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Title: Oxidação dos aços AIS I 304 e AIS I 439 em alta temperatura e relação da difusão do cromo e do oxigênio com o crescimento do filme de Cr2O.
Authors: Resende, Fernando César Teixeira
metadata.dc.contributor.advisor: Sabioni, Antônio Claret Soares
Keywords: Aço - oxidação
Aço inoxidável
Cromo
Lei de Fick
Aços - temperaturas
Issue Date: 2006
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: RESENDE, F. C. T. Oxidação dos aços AIS I 304 e AIS I 439 em alta temperatura e relação da difusão do cromo e do oxigênio com o crescimento do filme de Cr2O. 2006. 83 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2006.
Abstract: Um estudo comparativo do comportamento da oxidação em elevada temperatura em aços inoxidáveis AISI 304 e AISI 439 foi realizado entre 850 °C e 950 °C, em atmosferas de ar ou de ar úmido. As amostras de 10mm x 10mm x 0,6mm foram polidas com pasta de diamante, e submetidas à oxidação em uma termobalança com sensibilidade de ±1µg. Os tratamentos isotérmicos foram executados por 50h. A caracterização química e microestrutural da superfície oxidada foram realizadas por SEM (scanning electronic microscopy), por EDS (energy dispersive spectroscopy) e por XPS (X-ray photoelectron spectroscopy). A taxa de oxidação do aço AISI 304 é menor em ar úmido, a 850 °C, mas, acima desta temperatura, sua taxa de oxidação em ar úmido é maior do que no ar seco. Nesta temperatura, em ambas atmosferas, foi formado no aço AISI 304 um filme protetor de Cr2O3, cuja cinética de crescimento seguiu uma lei parabólica. Entretanto, a 900ºC e a 950ºC, em ar ou em ar úmido, a oxidação parabólica do AISI 304 ocorre em duas etapas: a primeira corresponde à formação de Cr2O3, e a segunda etapa é relacionada à formação de uma película externa de óxido de ferro, que aumenta consideravelmente a taxa de oxidação do aço. A transição da camada de Cr2O3 para Fe2O3 foi observada também em um estudo precedente da oxidação deste aço na atmosfera de oxigênio. Em todas as temperaturas, em ar ou em ar úmido, foi formado no aço AISI 439 um filme protetor de Cr2O3, cuja cinética de crescimento seguiu uma lei parabólica. As taxas de oxidação foram similares em ambas atmosferas e corroborado pelo trabalho precedente, que sugere que a oxidação do aço AISI 439 não depende da atmosfera. Os resultados do trabalho atual, e aqueles do trabalho precedente mostram que, na faixa de temperatura estudada, a taxa de crescimento do Cr2O3 no aço AISI 439 é maior do que no AISI 304, não somente no ar ou no ar úmido, mas também em outras atmosferas com maior ou menor pressão parcial de oxigênio. Entretanto, a variação dos valores da taxa de oxidação Para o aço AISI 439 ocorre em uma pequena escala, quase insignificante, enquanto os valores para o AISI 304 variaram em uma escala grande. Além disso, para as atmosferas de oxidação de ar, ar úmido e oxigênio, a taxa de oxidação do aço AISI 304 pode tornar-se até três ordens de magnitude maior do que a taxa de oxidação do aço AISI 439, dependendo da temperatura e do tempo de oxidação, devido à formação de uma camada externa do óxido do ferro. Conseqüentemente, pode-se concluir que o aço AISI 439 é mais adequado para ser usado nos ambientes de oxidação, pois sua resistência à oxidação não depende da pressão parcial do oxigênio. Apesar dos filmes de óxidos formados nos aços AISI 304 e AISI 439 serem complexos em relação a sua composição química ou microestrutura, os valores teóricos das constantes parabólicas da oxidação associada ao crescimento do Cr2O3 foram calculadas por meio da teoria de Wagner mostram um acordo razoável com os valores experimentais. Isto confirma o papel da difusão do oxigênio ou do cromo no crescimento do Cr2O3 nos aços inoxidáveis, e mostra que a teoria de Wagner pode ser aplicada às ligas complexas
metadata.dc.description.abstracten: A comparative study of high-temperature oxidation behaviour in AISI 304 and AISI 439 stainless steels was performed between 850 ºC and 950 ºC, in air or wet air atmospheres. Samples of 10mm x 10mm x 0.6mm were polished with diamond paste, and submitted to oxid atio n in a the r moba la nce with se ns ib ility o f ±1µg. The isothermal treatments were performed for 50h. The chemical and microstructural characterizations of the oxidized surface were performed by scanning electronic microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and XPS (X-ray photoelectron spectroscopy). The oxidation rate of the AISI 304 steel is smaller in wet air, at 850º C, but, above this temperature, its oxidation rate in wet air is greater than in dry air. At this temperature, in both atmospheres, it was formed on the AISI 304 steel a Cr2O3 protective scale, whose growth kinetics follows a parabolic law. However, at 900º C and 950ºCC, in air or wet air, the parabolic oxidation of the AISI 304 takes place in two steps: the first corresponds to the formation of Cr2O3, and the second step is related to the formation of an iron oxide external film, which dramatically increases the oxidation rate of the steel. The Cr2O3 to Fe2O3 layer transition was also observed in a previous study of the oxidation of this steel in oxygen atmosphere. At all temperatures, in air or in wet air, it was formed on the AISI 439 steel a Cr2O3 protective scale, whose growth kinetics follows a parabolic law. The oxidation rates were similar in both atmospheres and corroborate previous work, which suggests that the oxidation of the AISI 439 steel does not depend on the atmosp he re. The r es ults o f the p rese nt work, a nd tho se o f p re vio us work s, s ho w tha t, in the temperature range investigated, the Cr2O3 growth rate o n the AISI 439 stee l is greate r tha n in AISI 304, not only in air or in wet air, but also in other atmospheres with higher or lower oxygen partial pressures. However, the variation of the oxidation rate values for the AISI 439 steel occurs in a small range, almost negligible, while the values for the AISI 304 varies in a large range. Moreover, for oxidizing atmospheres such air, wet air and oxygen, the oxidation rate of the AISI 304 steel may become until three orders of magnitude greater than the oxidation rate of the AISI 439 steel, depending on the temperature and oxidation time, due to the for matio n o f a n iro n o xide e xte r na l la yer. There fo re, it ma y be conc luded tha t the AISI 439 steel is more adequate to be used in oxidizing environments, taking into account that its oxidation resistance does not depend on the oxygen partial pressure. In spite of the oxides formed on the AISI 304 and AISI 439 steels to be complexes concerning its chemical composition or microstructure, theoretical values of the parabolic oxidation constants associated to Cr2O3 growth were calculated by means of Wagner’s theory show reasonable agreement with the experimental values. It confirms the role of the oxygen or chromium diffusion in Cr2O3 gro wn o n the s ta inless stee ls, a nd s hows that Wa gner’ s theo r y ca n be applied to complex alloys.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/3087
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