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Title: Estudo da oxidação de ligas Fe-Cr a altas temperaturas.
Authors: Carneiro, Jussara Fernandes
metadata.dc.contributor.advisor: Sabioni, Antônio Claret Soares
Keywords: Ligas de ferro-cromo
Oxidação
Espinélios
Ferro
Altas temperaturas
Issue Date: 2011
Publisher: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto.
Citation: CARNEIRO, J. F. Estudo da oxidação de ligas Fe-Cr a altas temperaturas. 2011. 104 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2011.
Abstract: Ligas Fe/Cr elaboradas no Max-Planck Institute fuer Eisenforschung foram submetidas a tratamento de oxidação isotérmica, em atmosfera de ar sintético na faixa de temperaturas de 700°C a 850°C. Os filmes de óxidos formados foram caracterizados microestruturalmente por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e, quimicamente, por espectroscopia dispersiva de energia (EDS), difração de raios X com ângulo de incidência rasante (DRX) e espectrometria de massa de íons secundários (SIMS). 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, 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, nas condições estudadas, os filmes de óxido formados são espessos, porosos e compostos majoritariamente por hematita. 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 apresentam-se íntegros apenas em temperaturas inferiores a 850°C. Por outro lado, a liga Fe-15%Cr apresenta somente um comportamento de oxidação em toda a faixa de temperatura utilizada. Os filmes de óxido formados sobre as ligas Fe-10%Cr e Fe-15%Cr são constituídos majoritariamente por óxido de cromo, exceto para a liga Fe-10%Cr oxidada a 850°C. Para esta liga, nesta condição de oxidação, a difração de raios X com ângulo de incidência rasante indica a presença majoritária da fase hematita. Análise da distribuição dos elementos obtida por SIMS através do filme de óxido formado pela oxidação das ligas Fe-5,0%Cr, Fe-10%Cr e Fe-15%Cr indica que o ferro é majoritário sobre a liga Fe-5,0%Cr e o cromo é majoritário sobre as ligas Fe-10%Cr e Fe-15%Cr, o que está de acordo com os resultados obtidos por difração de raios X com ângulo de incidência rasante. 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. 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 dessas 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. Portanto, as ligas Fe-1,5%Cr e Fe-5,0%Cr não apresentam resistência à oxidação nas condições experimentais utilizadas. A liga Fe-10%Cr apresenta resistência à oxidação apenas em temperaturas inferiores a 850°C. Por outro lado, para a liga Fe-15%Cr a resistência à oxidação é satisfatória em toda a faixa de temperatura utilizada neste trabalho, sendo similar, a 850°C, a do aço inoxidável austenítico AISI 304 e intermediaria a dos aços inoxidáveis ferríticos AISI 444 e AISI 439.
metadata.dc.description.abstracten: Fe/Cr alloys prepared in Max-Planck Institute fuer Eisenforschung were submitted to treatment by isothermal oxidation in synthetic air atmosphere, in the temperature range of 700°C to 850°C. The oxide films formed by the oxidation of the alloys were microstructurally characterized by scanning electronic microscopy (SEM) and the composition of these films was determined by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD) and secondary ion mass spectrometry (SIMS). For Fe-1.5%Cr alloy oxidized for 2 hours at 700°C, the oxidation kinetics follows a nearly parabolic law. However, for the Fe-5.0%Cr alloy oxidized for 5 hours at 700°C, the oxidation kinetics obeys the parabolic law. In both alloys, in the conditions studied, the oxide films formed are thick, porous and composed mainly of hematite. For Fe-10%Cr alloy the oxidation kinetics shows some deviation from the parabolic law at temperatures of 750°C to 800°C, and at 850°C the oxidation kinetics clearly shows two distinct stages. The oxide films are presented intact only at temperatures below 850°C. On the other hand, the Fe-15%Cr alloy has only one oxidation behavior throughout the temperature range used in this work. The oxide films formed on the Fe-10%Cr and Fe-15%Cr alloys are composed mainly of chromium oxide, except for Fe-10% Cr oxidized at 850°C. For this alloy, in this condition of oxidation, the X-ray diffraction indicates the majority presence of hematite phase. Analysis of distribution of elements obtained by SIMS through the oxide film formed by oxidation of Fe-5.0%Cr, Fe-10%Cr and Fe-15%Cr alloys indicates that the iron is the majority on the Fe-5.0%Cr alloy and chromium is the majority on the Fe-10%Cr and Fe-15%Cr alloys, which is in agreement with results obtained by X-ray diffraction. The Fe-1.5%Cr and Fe-5.0%Cr alloys exhibit similar oxidation rates at 700°C, in air, which are about five orders of magnitude greater than the oxidation rates of Fe-10%Cr and Fe-15%Cr alloys. Comparative analysis of the oxidation behavior of the Fe-10%Cr and Fe-15%Cr alloys, between 700 and 850°C, shows that the oxidation rates of these alloys are comparable to the ones at 800°C. Above this temperature the Fe-10%Cr alloy shows lower resistance to oxidation and its oxidation kinetics occurs in two stages, being the oxidation rate of the second stage one order of magnitude greater than the first. Therefore, the Fe-1.5%Cr and Fe-5.0%Cr alloys did not show resistance to oxidation under these experimental conditions. The Fe-10%Cr alloy is resistant to oxidation only at temperatures below 850°C. On the other hand, for Fe-15%Cr alloy the oxidation resistance is satisfactory throughout the temperature range used in this work, being similar at 850°C, to the AISI 304 austenitic stainless steel and intermediate to AISI 444 and AISI 439 ferritic stainless steels.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/2781
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