corrosão – fadiga

CORROSÃO – FADIGA
Fadiga
A fadiga de um material consiste na ruptura com aplicação de tensão cíclica
Esta tensão variável no tempo, não precisa chegar ao limite elástico para promover a
ruptura. A maneira de quantificar a suscetibilidade à fadiga é muitas vezes a
representação do tempo, ou melhor, do número de ciclos necessários para a ruptura
de um corpo-de-prova, em função do ∆σ,
∆σ, ou seja, diferença entre a tensão máxima e a
mínima do ciclo, quando se usa corpos deprova lisos.. Neste caso o tempo para a
ruptura é composto de um tempo necessário para a nucleação da fissura ( o que em
geral é bastante variável de um para outro ensaio) e um tempo de propagação da
fissura. O tempo de nucleação muitas vezes é bem maior do que o tempo de
propagação. Por isto , muitas vezes se usa corpos de prova pré-entalhados, visando
não precisar avaliar ao tempo de nucleação. Neste caso as curvas que se levantam
são em função do ∆Κ, a diferença entre o K máximo e mínimo. Este K é o parâmetro
que define o estado de tensões em uma trinca já pré-existente, o qual depende do
valor da tensão mas também das dimensões e forma do corpo de prova e do tamanho
da trinca. A representação gráfica dessa correlação como se vê na figura abaixo,
chama-se de curvas de Wöhler. Há materiais que apresentam um limite inferior de
∆σ ou ∆K, abaixo do qual não acontece a ruptura; a este valor se denomina limite de
fadiga. É o caso de aços e outros materiais ferrosos. Hà, no entanto, materiais que
não apresentam claramente tal limite e mesmo que a tensão cíclica aplicada seja de
pequena amplitude há um número finito de ciclos para acontecer a ruptura. É,
tipicamente, o caso de metais e ligas não-ferrosas. Neste caso, dá-se o nome de
limite de fadiga a máxima tensão (ou ∆σ)
∆σ) em que não ocorre ruptura para um número
estipulado, razoavelmente grande, de ciclos, p. exemplo 10 6 ou 107.
Corrosão-fadiga:
A corrosão-fadiga (ou fadiga sob corrosão) é a ruptura com aplicação de
tensão cíclica em presença de um meio corrosivo.Pressupõe uma interação sinérgica
entre corrosão e tensão cíclica.
Neste processo um material diminui a sua resistência à fadiga em presença de
um meio corrosivo. Pode-se verificar esta diminuição da resistência por várias
particularidades como seja: a) para dado valor de ∆σ o tempo de ruptura é menor
do que na ausência do meio corrosivo; b) desaparece o limite de fadiga, ou seja, para
um material dado, para tensões abaixo do limite de fadiga, ainda se encontra tempos
ou número de ciclos finitos para surgir a ruptura.
Há uma série de casos típicos de ocorrência de corrosão-fadiga como os que
seguem:
Cabos de aço submarinos
Eixos de hélices de barcos
Timões
Tubos de evaporadores
Caldeiras
Componentes de turbinas, motores e bombas
Tubulações transportadoras de líquidos corrosivos
São casos de equipamentos tradicionalmente submetidos a tensões variáveis
como vibrações de diferentes intensidades e freqüências simultaneamente à
exposição a líquidos corrosivos, como água de mar, águas não muito puras e outros
fluidos corrosivos.
Os mecanismos de atuação da corrosão-fadiga são ainda pouco
compreendidos pois em geral se trata de se compará-los à corrosão sob tensão que,
por sua vez, também não apresenta uma teoria única para justifica-la.
Os diversos fatores que influem na corrosão sob tensão em geral também influem na
corrosão-fadiga como seja: potencial do material em relação à solução, temperatura,
tratamentos térmicos, microestrutura, composição da solução em termos de
componentes corrosivos e inibidores.
Uma particularidade que diferencia a corrosão-fadiga da fadiga pura é o fato de
que esta última não depende da freqüência da tensão; logo a ruptura sempre ocorre
para o mesmo número de ciclos para determinados valores de tensão. Obviamente o
tempo até a ruptura dependerá da freqüência Já no caso da corrosão-fadiga, o
processo depende da freqüência, isto é: em geral, quando mais baixa a freqüência,
menor é o número de ciclos até a ruptura. Este efeito dá uma noção qualitativa da
importância do processo corrosivo: quanto mais lento o processo mecânico (oscilação
da tensão) mais tempo tem a corrosão para atuar e mais facilmente se verá sua
influência. Para freqüências muito altas pode ser que não se observe a influência da
corrosão e o número de ciclos em presença ou ausência do meio corrosivo será o
mesmo.
∆σ
a
limite de fadiga
b
c
corrosão-fadiga
limite
Nf= 108
Figura: Curvas de Wöhler para Metais:
a) com limite de fadiga,
b) sem limite de fadiga
c) em corrosão – fadiga
log N
A velocidade de avanço da fissura por ciclo muitas vezes, principalmente para
estados de tensão mais elevados, tanto em fadiga como em corrosão -fadiga, obedece
a uma lei do tipo:
V= da/dN = k ∆Km
Nesta equação, a é a distância do avanço da fissura, k é uma constante e m
outra constante. Este expoente , m, é maior em meio corrosivo que ao ar e depende
da freqüência para o meio corrosivo, sendo maior em menores freqüências.
Métodos de proteção contra a corrosão-fadiga
Vários métodos são utilizados para tentar diminuir a ação da fadiga associada à
corrosão como os que são citados a seguir
1- Recobrimentos Protetores
Estes devem possuir elasticidade à tensão cíclica:
- tintas
- recobrimentos metálicos (galvanização)
- anodização
2-
Modificação do meio
De um modo geral diminuindo a corrosão, diminui a probabilidade do
aparecimento da corrosão-fadiga
- Inibidores de corrosão (inibem iniciação do processo corrosivo)
- Óleos emulsionáveis (adsorção)
3- Modificação das propriedades da superfície
Tensões compressivas na região superficial e sub-superficial dificultam a
nucleação da trinca a qual acontece por tensões trativas :
- “shot peening” (jato de granalha)
- nitretação superficial
4- Proteção catódica
Aços recuperam seu limite à fadiga em potenciais suficientemente catódicos.
Cuidado: materiais suscetíveis à fragilização por hidrogênio (aços de alta
resistência) podem se tornar suscetíveis à fadiga por causa do endurecimento
causado pelo hidrogênio absorvido pelo metal.