3: a Imagem da amostra B de ao inoxidvel com aumento de 100x. b Com aumento

de 200x. c Com 500x. d Com 1000x.

Observamos que quanto maior o tempo de aquecimento para a sensitizao

maior o ataque preferencial nos contornos de gro(setas). Nas Figuras 3 (a), 3(b),

3(c) e 3(d) ficam evidenciando o ataque intergranular provocado pelo cido oxlico,

apesar de alguns gros no apresentar valetas em todo o contorno. Observamos que o

ataque se torna mais denso, Por no apresentar valas em todo contorno e possui

alguns pites de corroso podemos considerar uma corroso mista logo a amostra B

tambm aprovada pela norma.

b

b

a b

d c

Figura 4: a Imagem da amostra C de ao inoxidvel com aumento de 100x. b Com aumento

de 200x. c Com 500x. d Com 1000x.

Observamos maior formao de estruturas do tipo mista, com formao de muitos gros

pequenos e uma estrutura do tipo degrau, evidenciando uma maior resistncia corroso que

a primeira. possvel tambm perceber uma influncia do tempo de sensitizao proporcional

corroso intergranular ao comparar as amostras B e C.

4.2 Comparando ao austentico com o ao inoxidvel

a b

c d

a b

Figura 5: a Imagem da amostra A de ao inoxidvel austentico com aumento de 100x. b

Com aumento de 200x. c Com 500x. d Com 1000x.

Figura 6: a Imagem da amostra B de ao inoxidvel austentico com aumento de 100x. b

Com aumento de 200x. c Com 500x. d Com 1000x.

b

a b

c d

d c

Figura 7: a Imagem da amostra C de ao inoxidvel austentico com aumento de 100x. b Com

aumento de 200x. c Com 500x. d Com 1000x.

Observamos maior formao de estruturas do tipo mista, com algumas valas, na

amostra de ao austentico. possvel tambm perceber uma influncia do tempo de

sensitizao proporcional corroso intergranular ao comparar as amostras B e C,

onde a amostra do tipo C teve formao de estruturas do tipo vala contornando

praticamente por inteiro os gros no ao austentico, reprovando o material pela norma

ASTM A262, enquanto pelo grupo amostral A e C ambas as amostras seriam

aprovadas. Comparando as Figuras 5, 6 e 7 com as Figuras 2, 3, 4 do ao inoxidvel

constatamos que o ao austentico sofre uma menor sensitizao sendo mais

resistente a corroso.

a b

c a

5. Concluso

A partir da observao das imagens de cada amostra pudemos observar as

peculiaridades de gro de cada uma delas, antes e depois do ataque, a fim de testar

qual delas encontram-se dentro da norma ASTM A262 comprovando assim se as

mesmas possuem resistncia corroso. Em relao amostra A, ficou bastante

evidente a estrutura em degrau em ambas as amostras, j nas amostras B e C foram

identificadas algumas valas nas amostras de ao austentico, o que sugere que se

tenham estruturas mistas, enquanto as amostras de ao inoxidvel houve maior

predominncia de uma estrutura do tipo degrau. Tambm pde-se perceber a

influncia da temperatura de sensitizao na resistncia corroso, pois nas amostras

B, cuja temperatura foi maior, houve menor resistncia e maior formao de valas,

assim como a influncia do tempo de sensitizao, onde as amostras com maior tempo

de sensitizao (amostras C) tiveram maior resistncia corroso.

6. Referncias Bibliogrficas

[1] SILVA, A. L. C. Tecnologia dos aos. So Paulo: Eletrometal, 1981, 363p.

[2] CHIAVERINI, V. Aos e Ferros Fundidos. So Paulo: ABM, 2005, 599p.

[3] BEDDOES, J., PARR, J.G. Introduction to stainless steels. USA: ASM International, 1999,

315p.

[4] PADILHA, A.F., GUEDES, L.C. Aos inoxidveis austenticos: microestrutura e

propriedades. So Paulo: Hemus, 1994, 170p.

[5] PEREIRA, M.M.; BUONO, V.T.L.; ZAVAGLIA, C.A.C.Materiais metlicos cincia e

aplicao como biomateriais. In: ORFICE, R.L.; PEREIRA, M.M.; MANSUR, H.S.

Biomateriais: fundamentos e aplicaes. Rio de Janeiro: Cultura Mdica, 2006, cap.2, p.39-58.

[6] NUCLEO INBOX. Resistncia corroso dos aos inoxidveis. Disponvel em:

Acessado em

05 de maro de 2015.