Identificação de ligas

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(Parte 1 de 2)

Identificação de Ligas Prof. Dr. Cleiton Carvalho Silva

Universidade Federal do Ceará

Centro de Tecnologia

Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Laboratório de Engenharia de Soldagem – DEMM – UFC.

Indústria do Petróleo

Resistência mecânica

Soldabilidade

Resistência à corrosão

Equipamentos industriais Equipamentos industriais

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Identificação por Ataque Químico Simples (QS) Consiste na aplicação da solução química adequada a cada teste, sobre a superfície previamente preparada. e observação da reação.

Identificação por Polarização Eletroquímica (PE) Consiste em submeter o material à ação da solução química, associado a uma aceleração eletrolítica através de dispositivo apropriado, e observação da coloração do papel-filtro ou da peça ensaiada.

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- aço carbono-molibdênio;- aço carbono manganês;

MATERIAIS IDENTIFICÁVEIS Podem ser identificadas as seguintes classes de materiais: a) ferro fundido; b) aço carbono; c) aços ligas: - aço com 1% Cr - 0,25% Mo (AISI 4140);

- aço com 0,8% Cr - 0,25% Mo - 1,8% Ni (AISI 4340);

- aço com 1,25% Cr - 0,5% Mo;- aço com 2,25% Cr - 1% Mo;
- aço com 5% Cr - 0,5% Mo;- aço com 7% Cr - 0,5% Mo;
- aço com 9% Cr - 1% Mo;- aço níquel com 2 a 4% de Ni;

- aço com 2,2% C - 12% Cr (AISI D3 ou D6);

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d) aços inoxidáveis austeníticos (AISI série 300): - aço com 18% Cr - 8% Ni;

- aço com 18% Cr - 12% Ni - 2 a 3% Mo;

- aço com 19% Cr - 13% Ni - 3 a 4% Mo;

- aço com 25% Cr - 12% Ni;- aço com 25% Cr - 20% Ni;
- aço com 18% Cr - 10% Ni - Ti;- aço com 18% Cr - 1% Ni - Cb;

e) aços inoxidáveis ferríticos ou martensíticos (AISI série 400);

- Cu-Ni;- latão inibido; - latão não inibido;

f) ligas de cobre:

g) ligas patenteadas: - monel; - inconel; - stellite; - hastelloy B; - hastelloy C.

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Nota: Não é possível por este método distinguir os vários tipos de liga dentro da mesma classe, como por exemplo os aços AISI 304, AISI 304L, pertencentes a classe 18% Cr - 8% Ni.

TESTE POR PONTOS - APARELHAGEM Os principais equipamentos, ferramentas e materiais utilizados são os seguintes: a) escova de aço inoxidável; b) escova de aço carbono; c) esmerilhadeira portátil; d) lima chata murça; e) ímã; f) pinça com 100 m de comprimento; g) padrão metálico para cada material que se pretende identificar; h) dispositivo para eletrólise, similar ao da FIGURA 1 do ANEXO; i) lixas diversas; j) bastão de vidro; l) vidro de relógio; m) papel-filtro; n) frascos de vidro de 100 ml, de cor âmbar e; o) frascos de polietileno de 10 ml com conta-gotas.

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Preparação e Aplicação das Soluções Químicas

6.1.1 Todas as soluções devem ser preparadas mediante o uso de reagentes grau P.A., pesados com precisão de 0,01 g. e água destilada.

6.1.2 As soluções devem ser mantidas em vidros de cor âmbar, hermeticamente fechados, exceto a solução 4 (NaOH) que deve ser mantida em frasco plástico.

n 6.1.3 A qualidade das soluções deve ser comprovada, antes do início dos trabalhos e periodicamente por meio dos padrões metálicos. Atenção maior deve ser dada ao prazo de validade das soluções 6, 13, 15, 17, 19, 23, 24, 25 e 26 que se deterioram rapidamente.

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Preparação e Aplicação das Soluções Químicas

6.1.4 Deve-se evitar o contato da extremidade do frasco conta-gotas com o líquido na superfície da peça, bem como com a própria superfície, no sentido de evitar a contaminação da solução contida no interior do frasco.

6.1.5 Deve-se tomar cuidados especiais a fim de evitar que gotas de solução entrem em contato com impurezas e óxidos, devendo o contato ocorrer apenas entre a solução e a superfície limpa e brilhante do metal, já preparada para o teste.

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Preparação e Aplicação das Soluções Químicas

6.1.6 Os frascos de vidro não devem ser usados para execução do teste, e sim apenas para armazenamento das soluções. As sobras dos frascos plásticos usados para execução dos testes não devem retornar para os frascos de vidro.

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Preparação e Aplicação das Soluções Químicas 6.1.7 As reações podem ser aceleradas eletroliticamente da seguinte forma: a) tomar uma tira de papel-filtro; b) depositar duas gotas da solução escolhida numa das extremidades da tira de papel-filtro e colocá-la sobre a superfície preparada do material em teste; c) pressionar levemente a área umedecida do papel-filtro com a ponta A do dispositivo mostrado na FIGURA 1, ou similar com as mesmas características, fechando o circuito de passagem da corrente elétrica, durante trinta segundos, contatando a ponta B com o material em teste; d) verificar periodicamente se a intensidade de corrente produzida pelo dispositivo é suficiente para produzir a reação, através da execução do ensaio em padrões metálicos.

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Nota: Considerando que alguns dos reagentes causam queimaduras e/ou irritações, devem ser manipulados com precaução. Caso haja contato do reagente com a pele, esta deve ser lavada imediatamente com água.

Identificação de ligas TESTE POR PONTOS - EXECUÇÃO DO ENSAIO

7.1 Preparação da Superfície 7.1.1 Remover incrustações, pintura, carepa de laminação, óxidos e materiais estranhos, em uma área aproximada de 30 x 30 m, até que fique exposta uma superfície limpa e brilhante. 7.1.2 Cada novo teste requer uma nova limpeza da área de ensaio, de modo a evitar a contaminação pelos reagentes já utilizados. 7.1.3 Para obtenção da superficie requerida, pode-se fazer uso de esmerilhadeira portátil, lima ou lixa, seguido de limpeza com água ou, de preferência, com álcool absoluto. 7.1.4 Para preparação de superfícies de aços inoxidáveis e ligas de níquel, devem ser usadas ferramentas de aço inoxidável, ou com revestimento deste material. Os discos de corte e esmerilhamento devem ter alma de nylon ou similar.

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7.2.1 Separação dos Materiais pelo Magnetismo (Figura 2) Verificar o magnetismo do material a ser testado através do ímã, tomando o cuidado para que tal propriedade não seja afetada pela interferência de outros materiais próximos.

- ferro fundido; - aço carbono;- aço carbono manganês;

7.2.2 Classificação dos materiais a) Magnéticos: - aços liga; - aços inoxidáveis ferríticos e martensíticos; - níquel; b) Levemente magnéticos: - monel; c) Não magnéticos - aços inoxidáveis austeníticos; - ligas de cobre; - inconel;

- stellite; - hastelloy B; - hastelloy C.

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Nota: Os aços inoxidáveis austeníticos podem ter suas propriedades magnéticas alteradas para levemente magnéticas ou até magnéticas, devido ao processo de fabricação ou de trabalho.

Ferro Fundido; Aço Carbono Aço C-Mn AÇO C-Mo Aços Cr-Mo Aços Inox. Ferríticos e Martensiticos Aço Niquel com 2,0 a 4,0 % de Ni

Aços Inox – Série 300 - Austeníticos Ligas Cu Ni Inconel Latões Inibidos E Não Inibidos Stellite Hasteloy B Hasteloy C

Monel

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(QS) Identificação por Ataque Químico Simples

A identificação dos diversos materiais deve ser feita utilizandose os "Fluxogramas de Identificação de Ligas Metálicas por Ataque Químico Simples" (FIGURA 3 e 3A do ANEXO). A seguir estão detalhados os testes QS necessários à identificação dos materiais mais utilizados na indústria do petróleo.

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(QS.1) Teste da Passividade ao Ácido Nítrico a)Aplicação: pré-seleção dos materiais; b) Procedimento: aplicar uma gota da solução 02 (HNO3 a 85% em volume) cuidando para não deixar escorrer; c) Resultados: - se houver reação instantânea e violenta com coloração verde-escuro ou marrom, pode tratar-se de: - ferro fundido;

- aço carbono;

- aço carbono-molibdênio;

- aço com 2,2% C-12% Cr (AISI D3 ou D6 não temperado).

- monel

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(QS.1) Teste da Passividade ao Ácido Nítrico

- se houver reação fraca com coloração verde ou marrom-claro, pode trata-se de: - aço com 1% Cr - 0,25% Mo (AISI 4140);

- aço com 1,25% Cr-0,5 Mo;

- aço níquel com 2 a 4% de Ni.

- se não houver reação instantânea, trata-se de: - aços com teores de Cr > 2,25% Cr.

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(QS.03) Teste para Identificação de Ferro Fundido a)Aplicação: serve para separar ferro fundido e aço carbonomanganês de aço carbono e aço liga; b) Procedimento: aplicar uma gota da solução 20 (nitrato cúprico); c) Resultados: - se houver depósito de cobre e a coloração mudar de azul para preta imediatamente, trata-se de ferro fundido. - se houver deposição lenta de cobre sem mudança de coloração na solução, trata-se de aço carbono-manganês. - se não houver reação, pode tratar-se de aço carbono ou aço liga.

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(QS) Teste para Identificação do Molibdênio a)Aplicação: serve para detectar presença de molibdênio com teores maiores que 0,3%; b) Procedimento: aplicar uma gota da solução 03 (solução ácida nitroclorídrica); cessada a reação, adicionar uma gota da solução 04

(hidróxido de sódio) de 3 g/l; após misturá-las, diluir com uma ou duas gotas da solução 05 (HCL a 67% em volume). Recolher a solução formada através de absorção pelo papel-filtro. Adicionar então a solução 06 (xantogenato de potássio a 2% em volume) sobre a área umedecida do papel;

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(QS) Teste para Identificação do Molibdênio c) Resultados: - se houver coloração rósea, pode tratar-se de:

- aço carbono-molibdênio;

- aços liga com molibdênio;

- aços inoxidáveis com molibdênio;

- hastelloy B ou;

- hastelloy C.

- se não houver coloração rósea trata-se de: material com menos de 0,3% de molibdênio.

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(QS.05) Teste para Identificação do Níquel a)Aplicação: para detectar presença de níquel com teores maiores que 2%; b) Procedimento: aplicar uma gota da solução 18 (solução ácida nitroortofosfórica). Cessada a reação, absorver a gota com papel-filtro. Na mancha formada no papel, aplicar algumas gotas da solução 19 (solução amoniacal de dimetilglioxima); c) Resultados, após a secagem do papel: - havendo a formação de coloração rósea, trata-se de aço níquel.

- havendo formação de coloração marrom-claro, pode tratar-se de aço carbono ou outro material com menos 2% de níquel.

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(QS.06) Teste para Identificação do Cromo a) Aplicação: serve para distinguir os diversos teores de cromo dos aços (até 10% de Cr); b) Procedimento: aplicar uma gota das soluções 09 (HNO3 conc.), 10 (HNO a 47% em volume) e 1 (HNO a 35% em volume) em locais distintos do material; c) Resultados: avaliação das reações conforme a seguinte TABELA:

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(QS.07) Teste para Identificação do Baixo Teor de Molibdênio a)Aplicação: serve para identificar a presença de molibdênio (a partir de 0,15%) em aços com até 2,25% de cromo; b) Procedimento: aplicar uma gota da solução 1 (HNO3 a 35% em volume); absorver a gota no papel-filtro, sem esfregar a peça; aplicar na mancha escura da peça uma gota da solução 14 (H2SO4 a 20% em volume) e deixar reagir; absorver esta gota em novo papel-filtro e aplicar na mancha úmida deste papel, algumas gotas da solução 26 (solução de xantogenato de potássio saturada em álcool etílico); c) Resultados: a coloração rósea no papel indica a presença de molibdênio.

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Identificação de ligas (QS.08) Teste para Identificação do Baixo Teor de Níquel a)Aplicação: serve para identificar a presença de níquel (a partir de 0,6%) nas ligas ferrosas; b) Procedimento: aplicar uma gota da solução 2 (solução ácida nitrosulfúrica); deixar reagir e aplicar duas gotas da solução 23 (água oxigenada a 15% em volume); misturar o resultado da reação e adicionar duas gotas da solução 24 (hidróxido de amônia conc.). Em seguida, misturar novamente a solução formada e recolher através de duplo papel-filtro; desprezar o papel que esteve em contato com o precipitado da reação e pingar sobre o papel superior (sem precipitado) uma gota da solução 25 (solução alcoólica de dimetilglioxima); c) Resultados: a coloração rósea permanente no papel, indica a presença de níquel.

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(QS.09) Teste do Sulfato de Cobre a)Aplicação: serve para separar os aços com teores abaixo de 7% de cromo, dos aços com teores acima de 7%; b) Procedimento: aplicar uma gota da solução 01 (solução saturada de sulfato cúprico e aguardar a deposição até 10 minutos; c) Resultados: - se houver deposição de cobre metálico, trata-se de aço com teor de cromo de até 7%. - se não depositar cobre, trata-se de aço com teor de cromo acima de 7%.

Nota: A velocidade da deposição do cobre está inversamente ligada ao teor de cromo do material, e também ao preparo da superfície; quanto maior o polimento, maior o termo de deposição.

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(QS.10) Teste de Identificação do Cobre a)Aplicação: serve para identificar a presença de altos teores de cobre; b) Procedimento: diluir o produto da reação obtido pelo teste 7.3.1.1

(QS.01), com adição de uma ou duas gotas da solução 08 (água destilada); imergir nesta solução uma peça de aço carbono, lixada e limpa (por exemplo: arame, prego); c) Resultado: a deposição de cobre na peça de aço carbono, confirma a presença de cobre, podendo tratar-se de monel.

Nota: Como alternativa pode-se utilizar: aplicar uma gota da solução 2 (solução ácida nitrosulfúrica) e deixar reagir. Absorver o produto da reação com papelfiltro e neste aplicar uma gota da solução 24 (NH4OH concentrado). Resultado: A coloração azul no papel-filtro indica a presença de cobre.

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(QS.1) Teste para Classificação do Monel a)Aplicação: serve para separar o monel K-500 do monel 400; b) Procedimento: aplicar uma gota da solução 09 (HNO3 conc.); c) Resultados: - se após a reação houver a formação de mancha preta na superfície do material, trata-se de monel K-500. - se após a reação houver a formação de mancha verde-azulada, trata-se de monel 400.

Nota: A dureza é um fator que contribui na separação destes materiais. Suas faixas de dureza são aproximadamente:

*monel 400 : 150HB; **monel K-500 :250 HB.

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(QS.12) Teste para Identificação do Alto Teor de Cromo a)Aplicação: serve para distinguir os aços inoxidáveis austeníticos: - AISI 316 do AISI 317;

- AISI 304, 321, 347 dos AISI 309 e 310; b) Procedimentos: aplicar duas gotas da solução 07 (solução ácida cloronitrofosfoórica); c) Resultados: - se após a reação houver a formação de líquidos verde-claro com desprendimento de gás, trata-se de aço inoxidável com 18% Cr - 12% Ni - 2 a 3% Mo (AISI 316) - se não houver reação trata-se de aço inoxidável com 19% Cr - 13% Ni - 3 a 4% Mo (AISI 317)

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(QS.12) Teste para Identificação do Alto Teor de Cromo d) Para distinção dos aços inoxidáveis AISI 304, 321 e 347 dos AISI 309 e 310:

- se após 15 minutos houver desprendimento de gás e formação de líquidos verde-escuro, pode tratar-se de: - aço inoxidável 18% Cr - 8% Ni (AISI 304);

- aço inoxidável 18% Cr - 10% Ni - 0,5% Ti (AISI 321);

- aço inoxidável 18% Cr - 1% Ni - 0,7% Cb (AISI 347).

- se após 15 minutos hover formação de líquidos de coloração verde- azulada, pode tratar-se de: - aço inoxidável 25% Cr - 12% Ni (AISI 309) ou;

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