A morfologia da fratura por CST em metais é outro aspecto de difícil predição no processo: as ligas homogêneas podem trincar inter ou transgranularmente, raramente de modo simultâneo, como já afirmado anteriormente. Na Figura 2.5 sugere-se, além da explicação metalúrgica eletroquímica exposta no item anterior, uma explicação mecanística para esse fenômeno.
Há necessidade, no entanto, de explicações mais profundas porque os fatores meio e estrutura metalográfica também estão envolvidos na gênese da CST.
24
Figura 2.5. Diagrama de diferentes caminhos de trinca como função do nível de tensões: (a) Alto fator de intensidade de tensões (K) gera coalescência de microvazios; (b) níveis médios de K geram fratura transgranular por mecanismo de quasiclivagem; (c) baixos K levam a trincas intergranulares [HERTZBERG, 1989].
Para explicar trincas intergranulares há duas teorias: segundo Logan, para iniciar a trinca pode haver na região susceptível, os chamados caminhos ativos pré-existentes formados por segregados/precipitados nos contornos de grãos da microestrutura do material; assim as trincas se originam em contornos de grãos de alta energia e a concentração de tensões na ponta da trinca leva ao rompimento/retardamento da restauração da película passiva na ponta da trinca; o metal livre da ponta da trinca é mais anódico do que o metal coberto com película sobre os flancos da trinca e a área anódica muito pequena da ponta quando comparada com a área dos flancos que é catódica, dá origem a densidades de corrente muito elevadas levando à rápida dissolução da ponta da trinca. Alternativamente, Robertson e Tatelman [Robertson e Tatelman apud RAMANATHAN, 1992] supõem que a trinca se forma por um mecanismo químico-
mecânico formado de processos descontínuos e sucessivos que ocorrem em etapas sucessivas de corrosão e fratura: a trinca propaga-se livremente, as discordâncias dirigem-se para a trinca aliviando a tensão, o meio corrosivo difunde-se na trinca reagindo com o metal danificado sendo o acúmulo de discordâncias suficiente para continuar a fratura.
Para explicar trincas transgranulares há as seguintes teorias: na ausência de caminhos ativos pré-existentes, os ataques iniciais podem ser submicroscópicos de acordo com diferenças locais na composição do metal, espessura da película passiva protetora, continuidade da película, concentração do meio corrosivo. Segundo Parr e Straub[Parr e Straub apud RAMANATHAN, 1992], a
quebra da película ocorre devido a deformações existentes no metal base, resultando em exposição da superfície do metal; o caminho da trinca é gerado ciclicamente por ruptura alternada da película (aumento da deformação provoca a sua ruptura): este seria um mecanismo do caminho ativo gerado pela deformação. Para Logan [Logan apud RAMANATHAN, 1992] as tensões destroem a película em
regiões pequenas da superfície metálica expondo-as anodicamente enquanto as regiões cobertas com película são catódicas, resultando em rápido ataque eletroquímico nas regiões anódicas.
Para uma explicação mais genérica, Keating [Keating apud RAMANATHAN, 1992] propôs que as trincas se iniciam por um processo químico ou eletroquímico,
progredindo mecanicamente até serem retidas por um contorno de grão, inclusões (metálicas ou não metálicas) ou grãos orientados desfavoravelmente. A trinca progride por um processo químico mais lento, até que a concentração de tensões aumente novamente em sua ponta, quando progredirá a seguir de modo mecânico. Neste caso, a velocidade de crescimento de trinca é praticamente
independente do fator de intensidade de tensões instantâneo, como mostra Knott
[KNOTT, 1976] num exemplo para uma liga Al-Zn-Mg resfriada ao ar antes do
envelhecimento, ao passo que para a mesma liga temperada em água, o crescimento da trinca é proporcional ao fator de intensidade de tensões: isto se explica porque no primeiro caso os precipitados nos contornos de grão estão bem espaçados numa zona susceptível de deformação plástica (> 1µ m) ao passo que no segundo caso essa zona é pequena (<1µm). Vide Figura 2.6.
26
Figura 2.6. Variação na velocidade de crescimento de trinca por CST com o fator de intensidade de tensões [KNOTT, 1976].
2.2.1. Modos e submodos de corrosão
Um conceito útil para se compreender a morfologia da CST é o definido por Staehle [STAEHLE, 1995], que considera cinco morfologias ou modos de
corrosão para quaisquer materiais, conforme ilustrado na Figura 2.7. São modos que ocorrem independentemente do tipo de material: corrosão generalizada, corrosão intergranular, pite, corrosão sob tensão e fadiga assistida pelo ambiente.
Figura 2.7. Esquema de cinco modos intrínsecos de corrosão: corrosão generalizada, corrosão intergranular, pite, corrosão sob tensão e fadiga assistida pelo ambiente; de CST são mostradas as duas morfologias, intergranular e transgranular [STAEHLE, 1995].
Staehle observa que autores como Fontana, Uhlig e Revie [Fontana; Uhlig e Revie apud STAEHLE, 1995] consideram as formas de corrosão como sendo: galvânica, diferencial, erosão-corrosão, microbiológica e outras; porém essas não são realmente formas de corrosão e sim definem diferentes ambientes que afetam os modos mostrados na Figura 2.7.
Por outro lado, o conceito de “submodo” de corrosão, vem do fato de que se pode ter para cada um dos modos na Figura 2.7, ocorrendo segundo diferentes combinações de material-ambiente, muitas dependências diferentes com a tensão, ambiente, temperatura e material. Esses submodos ocorrem assim de maneira discreta, definindo um domínio de ocorrência sobre um diagrama que possa exprimir o universo de combinações que definem o ambiente, como é o caso do diagrama de Pourbaix — potencial versus pH. Na Figura 2.8 eles são exemplificados num diagrama potencial versus densidade de corrente como: de pite, passividade, corrosão generalizada e corrosão sob tensão; notar que pode existir mais de um submodo para alguns tipos de corrosão, como neste caso de corrosão sob tensão onde estão apontados três diferentes submodos I, II e III
28
Figura 2.8. Esquema das regiões de CST em função do potencial relacionado com uma curva de polarização ativa-passiva. Os submodos são designados em termos de corrosão sob tensão (cst), dissolução ou corrosão generalizada (gen), pite (pite) e passividade (pas); o diagrama é aplicado a um pH arbitrário [STAEHLE, 1992a].