Estágio realizado na DuritCast e orientado pelo Eng. António Esteves / Tese de mestrado integrado. Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

A junção por difusão em argônio é uma técnica cujo sucesso depende da otimização de determinados parâmetros. No presente trabalho, executado sobre o aço inoxidável AISI 304L, reporta-se um estudo desses parâmetros e dos mecanismos de junção por difusão. Foram escolhidos os parâmetros gerais para junção (pressão e temperatura). Os experimentos foram efetuados nos parâmetros gerais constantes com três tempos diferentes. Três diferentes acabamentos superficiais foram produzidos; a resistência mecânica foi medida pelo ensaio de tração e diversas técnicas de caracterização foram empregadas para descrever a interface. A melhor condição de processo em termos de resistência mecânica foi 1000 C/17MPa durante 40 minutos, correspondendo a s = 552 MPa. Nestas condições não houve redução da resistência mecânica na junta soldada. As peças de aço inoxidáveis 304L foram tratadas durante a operação de solda por difusão. Estes parâmetros não se tornaram sensíveis a um ataque intergranular.As exigências ao estado de superfícies foram as seguintes:- a qualidade da superfície com rugosidade da superfície Ra= 1 até 6 m, pode ser realizada com usinagem fina,- evitar acabamento superficial com processos de atrito, e- preparações superficiais devem ser realizadas pouco antes da soldagem por difusão.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Elementos pre-textuais.pdf: 67551 bytes, checksum: e2f4918c24aa245b8e48c363968398b9 (MD5) Previous issue date: 2006-10-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / It is well known that the element copper, even with an impurity level less than 0,3% modifies substancially the susceptibility to intergranular corrosion in alloys of commercial denomination 356 (nominal composition Al7Si0,3Mg). This paper aims to evaluate the influence of variations in the content of the element copper and the effect of thermal treatment of solubilization on the tendency to intergranular corrosion in samples of alloys of commercial denomination 356 and the Al-Cu system alloys melted in permanent moulds. The alloys were produced using an induction electric oven and involving contents of the element copper as impurity as well as alloy element. Samples were evaluated in fusion and heat treatment conditions utilizing six hours of heating in temperatures of approximately 540 ± 10ºC, and then a fast cooling in water so that the solid solution obtained be maintained in room temperature. The resistance to corrosion was evaluated by the decrease of mass after the samples were subjected to intergranular corrosion tests carried out according to the ASTM G110-92 norm. The results obtained indicate a strong influence of the element copper on the increase of the tendency to corrosion in the investigated alloys, and alterations in this behavior in the comparisons between the fusion and the solubilized conditions. / Trabalhos anteriores mostraram que o elemento cobre, mesmo num teor de impureza (menos de 0,3%Cu), altera substancialmente a suscetibilidade à corrosão intergranular nas ligas de denominação comercial 356 (composição nominal Al7Si0,3Mg). Este trabalho tem por objetivo avaliar a influência de variações nos teores do elemento cobre e o efeito do tratamento térmico de solubilização sobre a tendência à corrosão intergranular em amostras das ligas de denominação comercial 356 e das ligas do sistema Al-Cu fundidas em moldes permanentes. As ligas foram fabricadas usando forno elétrico à indução e envolvendo teores do elemento cobre tanto como impureza quanto como elemento de liga. Foram avaliadas amostras na condição bruta de fusão e solubilizadas utilizando seis horas de aquecimento, após a passagem deste período numa temperatura aproximada de 540 ± 10ºC, um resfriamento rápido em água foi feito para manter na temperatura ambiente, a solução sólida obtida à alta temperatura. A resistência à corrosão foi avaliada através da perda em massa após as amostras terem sido submetidas a ensaios de corrosão intergranular realizados de acordo com a norma ASTM G110-92. Os resultados obtidos indicam uma forte influência do elemento cobre sobre o aumento da tendência à corrosão nas ligas investigadas, e alterações nesse comportamento nas comparações entre as condições brutas de fusão e solubilizadas.

Os aços inoxidáveis ferríticos são susceptíveis à corrosão intergranular após resfriamento rápido a partir de 950°C. A teoria de empobrecimento no teor de cromo nas vizinhanças do carboneto e/ou nitreto, precipitados nos contornos de grão, é o mecanismo mais aceito para descrever este fenômeno. O presente trabalho avalia o efeito dos tratamentos isotérmicos na resistência à corrosão intergranular do aço inoxidável ferrítico UNS S43000, utilizando o método de reativação eletroquímica potenciodinâmica na versão ciclo duplo (DL-EPR). As amostras foram solubilizadas a 1200°C e posteriormente tratadas isotermicamente a temperaturas entre 500°C e 700°C, por tempos de 5 minutos a 16 horas. O ensaio DL-EPR foi realizado em solução 0,5M H2SO4 com velocidade de varredura de 1,67 mV/s. As amostras foram examinadas em microscópio óptico e microscópio eletrônico de varredura após ensaio DL-EPR, Práticas W e X da norma ASTM A763 e ataque metalográfico com reagente Vilella. Foram obtidos diferentes valores de grau de sensitização em função do tempo de tratamento isotérmico. Análises por difração de raios X, sobre resíduos extraídos quimicamente identificaram precipitação de nitretos e de carbonetos de cromo, Cr2N e Cr23C6, respectivamente. As temperaturas de 550°C e 600°C mostraram dois máximos de grau de sensitização em função do tempo, por isso este processo de sensitização foi denominado de dupla sensitização. A partir dos resultados obtidos: grau de sensitização DL-EPR, exame microestrutura e difração de raios X, o presente trabalho propõe o seguinte mecanismo para explicar a dupla sensitização: (Etapa 1) no resfriamento da temperatura de solubilização são precipitados nos contornos de grão fases ricas em cromo; (Etapa 2) os tratamentos isotérmicos geram uma fina precipitação de Cr2N nos contornos de grão sobre os precipitados formados na Etapa 1; (Etapa 3) esses precipitados são posteriormente dissolvidos o que permite (Etapa 4) uma nova precipitação de Cr2N e Cr23C6 nos contornos de grão e (Etapa 5) finalmente temse o processo de crescimento, coalescimento e recuperação final. A recuperação total da resistência à corrosão intergranular foi obtida após tratamentos isotérmicos realizados a 650°C por tempos maiores que 20 minutos e a 700°C a partir de 5 minutos. O trabalho confirma que tanto os fenômenos de precipitação, sensitização e recuperação são controlados 5 pela difusão do cromo na ferrita. Tal confirmação foi possível a partir de análises da solução da segunda lei de Fick e gráficos de Arrhenius, construídos a partir do ensaio DL-EPR e dos exames microestruturais, os quais indicaram uma energia de ativação de precipitação com valor de 255 kJ/mol (219 kJ/mol é o valor da energia de ativação para difusão do cromo na ferrita encontrado em literatura (ARAI; TAKEDA; ARATA, 1987; WOLFE; PAXTON, 1964)). / Ferritic stainless steels are prone to intergranular corrosion following quick cooling from 950°C. The explanation based on chromium impoverishment near the carbides and/or nitrides precipitated in the grain boundaries is the most accepted to describe the observations. This work study the effects of heat treatments on the resistance to intergranular corrosion of the UNS S43000 ferritic stainless steel, using the Double Loop Electrochemical Potentiodynamic Reactivation test (DL-EPR). Specimens have been solution annealed at 1200oC followed by isothermical holding at temperatures between 500°C and 700°C, for times of 5min up to 16h. The DL-EPR test was made in a 0,5M H2SO4 solution using scan rate of 1,67 mV/s. The specimens were observed by optical microscope and scanning electron microscope after DLEPR test, Practices W and X (ASTM A763) and metallographic etch with Vilella reagent. Different degrees of sensitization were obtained for different isothermal holding time. X rays diffraction of extracted precipitates identified chromium nitrides and chromium carbides, Cr2N and Cr23C6. The temperatures of 550°C and 600°C produced two maxima in the curves of degree of sensitization as function of time; the process was named double sensitization. From the results of degree of sensitization DL-EPR, microstructural examination and X rays diffraction, this work proposes the following mechanism to explain double sensitization: (1st stage) during cooling from the solution annealing temperature there is grain boundary precipitation of chromium rich phases; (2nd stage) the isothermal treatments produce a fine grain boundary precipitation of Cr2N on the precipitates formed in the 1st stage; (3rd stage) increasing the time, these precipitates are dissolved, allowing for a (4th stage) new grain boundary precipitation of Cr2N e Cr23C6; finally (5th stage) there is growth, coalescence and recovery. Total recovery of intergranular corrosion resistance was achieved, isothermically at 650°C for times longer than 20min and at 700°C for times longer then 5min. Precipitation, sensitization and recovery are controlled by diffusion of chromium in ferrite. This conclusion was based on analysis of solution of Fick’s second law and Arrhenius plots constructed with DL-EPR data and microstructural observations. The calculus of the experimental energy of activation for precipitation produced a value of 255kJ/mol (energy of activation for chromium 7 diffusion in the ferrite reported by Arai, Takeda and Arata (1987) and Wolfe and Paxton (1964) is 219kJ/mol).

Os aços inoxidáveis ferríticos são susceptíveis à corrosão intergranular após resfriamento rápido a partir de 950°C. A teoria de empobrecimento no teor de cromo nas vizinhanças do carboneto e/ou nitreto, precipitados nos contornos de grão, é o mecanismo mais aceito para descrever este fenômeno. O presente trabalho avalia o efeito dos tratamentos isotérmicos na resistência à corrosão intergranular do aço inoxidável ferrítico UNS S43000, utilizando o método de reativação eletroquímica potenciodinâmica na versão ciclo duplo (DL-EPR). As amostras foram solubilizadas a 1200°C e posteriormente tratadas isotermicamente a temperaturas entre 500°C e 700°C, por tempos de 5 minutos a 16 horas. O ensaio DL-EPR foi realizado em solução 0,5M H2SO4 com velocidade de varredura de 1,67 mV/s. As amostras foram examinadas em microscópio óptico e microscópio eletrônico de varredura após ensaio DL-EPR, Práticas W e X da norma ASTM A763 e ataque metalográfico com reagente Vilella. Foram obtidos diferentes valores de grau de sensitização em função do tempo de tratamento isotérmico. Análises por difração de raios X, sobre resíduos extraídos quimicamente identificaram precipitação de nitretos e de carbonetos de cromo, Cr2N e Cr23C6, respectivamente. As temperaturas de 550°C e 600°C mostraram dois máximos de grau de sensitização em função do tempo, por isso este processo de sensitização foi denominado de dupla sensitização. A partir dos resultados obtidos: grau de sensitização DL-EPR, exame microestrutura e difração de raios X, o presente trabalho propõe o seguinte mecanismo para explicar a dupla sensitização: (Etapa 1) no resfriamento da temperatura de solubilização são precipitados nos contornos de grão fases ricas em cromo; (Etapa 2) os tratamentos isotérmicos geram uma fina precipitação de Cr2N nos contornos de grão sobre os precipitados formados na Etapa 1; (Etapa 3) esses precipitados são posteriormente dissolvidos o que permite (Etapa 4) uma nova precipitação de Cr2N e Cr23C6 nos contornos de grão e (Etapa 5) finalmente temse o processo de crescimento, coalescimento e recuperação final. A recuperação total da resistência à corrosão intergranular foi obtida após tratamentos isotérmicos realizados a 650°C por tempos maiores que 20 minutos e a 700°C a partir de 5 minutos. O trabalho confirma que tanto os fenômenos de precipitação, sensitização e recuperação são controlados 5 pela difusão do cromo na ferrita. Tal confirmação foi possível a partir de análises da solução da segunda lei de Fick e gráficos de Arrhenius, construídos a partir do ensaio DL-EPR e dos exames microestruturais, os quais indicaram uma energia de ativação de precipitação com valor de 255 kJ/mol (219 kJ/mol é o valor da energia de ativação para difusão do cromo na ferrita encontrado em literatura (ARAI; TAKEDA; ARATA, 1987; WOLFE; PAXTON, 1964)). / Ferritic stainless steels are prone to intergranular corrosion following quick cooling from 950°C. The explanation based on chromium impoverishment near the carbides and/or nitrides precipitated in the grain boundaries is the most accepted to describe the observations. This work study the effects of heat treatments on the resistance to intergranular corrosion of the UNS S43000 ferritic stainless steel, using the Double Loop Electrochemical Potentiodynamic Reactivation test (DL-EPR). Specimens have been solution annealed at 1200oC followed by isothermical holding at temperatures between 500°C and 700°C, for times of 5min up to 16h. The DL-EPR test was made in a 0,5M H2SO4 solution using scan rate of 1,67 mV/s. The specimens were observed by optical microscope and scanning electron microscope after DLEPR test, Practices W and X (ASTM A763) and metallographic etch with Vilella reagent. Different degrees of sensitization were obtained for different isothermal holding time. X rays diffraction of extracted precipitates identified chromium nitrides and chromium carbides, Cr2N and Cr23C6. The temperatures of 550°C and 600°C produced two maxima in the curves of degree of sensitization as function of time; the process was named double sensitization. From the results of degree of sensitization DL-EPR, microstructural examination and X rays diffraction, this work proposes the following mechanism to explain double sensitization: (1st stage) during cooling from the solution annealing temperature there is grain boundary precipitation of chromium rich phases; (2nd stage) the isothermal treatments produce a fine grain boundary precipitation of Cr2N on the precipitates formed in the 1st stage; (3rd stage) increasing the time, these precipitates are dissolved, allowing for a (4th stage) new grain boundary precipitation of Cr2N e Cr23C6; finally (5th stage) there is growth, coalescence and recovery. Total recovery of intergranular corrosion resistance was achieved, isothermically at 650°C for times longer than 20min and at 700°C for times longer then 5min. Precipitation, sensitization and recovery are controlled by diffusion of chromium in ferrite. This conclusion was based on analysis of solution of Fick’s second law and Arrhenius plots constructed with DL-EPR data and microstructural observations. The calculus of the experimental energy of activation for precipitation produced a value of 255kJ/mol (energy of activation for chromium 7 diffusion in the ferrite reported by Arai, Takeda and Arata (1987) and Wolfe and Paxton (1964) is 219kJ/mol).

Nos últimos anos houve, no Brasil, um significativo investimento em usinas de álcool para suprir a demanda. Todavia, surgiram problemas de natureza econômica e ambiental, já que a tecnologia atualmente utilizada nas destilarias de álcool produz em média 13 litros de vinhaça para cada litro de álcool. Na busca de uma solução para reduzir o volume deste resíduo, desenvolveu-se um equipamento para concentração de vinhaça, denominado Ecovin, pela empresa Citrotec localizada em Araraquara-SP. Para cada Ecovin são utilizados cerca de 4000 tubos com costura nos trocadores de calor, e para reduzir seu custo de fabricação, avaliou-se como opção o uso de tubos da liga AISI 444. Inserido neste contexto, o presente trabalho procurou caracterizar os mecanismos de corrosão e mostrar de forma comparativa o desempenho dos tubos nas juntas tubo-espelho. Estudo-se, portanto, dois tipos de junta, a do projeto atual, composta por chapa e tubo da liga AISI 316L; e a nova proposta, composta por chapa da liga AISI 316L e tubo da liga AISI 444. Para tanto, iniciou-se com a avaliação da soldabilidade das ligas estudadas, através da caracterização microestrutural, qualificação do procedimento de soldagem da junta tubo-espelho e de ensaios de sensitização nas soldas. Em seguida, ensaios de perda de massa por imersão foram realizados nas soluções de 0,5 M \'H IND.2\'SO IND.4\' e 0,5 M \'H\'CL\', nas temperaturas de 30°C, 50°C, 70°C e 90°C, de acordo com o intervalo de temperatura de operação do Ecovin. Nas mesmas soluções, e na temperatura ambiente, foram realizados ensaios eletroquímicos de polarização potenciodinâmica em amostras que reproduziram o ciclo térmico de soldagem das juntas tubo-espelho estudadas, nas regiões do metal de base, zona afetada pelo calor (ZAC) e no metal de solda. Na junta tubo-espelho a corrosão ocorreu preferencialmente na ZAC formada entre a interface tubo-metal de solda, e no cordão de solda à margem do tubo, com a atuação de mecanismos de corrosão generalizada e localizada. Na junta tubo-espelho dissimilar observou-se que o processo corrosivo foi predominante na superfície do tubo AISI 444, típico do mecanismo de corrosão galvânica, onde o tubo AISI 444 caracterizou-se como a região anódica. O desempenho da liga AISI 316L, assim como a junta soldada composta somente por essa liga, apresentou um melhor desempenho em corrosão, porém, na solução contendo cloreto, a variação da temperatura exerceu uma influência proporcional para ambos os casos avaliados nesse estudo. Destaca-se ainda que a liga AISI 316L sofreu corrosão por pite na ZAC e no metal de solda, em ambas as soluções, com maior severidade do que a liga AISI 444. Os resultados obtidos indicam que para a aplicação requerida, o tubo AISI 444 pode ser utilizado na temperatura de 50°C com satisfatório desempenho e similar à junta composta somente por AISI 316L. / Recently in Brazil there has been constant investments in ethanol plants, to supply the internal and external market, resulting at a high increase of the volume of this product. However, economical and environmental problems arose because of this new demand, whereas the current technologies produce thirteen liters of vinasse for each liter of alcohol. Each ECOVIN uses nearly 4000 welded tubes in the heat exchangers, and there is an option to use welded AISI 444 alloy tubes in order to reduce the manufacture costs of the ECOVIN. In this context, this work determines the corrosion mechanisms and analyzes the performance of welded tubes and the tube-to-tubesheet welded joints. The following types of tube-to-tubesheet were evaluated: current welded joints of this project, with all components manufactured with AISI 316L alloy; and the welded joint suggested for the project, using the welded tubes of AISI 444 alloy and the plate of AISI 316L alloy. For this purpose, the first step was to evaluate the weldability of the studied alloys, through microstructural characterization, welding procedure qualification and the intergranular corrosion test. After that, mass loss tests were conducted in 0,5 M \'H IND.2\'SO IND.4\' and 0,5 M \'H\'CL\' solutions, at 30°C, 50°C, 70°C and 90°C, according to the temperature range of the equipment operating. Electrochemical polarization tests were made in the same solution concentration used in the mass loss tests, but only in room temperature. These tests were made in samples that were welded with the same thermal cycle of the tube-to-tubesheet welded joints, and the evaluations were made on the base metal, heat affected zones and weld metal. The uniform and localized corrosion process occurred preferentially in the interface formed between tube and weld metal, and on weld metal near the tubes. In the tube-to-tubesheet dissimilar welded joints, it was observed that the corrosion process was predominant on the surface of AISI 444 alloy, probably because of the galvanic corrosion process, where the AISI 444 was an anodic region. The best performance on corrosion process was observed in AISI 316L, both the base metal and the similar welded joints. However, for the tests in chloride environment, in this process, the temperature caused a proportional influence in the corrosion rate of AISI 316L and AISI 444. In the AISI 316L alloy it was observed nucleation of pitting in HAZ and in weld metal, in both solutions, and more aggressive than observed in the AISI 444 alloy. The results showed that the AISI 444 alloy can be applied for the initial ranging temperatures of the equipments operation, with satisfactory performance.

Nos últimos anos houve, no Brasil, um significativo investimento em usinas de álcool para suprir a demanda. Todavia, surgiram problemas de natureza econômica e ambiental, já que a tecnologia atualmente utilizada nas destilarias de álcool produz em média 13 litros de vinhaça para cada litro de álcool. Na busca de uma solução para reduzir o volume deste resíduo, desenvolveu-se um equipamento para concentração de vinhaça, denominado Ecovin, pela empresa Citrotec localizada em Araraquara-SP. Para cada Ecovin são utilizados cerca de 4000 tubos com costura nos trocadores de calor, e para reduzir seu custo de fabricação, avaliou-se como opção o uso de tubos da liga AISI 444. Inserido neste contexto, o presente trabalho procurou caracterizar os mecanismos de corrosão e mostrar de forma comparativa o desempenho dos tubos nas juntas tubo-espelho. Estudo-se, portanto, dois tipos de junta, a do projeto atual, composta por chapa e tubo da liga AISI 316L; e a nova proposta, composta por chapa da liga AISI 316L e tubo da liga AISI 444. Para tanto, iniciou-se com a avaliação da soldabilidade das ligas estudadas, através da caracterização microestrutural, qualificação do procedimento de soldagem da junta tubo-espelho e de ensaios de sensitização nas soldas. Em seguida, ensaios de perda de massa por imersão foram realizados nas soluções de 0,5 M \'H IND.2\'SO IND.4\' e 0,5 M \'H\'CL\', nas temperaturas de 30°C, 50°C, 70°C e 90°C, de acordo com o intervalo de temperatura de operação do Ecovin. Nas mesmas soluções, e na temperatura ambiente, foram realizados ensaios eletroquímicos de polarização potenciodinâmica em amostras que reproduziram o ciclo térmico de soldagem das juntas tubo-espelho estudadas, nas regiões do metal de base, zona afetada pelo calor (ZAC) e no metal de solda. Na junta tubo-espelho a corrosão ocorreu preferencialmente na ZAC formada entre a interface tubo-metal de solda, e no cordão de solda à margem do tubo, com a atuação de mecanismos de corrosão generalizada e localizada. Na junta tubo-espelho dissimilar observou-se que o processo corrosivo foi predominante na superfície do tubo AISI 444, típico do mecanismo de corrosão galvânica, onde o tubo AISI 444 caracterizou-se como a região anódica. O desempenho da liga AISI 316L, assim como a junta soldada composta somente por essa liga, apresentou um melhor desempenho em corrosão, porém, na solução contendo cloreto, a variação da temperatura exerceu uma influência proporcional para ambos os casos avaliados nesse estudo. Destaca-se ainda que a liga AISI 316L sofreu corrosão por pite na ZAC e no metal de solda, em ambas as soluções, com maior severidade do que a liga AISI 444. Os resultados obtidos indicam que para a aplicação requerida, o tubo AISI 444 pode ser utilizado na temperatura de 50°C com satisfatório desempenho e similar à junta composta somente por AISI 316L. / Recently in Brazil there has been constant investments in ethanol plants, to supply the internal and external market, resulting at a high increase of the volume of this product. However, economical and environmental problems arose because of this new demand, whereas the current technologies produce thirteen liters of vinasse for each liter of alcohol. Each ECOVIN uses nearly 4000 welded tubes in the heat exchangers, and there is an option to use welded AISI 444 alloy tubes in order to reduce the manufacture costs of the ECOVIN. In this context, this work determines the corrosion mechanisms and analyzes the performance of welded tubes and the tube-to-tubesheet welded joints. The following types of tube-to-tubesheet were evaluated: current welded joints of this project, with all components manufactured with AISI 316L alloy; and the welded joint suggested for the project, using the welded tubes of AISI 444 alloy and the plate of AISI 316L alloy. For this purpose, the first step was to evaluate the weldability of the studied alloys, through microstructural characterization, welding procedure qualification and the intergranular corrosion test. After that, mass loss tests were conducted in 0,5 M \'H IND.2\'SO IND.4\' and 0,5 M \'H\'CL\' solutions, at 30°C, 50°C, 70°C and 90°C, according to the temperature range of the equipment operating. Electrochemical polarization tests were made in the same solution concentration used in the mass loss tests, but only in room temperature. These tests were made in samples that were welded with the same thermal cycle of the tube-to-tubesheet welded joints, and the evaluations were made on the base metal, heat affected zones and weld metal. The uniform and localized corrosion process occurred preferentially in the interface formed between tube and weld metal, and on weld metal near the tubes. In the tube-to-tubesheet dissimilar welded joints, it was observed that the corrosion process was predominant on the surface of AISI 444 alloy, probably because of the galvanic corrosion process, where the AISI 444 was an anodic region. The best performance on corrosion process was observed in AISI 316L, both the base metal and the similar welded joints. However, for the tests in chloride environment, in this process, the temperature caused a proportional influence in the corrosion rate of AISI 316L and AISI 444. In the AISI 316L alloy it was observed nucleation of pitting in HAZ and in weld metal, in both solutions, and more aggressive than observed in the AISI 444 alloy. The results showed that the AISI 444 alloy can be applied for the initial ranging temperatures of the equipments operation, with satisfactory performance.