1. Teste e análise teórica
Dos 3válvulas de pneusDas amostras fornecidas pela empresa, 2 são válvulas e 1 é uma válvula que ainda não foi usada. Para A e B, a válvula que não foi usada está marcada em cinza. Figura 1 detalhada. A superfície externa da válvula A é rasa, a superfície externa da válvula B é lisa, a superfície externa da válvula C é lisa e a superfície externa da válvula B é lisa. As válvulas A e B estão cobertas por produtos de corrosão. As válvulas A e B apresentam trincas nas curvas, a parte externa da curva está alinhada com a válvula, a abertura do anel da válvula B está trincada em direção à extremidade, e a seta branca indica a área trincada na superfície da válvula A. Como pode ser observado, as trincas estão presentes em toda a superfície, sendo as maiores e mais extensas.
Uma seção doválvula de pneuAs amostras A, B e C foram cortadas da curvatura e a morfologia da superfície foi observada com um microscópio eletrônico de varredura ZEISS-SUPRA55, e a composição da microárea foi analisada por EDS. A Figura 2(a) mostra a microestrutura da superfície da válvula B. Pode-se observar a presença de muitas partículas brancas e brilhantes na superfície (indicadas pelas setas brancas na figura), e a análise EDS das partículas brancas apresenta um alto teor de enxofre (S). Os resultados da análise do espectro de energia das partículas brancas são mostrados na Figura 2(b).
As Figuras 2(c) e (e) mostram as microestruturas da superfície da válvula B. Observa-se na Figura 2(c) que a superfície está quase totalmente coberta por produtos de corrosão, e os elementos corrosivos presentes nesses produtos, identificados pela análise de espectrometria de energia cinética, incluem principalmente S, Cl e O. O teor de S em determinadas posições é mais elevado, conforme os resultados da análise de espectro de energia cinética apresentados na Figura 2(d). Na Figura 2(e), observa-se a presença de microfissuras ao longo do anel da válvula A. As Figuras 2(f) e (g) mostram as micromorfologias da superfície da válvula C, que também está completamente coberta por produtos de corrosão, e os elementos corrosivos presentes incluem S, Cl e O, similarmente à Figura 2(e). A análise dos produtos de corrosão na superfície da válvula sugere que a causa das fissuras pode ser a corrosão sob tensão (SCC). A Figura 2(h) também mostra a microestrutura da superfície da válvula C. Pode-se observar que a superfície é relativamente limpa e a composição química da superfície analisada por EDS é semelhante à da liga de cobre, indicando que a válvula não está corroída. Comparando a morfologia microscópica e a composição química das três superfícies da válvula, verifica-se a presença de meios corrosivos como S, O e Cl no ambiente circundante.
A fissura na válvula B foi aberta por meio do teste de flexão, e constatou-se que a fissura não penetrou toda a seção transversal da válvula, ocorrendo no lado da curvatura posterior e não no lado oposto. A inspeção visual da fratura mostrou que a coloração era escura, indicando corrosão, e algumas partes da fratura apresentavam coloração escura, o que indica maior gravidade da corrosão nessas áreas. A fratura da válvula B foi observada em um microscópio eletrônico de varredura, conforme mostrado na Figura 3. A Figura 3(a) mostra o aspecto macroscópico da fratura da válvula B. Observa-se que a fratura externa próxima à válvula foi recoberta por produtos de corrosão, indicando novamente a presença de meio corrosivo no ambiente circundante. De acordo com a análise de espectrometria de energia dispersiva, os componentes químicos do produto de corrosão são principalmente S, Cl e O, sendo os teores de S e O relativamente altos, conforme mostrado na Figura 3(b). Observando a superfície da fratura, constatou-se que o padrão de propagação da fissura seguiu a direção cristalina. Um grande número de fissuras secundárias também pode ser observado ao examinar a fratura com ampliações maiores, como mostrado na Figura 3(c). As fissuras secundárias estão marcadas com setas brancas na figura. Os produtos de corrosão e os padrões de propagação de fissuras na superfície da fratura mostram novamente as características da fissuração por corrosão sob tensão.
A fratura da válvula A não foi aberta; removeu-se uma seção da válvula (incluindo a região da trinca), lixou-se e poliu-se a seção axial da válvula e realizou-se o ataque químico com solução de FeCl₃ (5 g) + HCl (50 mL) + C₂H₅OH (100 mL). A estrutura metalográfica e a morfologia de propagação da trinca foram observadas com um microscópio óptico Zeiss Axio Observer A1m. A Figura 4(a) mostra a estrutura metalográfica da válvula, que apresenta uma estrutura bifásica α+β, com a fase β relativamente fina e granular, distribuída sobre a matriz da fase α. Os padrões de propagação da trinca nas trincas circunferenciais são mostrados nas Figuras 4(a) e (b). Como as superfícies da trinca estão preenchidas com produtos de corrosão, o espaço entre as duas superfícies da trinca é amplo, dificultando a distinção dos padrões de propagação da trinca e o fenômeno de bifurcação. Muitas fissuras secundárias (marcadas com setas brancas na figura) também foram observadas na fissura primária, veja a Figura 4(c), e essas fissuras secundárias se propagaram ao longo do grão. A amostra da válvula atacada foi observada por MEV (Microscopia Eletrônica de Varredura), e constatou-se a presença de muitas microfissuras em outras posições paralelas à fissura principal. Essas microfissuras se originaram na superfície e se expandiram para o interior da válvula. As fissuras apresentaram bifurcação e se estenderam ao longo do grão, veja as Figuras 4(c) e (d). O ambiente e o estado de tensão dessas microfissuras são quase os mesmos da fissura principal, portanto, pode-se inferir que a forma de propagação da fissura principal também é intergranular, o que também é confirmado pela observação da fratura da válvula B. O fenômeno de bifurcação da fissura demonstra novamente as características da fissuração por corrosão sob tensão da válvula.
2. Análise e Discussão
Em resumo, pode-se inferir que o dano da válvula foi causado por fissuração por corrosão sob tensão causada por SO2. A fissuração por corrosão sob tensão geralmente precisa atender a três condições: (1) materiais sensíveis à corrosão sob tensão; (2) meio corrosivo sensível a ligas de cobre; (3) certas condições de tensão.
Geralmente se acredita que metais puros não sofrem corrosão sob tensão, e que todas as ligas são suscetíveis à corrosão sob tensão em diferentes graus. Para materiais de latão, acredita-se que a estrutura bifásica apresenta maior suscetibilidade à corrosão sob tensão do que a estrutura monofásica. A literatura relata que, quando o teor de Zn no material de latão excede 20%, ele apresenta maior suscetibilidade à corrosão sob tensão, e quanto maior o teor de Zn, maior a suscetibilidade à corrosão sob tensão. A estrutura metalográfica do bocal de gás neste caso é uma liga bifásica α+β, e o teor de Zn é de cerca de 35%, muito superior a 20%, portanto, apresenta alta sensibilidade à corrosão sob tensão e atende às condições necessárias para o surgimento de trincas por corrosão sob tensão.
Para materiais de latão, se o alívio de tensões não for realizado após a deformação por trabalho a frio, ocorrerá corrosão sob tensão em condições de tensão adequadas e ambientes corrosivos. A tensão que causa a fissuração por corrosão sob tensão é geralmente uma tensão de tração local, que pode ser aplicada ou residual. Após o enchimento do pneu do caminhão, uma tensão de tração será gerada ao longo da direção axial do bico de ar devido à alta pressão no pneu, o que causará fissuras circunferenciais no bico. A tensão de tração causada pela pressão interna do pneu pode ser calculada simplesmente pela fórmula σ = p R/2t (onde p é a pressão interna do pneu, R é o diâmetro interno da válvula e t é a espessura da parede da válvula). No entanto, em geral, a tensão de tração gerada pela pressão interna do pneu não é muito grande, e o efeito da tensão residual deve ser considerado. As fissuras nos bicos de ar ocorrem todas na região de curvatura posterior, e é evidente que a deformação residual nessa região é grande, resultando em uma tensão de tração residual. Na verdade, em muitos componentes práticos de liga de cobre, a fissuração por corrosão sob tensão raramente é causada por tensões de projeto, sendo a maioria dos casos causada por tensões residuais que não são observadas e são ignoradas. Nesse caso, na curvatura traseira da válvula, a direção da tensão de tração gerada pela pressão interna do pneu é consistente com a direção da tensão residual, e a superposição dessas duas tensões fornece a condição de tensão para a fissuração por corrosão sob tensão.
3. Conclusão e Sugestões
Conclusão:
O rachamento doválvula de pneuÉ causada principalmente por fissuras de corrosão sob tensão provocadas pelo SO2.
Sugestão
(1) Rastreie a fonte do meio corrosivo no ambiente ao redor doválvula de pneue tente evitar o contato direto com o meio corrosivo circundante. Por exemplo, uma camada de revestimento anticorrosivo pode ser aplicada na superfície da válvula.
(2) A tensão residual de tração do trabalho a frio pode ser eliminada por processos apropriados, como o recozimento de alívio de tensão após a dobra.
Data da publicação: 23/09/2022
