Já alguma vez pensou na importância da seleção de materiais na engenharia? Nesta publicação do blogue, vamos explorar o fascinante mundo do latão e as suas notáveis propriedades de resistência à corrosão. Como engenheiro mecânico experiente, partilharei informações valiosas sobre como o latão resiste ao teste do tempo em várias aplicações. Prepare-se para descobrir a ciência por detrás da durabilidade desta liga e saiba como tirar partido das suas vantagens nos seus projectos.
O latão, uma liga Cu-Zn em que o zinco é o principal elemento de liga, deve o seu nome à sua cor amarela.
Dependendo do tipo e do teor de elementos de liga adicionados, o latão pode ser classificado em três tipos principais: latão monofásico, latão duplex e latão especial.
Quando o teor de zinco é inferior a 36%, forma uma solução sólida α monofásica, sendo por isso conhecido como latão α. Quando o teor de zinco varia entre 36% e 45%, torna-se latão α+β duplex.
O latão com um teor de zinco superior a 45% é impraticável devido à excessiva fragilidade causada por demasiada fase β. Os latões especiais são formulados através da adição de elementos como Sn, Mn, Al, Fe, Ni, Si, Pb, etc., à base Cu-Zn.
O latão corrói-se lentamente na atmosfera e também tem uma baixa taxa de corrosão em água doce pura (0,0025-0,025 mm/ano). No entanto, corrói um pouco mais depressa na água do mar (0,0075-0,1 mm/ano).
Os fluoretos têm um impacto mínimo na corrosão do latão, os cloretos têm um efeito mais significativo, enquanto os iodetos causam uma corrosão grave. Na água que contém gases como O2, CO2, H2S, SO2, NH3, etc., a taxa de corrosão do latão aumenta acentuadamente.
O latão sofre corrosão severa em ácidos nítrico e clorídrico, corrói mais lentamente em ácido sulfúrico e é resistente a soluções de NaOH. O latão tem melhor resistência à corrosão por impacto do que o cobre puro.
Os latões especiais têm uma melhor resistência à corrosão do que o latão normal. A adição de cerca de 1% Sn ao latão reduz significativamente a corrosão por dezincificação e melhora a sua resistência à água do mar. A incorporação de cerca de 2% Pb no latão aumenta a sua resistência ao desgaste, reduzindo assim consideravelmente a sua taxa de corrosão na água do mar corrente.
Para evitar a dezincificação, podem ser adicionadas pequenas quantidades de As, Sb ou P (0,02%-0,05%). O latão Naval contendo 0,5%-1,0% Mn tem maior resistência e excelente resistência à corrosão. No latão que contém 65% Cu e 55% Cu, a substituição de parte do Zn por 12%-18% Ni altera a cor para branco-prateado, pelo que é designado por prata-níquel ou prata alemã.
Esta liga apresenta uma excelente resistência à corrosão em sal, álcalis e ácidos não oxidantes. A substituição extensiva de Ni por Zn evita a dezincificação. Para além destas características de corrosão, o latão também sofre duas formas significativas de corrosão: a dezincificação e a fissuração por corrosão sob tensão.
Os factores que influenciam a fissuração por corrosão sob tensão em latão incluem o meio corrosivo, a tensão, a composição da liga e a microestrutura. Uma liga específica só sofre fissuração por corrosão em determinados meios e condições de tensão específicas.
O latão sob tensão de tração pode sofrer corrosão sob tensão em todos os ambientes que contenham amoníaco (ou NH4+), bem como na atmosfera, água do mar, água doce, água a alta temperatura e alta pressão e vapor. Por exemplo, a fissuração de invólucros de balas em latão durante a estação das chuvas no verão (também conhecida como "fissuração sazonal") é um exemplo típico de fissuração por corrosão sob tensão em latão.
Além disso, a morfologia da fissuração por corrosão sob tensão do latão pode ser intergranular ou transgranular. Nas soluções com formação de película, as fracturas intergranulares ocorrem principalmente, enquanto que nas soluções sem formação de película, as fracturas transgranulares são mais comuns.
Pensa-se que o mecanismo da fissuração por corrosão sob tensão do latão envolve a formação de uma película frágil de óxido cuproso na superfície do latão em soluções formadoras de película. Esta película fracturase sob tensão e deformação, levando à propagação da fissura para o metal de base, que depois pára devido ao deslizamento, expondo a ponta da fissura à solução corrosiva.
O processo de penetração intergranular, formação de película, fratura frágil e propagação de fissuras repete-se, resultando finalmente numa superfície de fratura escalonada. Em soluções sem formação de película, a tensão causa a dissolução preferencial de deslocamentos na superfície do latão, levando à propagação de fissuras ao longo do caminho de maior densidade de deslocamentos, causando a fratura.
No latão com menor teor de zinco, as deslocações são principalmente celulares e os limites dos grãos têm a maior densidade de deslocações, levando a fracturas intergranulares.
No latão com alto teor de zinco, as deslocações são principalmente planares e as falhas de empilhamento são as áreas de maior densidade de deslocações, levando a fracturas transgranulares.
Além disso, a congregação de átomos de zinco em deslocamentos sob tensão aumenta a reatividade nestes locais, aumentando assim a taxa de propagação de fissuras com um teor de zinco mais elevado.
Estudos experimentais mostram que, em condições atmosféricas, as atmosferas industriais são as que mais facilmente provocam fissuração por corrosão sob tensão no latão, com a vida de fratura mais curta, seguidas das atmosferas rurais; as atmosferas marinhas são as que têm menos efeito.
Estas diferenças nos ambientes atmosféricos devem-se a variações no teor de SO2 (mais elevado nas atmosferas industriais, mais baixo nas atmosferas rurais e quase inexistente nas atmosferas marinhas).
Em resumo, as substâncias que causam principalmente a fissuração por corrosão sob tensão no latão são o amoníaco e os seus derivados, ou sulfuretos. O efeito do amoníaco é bem reconhecido, enquanto o papel dos sulfuretos é menos claro. Além disso, o vapor, o oxigénio, o SO2, o CO2 e o CN- têm um efeito acelerador na corrosão sob tensão.
A tensão de tração é uma condição necessária para a ocorrência de fissuração por corrosão sob tensão no latão. Quanto maior for a tensão de tração, maior será a sensibilidade à fissuração por corrosão sob tensão.
A eliminação da tensão de tração residual através da têmpera a baixa temperatura pode evitar a fissuração por corrosão sob tensão no latão.
Quanto maior for o teor de zinco no latão, maior será a sua sensibilidade à fissuração por corrosão sob tensão. O teor específico de zinco abaixo do qual a corrosão sob tensão não ocorre depende da natureza do meio.
Por exemplo, o latão com um teor de zinco inferior a 20% geralmente não sofre corrosão sob tensão em ambientes naturais, mas o latão com baixo teor de zinco pode sofrer fissuração por corrosão sob tensão em água com amoníaco.
Os efeitos de outros elementos de liga na corrosão sob tensão são os seguintes:
O silício previne eficazmente a fissuração por corrosão sob tensão no latão α. O Si e o Mn melhoram a resistência do latão α+β e β à corrosão sob tensão. Em atmosferas de amoníaco, elementos como Si, As, Ce e Mg melhoram a resistência à corrosão sob tensão do latão α.
Em condições atmosféricas, o Si, o Ce, o Mg, etc., aumentam a resistência à corrosão sob tensão. Os ensaios de exposição em atmosferas industriais indicam que a adição de Al, Ni e Sn às ligas Cu-Zn reduz a sua tendência para a fissuração por corrosão sob tensão.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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