São raras as informações na literatura sobre a oxidação de ligas Fe-Cr, com teores de cromo inferiores a 15%, em peso. Devido à falta de informações sobre a oxidação de ligas com menos de 15%Cr, em condições semelhantes às do presente trabalho, a liga Fe-16%Cr
estudada por Brylewski et al.[8] e por Kurokawa et al.[9] foi utilizada para estudo comparativo
com as ligas do presente trabalho. A 800°C a taxa de oxidação das ligas Fe-10%Cr e Fe-
15%Cr, em ar, são similares ao valor obtido por Brylewski et al. [8] (kp = 8,5x10-14 g2.cm-4.s-
1). No entanto, a liga Fe-16%Cr estudada por Kurokawa et al.[9] apresenta maior resistência a
oxidação (kp = 7,7x10-15 g2.cm-4.s-1).
É conveniente também comparar as taxas de oxidação das ligas do presente estudo com a de aços inoxidáveis comerciais utilizados a altas temperaturas, como os aços inoxidáveis ferríticos AISI 439, AISI 444 e AISI 430E e o aço inoxidável austenítico AISI 304.
A comparação das taxas de oxidação das ligas modelo Fe-Cr com os aços AISI 304[40],
AISI 439[40], AISI 444[36] e AISI 430E[37] é feita na Figura 5.41 para atmosfera de ar sintético,
na faixa de temperatura de 700°C a 950º C.
Através da comparação entre estes resultados, podemos afirmar que no intervalo de temperatura de 700ºC a 750ºC, em atmosfera de ar sintético, a liga Fe-10%Cr, apresenta maior resistência à oxidação, nas condições utilizadas. À 800°C as taxas de oxidação das ligas Fe-10%Cr e Fe-15%Cr são similares. À temperatura de 850°C, a liga Fe-10%Cr apresenta uma menor resistência à oxidação, onde se observa dois estágios distintos.
A resistência a oxidação da liga Fe-15%Cr, a 850°C, é intermediaria às dos aços
inoxidáveis ferríticos AISI 439[40] e AISI 444[36], e similar à do aço inoxidável austenítico
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As ligas Fe-1,5%Cr e Fe-5,0%Cr não apresentam potencial para aplicações em altas temperaturas, nas condições estudadas, devido à alta taxa de oxidação apresentada por estas e a baixa adesão do filme de óxido ao substrato metálico.
A baixa taxa de oxidação da liga Fe-10%Cr, abaixo de 800°C, em relação à liga Fe- 15%Cr, pode ser atribuída ao menor teor de cromo, o que implica no crescimento inicial de um filme de óxido menos espesso e que apresenta características protetoras até certa temperatura ou tempo de oxidação, a partir do qual o empobrecimento do cromo na interface permite o crescimento de óxido de ferro com o aumento da taxa de oxidação, como observado a 850°C.
Outro fator a ser considerado, no comportamento de oxidação das ligas modelo Fe-Cr,
é o efeito do tamanho de grãos. Segundo Trindade et al.[5], a oxidação interna dos aços Cr é
governada pela difusão em contornos de grãos. Entretanto, neste estudo os ataques químicos não apresentaram êxito de tal forma que não foi possível revelar os contornos de grãos das ligas Fe-Cr.
99 8 9 10 -14 -12 -10 Fe-16%Cr, Kurokawa[9] Fe-16%Cr, Brylewski[8] Fe-5,0%Cr Fe-1,5%Cr Fe-10%Cr, 2° estagio Fe-10%Cr Fe-15%Cr 430E 444 304 439 log kp (g 2 .cm -4 .s -1 ) 104/T(K-1) o
Figura 5.41 – Comportamento de oxidação das ligas modelo Fe-Cr com os aços inoxidáveis
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6 – CONCLUSÕES
A aplicação de várias técnicas experimentais permitiu investigar o comportamento de oxidação de ligas modelo Fe/Cr em altas temperaturas e em atmosfera de ar sintético. Os resultados experimentais mostram que:
Para a liga Fe-1,5%Cr oxidada durante 2 horas, a 700°C, a cinética de oxidação obedece a uma lei aproximadamente parabólica. No entanto, para a liga Fe-5,0%Cr oxidada durante 5 horas, a 700°C, a cinética de oxidação obedece à lei parabólica. Em ambas as ligas, os filmes de óxido formados são espessos, porosos e possuem baixa adesão ao substrato metálico.
Para a liga Fe-10%Cr a cinética de oxidação apresenta algum desvio da lei parabólica nas temperaturas de 750°C e 800°C, e a 850°C a cinética de oxidação apresenta claramente dois estágios distintos. Os filmes de óxidos são contínuos, com a microestrutura constituída de grãos de aproximadamente 1m. Estes filmes apresentam-se íntegros apenas em temperaturas inferiores a 850°C, a esta temperatura ocorre alguma descamação da superfície oxidada.
Por outro lado, a liga Fe-15%Cr apresenta somente um comportamento de oxidação em toda a faixa de temperatura utilizada neste trabalho. Observa-se o crescimento de grãos homogêneos equiaxiais.
De acordo com as análises realizadas, EDS, DRX e SIMS, o filme de óxido presente
sobre a liga Fe-1,5%Cr é constituído majoritariamente por wustita – FeO e hematita – Fe2O3,
e o filme presente sobre a liga Fe-5,0% é constituído majoritariamente por hematita. Já os filmes de óxidos presente sobre as ligas Fe-10%Cr e Fe-15%Cr são constituídos
majoritariamente por óxido de cromo – Cr2O3, exceto para a liga Fe-10%Cr oxidada a 850°C.
Das quatro ligas estudadas, apenas a liga Fe-15%Cr apresenta um filme de óxido denso, íntegro e aderente ao substrato, ou seja, com características protetoras em todas as condições experimentais utilizadas. Portanto, os filmes formados sobre a liga Fe-15%Cr são os que apresentam melhores características para futuros estudos de difusão catiônica e aniônica.
As ligas Fe-1,5%Cr e Fe-5,0%Cr apresentam taxas de oxidação similares à 700°C, em ar, que são cerca de cinco ordens de grandeza maiores do que as taxas de oxidação das ligas Fe-10%Cr e Fe-15%Cr.
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Análise comparativa das ligas mais resistentes à oxidação, Fe-10%Cr e Fe-15%Cr, entre 700°C e 850°C, mostra que as taxas de oxidação destas ligas são comparáveis até 800°C, acima desta temperatura a liga Fe-10%Cr apresenta menor resistência a oxidação e ocorre em dois estágios, sendo que a taxa de oxidação do segundo estágio é uma ordem de grandeza maior do que a do primeiro.
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