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INFLUÊNCIA DA RUGOSIDADE SUPERFICIAL NA RESISTÊNCIA ÀCORROSÃO POR PITE EM PEÇAS TORNEADAS DE AÇO INOXIDÁVELSUPERAUSTENÍTICOMárcio Tadeu Gravalos 1 , Marcelo Martins 1 , Anselmo Eduardo Diniz 2 e Paulo Roberto Mei 21 Sulzer Brasil S/A, marcio.gravalos@sulzer.com2 Faculdade de Engenharia Mecânica da Unicamp, pmei@fem.unicamp.brRESUMOA resistencia à corrosão por pite tem sidocorrelacionada com as condições morfológicasda superficie: um acabamento superficial lisocontribui para diminuir o potencial de iniciaçãode pites. Este estudo teve por objetivo investigara relação entre a resistência à corrosão por pite ea rugosidade em superficies usinadas do açoinoxidável superaustenítico ASTM A744 grauCN3MN. As amostras fundidas sofreram umtorneamento cilíndrico com diferentescombinações das condições de corte, resultandoassim, em diferentes padrões de rugosidadesuperficial. As superficies das amostras, entãousinadas, foram caracterizadas quanto àrugosidade e ao endurecimento. Apóssubmetidas a um teste por imersão queacelerava a corrosão, estas superficies foramexaminadas num esteroscópio, tendo sidotambém determinada a perda de peso devido àcorrosão. Observou-se que as amostras exibiramdiferentes comportamentos com relação àresistência à corrosão, de acordo com ascondições de usinagem aplicadas. Umacorrelação entre a resistência à corrosão e arugosidade superficial ficou evidente, assimcomo à perda de peso devido à formação depites. Este estudo identificou que a corrosãopode ser controlada através da seleção dosparâmetros de usinagem apropriados.Palavras chave: Rugosidade superficial;Resistência à corrosão por pite; Aço inoxidávelsuperaustenítico; Controle de corrosão;Parâmetros de usinagem; Torneamento;Encruamento superficial.ABSTRACTThe pitting corrosion resistance has beencorrelated to the morfology conditions ofsurface: a smooth surface finishing contributesto decrease the potential for pitting. This studyaimed at investigating the relationship betweenpitting corrosion resistance and surfaceroughness in machined surfaces ofsuperaustenitic stainless steel ASTM A744grade CN3MN. The samples of the casting steelwas cylindrical turned with differentscombination of cutting conditions, leading thesurfaces to differing roughness patterns. Thesurfaces of samples, as machined, werecharacterized by roughness and hardness. Afterthe application of an accelerated immersioncorrosion test, these surfaces were examined ina stereoscopy and the weight loss by corrosionwere also determined. It was revealed that thesamples exhibited different corrosion resistancebehaviours, according to the machiningconditions applied. A correlation betweenpitting resistance corrosion and machinedsurface roughness was evident, as so to theweight loss due to the formation of pits. Thisstudy have identified that the corrosion can becontrolled through the selection of appropriatemachining parameters.Key words: Surface roughness; Pittingcorrosion resistance; Superaustenitic stainlesssteel; Corrosion control; Machinig parameters;Turning; Surface work hardening.Corrosão 126

1 - INTRODUÇÃOO aço inoxidável superaustenítico,composto por uma estrutura predominantementeaustenítica, exibe uma melhor resistência àcorrosão por pite, por frestas e sob tensãoquando comparado com os aços inoxidáveisausteníticos convencionais da série 300. A ligafundida ASTM A744 CN3MN [01] é uma dasopções de material utilizado na fabricação doscomponentes de bombas que operam emambientes marítimos, pois oferece elevadosvalores de resistência à corrosão por pite. Ausinagem é um dos mais importantes processosque está envolvido na fabricação doscomponentes de bombas e que torna-seimportante conhecer os efeitos deste processona resistência à corrosão por pite.Uma superfície com o acabamento o maisliso possível reduz o potencial para a formaçãode pites [02, 03, 04, 05]. A rugosidadesuperficial é o conjunto de irregularidades, istoé, pequenas saliências e reentrâncias quecaracterizam o acabamento superficial [06].Durante a usinagem, a seleção dos parametrosde corte apropriados é muito importante para ocontrole da corrosão [07, 08]. O torneamento éum dos processos de usinagem básico e maislargamente utilizado dentro dos processos deusinagem que as indústrias utilizam [09] etambém um dos processos mais comuns empesquisas experimentais em cortes de metal[10]. No torneamento, o avanço e o raio deponta têm uma contribuição geométrica àrugosidade superficial [11].O objetivo deste estudo é o de determinara relação entre os parâmetros utilizados noprocesso de torneamento e a resistencia àformação de corrosão por pite, através daanálise da influência da rugosidade superficial eda camada endurecida.2 - MATERIAIS E MÉTODOSNeste estudo foram utilizadas amostrascilíndricas do aço inoxidável superausteníticotipo CN3MN, com 95 mm de diâmetro e 200mm de comprimento, fundidas pelo processoestático e solubilizadas a 1170 °C por 2 horas[12]. Na tabela 01 encontram-se a composiçãoquímica e o valores do PREN (Pitting ResistanceEquivalent), valor que determina a resistência àcorrosão por pite [13, 14], calculado através daequação: PREN = Cr% + 3,3Mo% + 16N% .Tabela 01 - Valores da composição química (% em peso) e do PRE N .ELEMENTO Si C Mo Cr Si Ni P Mn Cu N PRENAMOSTRA 0,74 0,015 6,25 20,79 0,008 24,65 0,021 0,63 0,33 0,2 44,6NORMA1Máx.0,03Máx.6,0 a7,020 a 220,01Máx.23,5 a25,50,04Máx.2 Máx.0,75Máx.0,18 a0,261234As amostras fundidas, com 212±11 HV dedureza, foram submetidas às operações detorneamento em desbaste e acabamento em umtorno horizontal CNC Mazak QT25, utilizandoo fluído de corte com 6% de emulsão em água,em ambundância. Os parâmetros de usinagemutilizados encontram-se na tabela 02. Paraoperação de acabamento os experimentos foramconduzidos variando-se três parâmetros deusinagem em dois níveis, na seguinte seqüência:o avanço (f), a profundidade de corte (a p ) e oângulo ortogonal de saída do inserto ( o ). Para aoperação de desbaste variou-se o ânguloortogonal de saída. Os parâmetros velocidade decorte (V c ) e raio de ponta da ferramenta (R 1 )foram fixados [15]. Foram utilizados insertosintercambiáveis de metal duro com triplacobertura composta de Ti(C,N) + Al 2 O 3 + TiN,na geometria ISO CNMG 120404/12 e fixadosno porta-ferramenta ISO PCLNR 2525 M1, comângulo de folga (α) de 6° e ângulo de posição(χr) de 95°. Para realização dos ensaios eanálises das superficies, após a usinagem aamostras foram seccionadas conformedemonstrado na figura 01.Corrosão 127

Figura 01 – Amostras seccionadas após a usinagemA rugosidade na superfície das amostrasfoi medida, em 3 diferentes posiçõesangularmente equidistante, através dorugosímetro Perthometer M1–Mahr, com valorde cut-off de 0,8 mm e comprimento deamostragem igual a 5 mm.A medição das microdurezas superficiaisbaseou-se na norma ASTM E 384-07 [16]. Estemétodo estabelece a determinação damicrodureza dos materiais através de ensaio demicropenetração feito com um penetradorKnoop ou Vickers. As amostras foramembutidas e as medições foram realizadas nomicrodurômetro Buehler modelo 1600-6300,aplicando-se uma carga de 50 gf durante 10segundos. As medidas foram tomadas partindoseda superfície usinada e em direção ao centro.Após a medição da microdureza, as amostrasforam atacadas com água régia e amicroestrutura foi observada e fotografadaatravés do microscópio óptico Zeiss modeloAxiotech.Para análise da resistência à formação depites as amostras (ilustradas na figura 01) foram,primeiramente, submetidas a um teste queacelerava a corrosão, sendo imersas em umasolução de cloreto de ferro aquecida a 50 ± 2 ºCpor um período de 72 horas [3, 17]. Em seguida,as superficies foram observadas através ummicroscópio optico de baixa ampliação, onde foipossível quantificar a densidade dos pitesformados por unidade de área. Para conhecer ovalor da perda massa, as amostras forampesadas em uma balança com precisão de 0,001gramas, antes e depois do teste de imersão.3 - RESULTADOS E DISCUSSÕES3.1 - Análise de rugosidadeAtravés dos resultados da medição darugosidade Ra que estão mostrados na tabela 02,pode-se observar que na operação deacabamento o crescimento do avanço (f)aumenta a rugosidade (Ra). Quando aprofundidade de corte (a p ) aumenta, para omesmo valor de raio de ponta da ferramenta(R 1 ), a rugosidade (Ra) também aumenta. Avariação do ângulo de saída ( o ) teve um efeitopouco significante. Na operação de desbaste,onde a p é bem maior que R 1 , há uma forteinfluência do o na rugosidade Ra que comprovaa alta ductilidade deste material usinado. Assim, o diminui, aumenta a taxa dedeformação do cavaco e da superficie usinada, oque refletiu no aumento da rugosidade Ra.Corrosão 128

InsertoR 12222222(mm)Tabela 02 – Influência das condições de torneamento nas propriedades superficial do aço inoxidável CN3MN of(mm/rot.)Condições de corteV c(m/min.)a p(mm)RugosidadeRaEndurecimentosuperficialDureza(HV 0,05 )CamadaResistência à corrosãoPerda demassa(%)Densidade(pites/mm 2 )0,4 10° 0,1 60 0,2 0,54 428 265 4 x 10 -3 10 x 10 -30,4 10° 0,2 60 0,2 0,76 365 115 13 x 10 -3 25 x 10 -30,4 10° 0,1 60 0,4 0,98 433 165 7 x 10 -3 79 x 10 -30,4 10° 0,2 60 0,4 1,16 371 215 31 x 10 -3 203 x 10 -30,4 0° 0,1 60 0,4 0,89 419 165 4 x 10 -3 27 x 10 -30,4 0° 0,2 60 0,4 1,04 401 115 15 x 10 -3 77 x 10 -31,2 10° 0,25 60 2,5 1,22 464 165 19 x 10 -3 194 x 10 -31,2 0° 0,25 60 2,5 2,28 471 215 29 x 10 -3 215 x 10 -33.2 - Análise da dureza superficialA figura 02 é composta da imagem daanálise metalográfica e do gráfico do perfil demicrodureza de uma das amostras.1 Camada de níquelFigura 02 – Exemplo do perfil de microdureza com ataque de água régia (acabamento com o inserto o = 10º,V c = 60 m/min, f = 0,2 mm/v e a p = 0,4 mm).Através da figura 02 pode-se observar operfil de dureza da camada endurecida formadana superficie usinada em direção ao núcleo.Uma camada superficial de níquel foi aplicada,antes do ensaio de microdureza, para evitar aexpansão do material em direção à bordadurante a penetração do diamante. As marcasgeradas pelo penetrador de dureza Knoop naestrutura dentrítica também são observadas nafigura.Os resultados mostrados na tabela 02identificam que em todas as amostras houve umendurecimento superficial numa camada médiade 177±35 μm para o desbaste e de 173±58 μmpara o acabamento. A dureza média alcançadafoi de 468±5 HV na operação de desbaste e de403±29 HV na operação de acabamento. Podesenotar que a camada endurecida deixada naoperação de desbaste (média de 0,18 mm) foieliminada na operação posterior de acabamento,pois os valores de a p aplicados foram maioresCorrosão 129

(0,2 e 0,4 mm, respectivamente) e formou-seuma nova camada endurecida.3.3 - Análise da resistência à formação depitesOs resultados da análise quantitativa dospites formados na superficie e da perda demassa das amostras durate o teste de corrosãoacelerada estão demonstrados na tabela 02. Asimagens da figura 03 foram obtidas durante aanálise superficial em uma das amostras erepresentam, em diferentes ampliações, acaracterística dos pites formado isoladamentedurante o ensaio de acelaração da corrosão.Figura 03 – Pite na superficie com rugosidade Ra = 2,278 µm.Através das figuras 03 pode-seobservar um pite típico de formahemisférica [3], com diâmetro da ordem de100 3.4 – Correlação entre as respostas obtidasCom os resultados da tabela 02 foipossível construir os gráficos das figuras 04 e05 que comparam, respectivamente, a perda demassa e a densidade de pites com a rugosidadesuperficial Ra.Corrosão 130

Rugosidade superficial vs. resistência a corrosão por pite35Perda de massa - % ( x 10 -3 )302520151050- 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50Figura 04 – Gráfico da resistência á corrosão por pite para diferentes rugosidades Ra.Rugosidade superficial vs. resistência a corrosão por pite0,30Densidade - pite/mm 20,250,200,150,100,050,000,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50Figura 05 – Gráfico da resistência à corrosão por pite para diferentes rugosidades RaNota-se nos gráficos da figuras 04 e 05que o aumento de perda de massa e daconcentração de pites por unidade de área éinfluenciado pelo aumento da rugosidadesuperficial. Para o menor valor de rugosidade de0,54 µm (acabamento com f = 0,1 mm/rot. e a p =0,2 mm) há pouca perda de massa e deformação de pites. A figura 06 representa oresultado da análise fatorial do efeito dasuperficie (rugosidade, dureza e tamanho decamada endurecida na usinagem) sobre aresistência à corrosão por pites.Corrosão 131

Figura 06 – Efeito da superficie (rugosidade, dureza e tamanho de camada endurecida na usinagem) sobre aresistência à corrosão por pites.Observa-se uma correlação do aumento dadensidade de pites com o aumento darugosidade RA, mas não é possível identificaruma correlação com a camada endurecida e nemcom a dureza superficial, todavia a densidade depites aumenta muito quando dureza superficalestá acima de 450 HV. A formação de pites éminimizada com os menores valores da4 - CONCLUSÕES1. A formação do encruamento, umacamada superficial endurecida, no açoinoxidável superaustenítico ficou evidente emtodas condições de usinagem aplicadas duranteo torneamento de desbaste e de acabamento.2. O resultado das análises da resistênciaà formação de pites nas amostras, quandosubmetidas ao teste de corrosão acelerada,mostraram uma correlação com a rugosidadesuperficial. Porém, não foi possível estabeleceruma correlação com a camada superficialendurecida.3. Um acabamento superficial liso,obtido através da seleção dos parâmetros deusinagem apropriados, contribui no controle deformação dos pites em superficies usinadas.AGRADECIMENTOSAo Prof. Dr. Luiz Carlos Casteletti e aoSr. Eliezer Dias Francisco, do Departamento deEngenharia de Materiais da Escola deEngenharia São Carlos - USP, pela colaboraçãona realização dos ensaios de microdureza etambém ao Prof. Dr. Lalgudi VenkataramanRamanathan e ao Sr. Olandir Vercino Correa ,do Centro de Ciências e Tecnologia deMateriais - IPEN, pela colaboração narealização dos ensaios de corrosão.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS[01] ASTM A 351/351M-03, StandardSpecification for Casting, Austenitic,Austenitic-Ferritic (Duplex), forPressure-Containing Parts, 2003, pp.137-141.[02] GRUBB, J. F., DEEMER, D. E., AL-6XN®ALLOY, Allegheny Ludlum, USA,2002, pp. 2-7.[03] MOAYED, M. H.; LAYCOCK, N. J.;NEWMAN, R. C., Dependence of theCritical Pitting Temperature on surfaceroughness,CorrosionScience, vol. 45, n°6, Elsevier, 2003,pp. 1203-1216.[04] RAMANATHAN, L. V., Corrosão e seucontrole, 1ª ed., Hemus Editora Ltda, SãoPaulo, Brasil, 339 p.[05] TECHNICAL DATA OF STAINLESSSTEEL AL-6XN®ALLOY, AlleghenyLudlum Corporation, Pittsburgh, PA,USA, 1998, 56 p.Corrosão 132

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