Estudo da oxidação de ligas Fe-Cr a altas temperaturas.

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.