Ensaio de corrosão
com fadiga

Ensaio sobre empilhamentos 6×1 submersos e sujeitos a ciclos dinâmicos de compressão em prensa servo-hidráulica (63 kN, 100 mm). Duas séries: ciclos exigentes 20–80% e moderados 20–60% do curso. Mede a vida útil em número de ciclos até à fratura. Reflete o cenário real das molas em aplicações dinâmicas — válvulas, embraiagens, amortecedores.

Consulta técnica

Prensa servo-hidráulica Schenck com câmara de corrosão selada e depósito com bomba de recirculação, ao lado do esquema em corte da câmara de ensaio. — FIG · Equipamento do ensaio

Carga

63 kN máx.

Curso

100 mm

Regimes

20–80% · 20–60%

Meios

4 soluções

— É o ensaio de referência para aplicações como

Caso 01

Válvulas de segurança e de controlo com abertura/fecho repetitivo

Caso 02

Embraiagens e sistemas de fricção

Caso 03

Amortecedores e sistemas antivibração

Caso 04

Molas em aplicações dinâmicas com humidade ou agentes corrosivos

01

Preparação do ensaio · equipamento

Montagem: empilhamentos 6×1 (seis molas em série segundo a DIN 2093) sobre guia interior por eixo, sem lubrificação entre peças. Empilhamento parcialmente submerso para evitar pressões hidrostáticas que gerariam forças adicionais sobre as peças.

Três componentes do equipamento: prensa servo-hidráulica (força máxima 63 kN, curso 100 mm), câmara de corrosão selada com passagem para a haste, e depósito com bomba de recirculação que garante que o meio em contacto com as peças se renova continuamente.

O ensaio realiza-se à temperatura ambiente em todos os casos. Contabiliza-se a vida útil em número de ciclos até à fratura de alguma das peças do empilhamento.

Parâmetros operativos do ensaio de fadiga — 6 condições técnicas.
Parâmetro	Valor
Empilhamento	6 × 1 · guia interior por eixo · contraposto DIN 2093
Lubrificação	Sem lubrificação entre peças
Prensa	Servo-hidráulica · 63 kN · curso 100 mm
Frequência	Constante · temperatura ambiente
Câmara	Selada · meio em circulação constante
Critério de fim	Fratura de uma peça do empilhamento

Dois regimes de fadiga

Série 1 · exigente

20–80%

Molas a trabalhar com grande amplitude de deflexão. Condição mais severa — empilhamento desde 20% até 80% do curso máximo.

Série 2 · moderada

20–60%

Molas menos solicitadas. Permite comparar o efeito do regime de fadiga sobre a vida útil para uma mesma combinação material/revestimento.

Meios selecionados (4 meios · sem MgCl₂ 40%)

01

Água desionizada

Meio neutro de referência — permite isolar o efeito mecânico do regime da influência química do meio.

02

NaCl 3%

Cloretos típicos na indústria automóvel e sais de degelo. Substitui o MgCl₂ com representatividade suficiente.

03

NaOH 0,1N

Alcalino — próprio da limpeza CIP na indústria farmacêutica e alimentar.

04

C₈H₈O₇ 0,1M

Ácido cítrico — ambiente alimentar e limpeza ácida. O meio mais agressivo para os revestimentos de zinco.

Nota

O MgCl₂ 40% foi excluído dos ensaios de fadiga por ser excessivamente agressivo — provocaria fraturas em prazos demasiado curtos para fornecer informação útil sobre o regime de fadiga. A solução de NaCl 3% cobre a família dos cloretos com representatividade suficiente.

02

Resultados do ensaio de fadiga 20% / 80%

Vida útil até à fratura · número de ciclos · regime exigente

Vida útil em número de ciclos até à fratura por material e meio corrosivo em regime exigente 20–80% — 5 aços inoxidáveis e 8 revestimentos sobre 51CrV4 face a 4 soluções.
Mola · Material · Acabamento	Água desionizada meio neutro de referência	NaCl 3% cloretos · automóvel	NaOH 0,1N limpeza CIP · alcalino	C₈H₈O₇ 0,1M ácido cítrico · alimentar
— Aços inoxidáveis sem revestimento
C-63 · 1.4310 · Estampado · Rectificado	14.171	17.952	37.767	22.280
C-63 · 1.4310 · Shot peened	18.255	20.300	38.033	25.389
C-63 · 1.4568 · Estampado · Rectificado	12.924	17.207	32.747	19.520
C-63 · 1.4568 · Shot peened	20.480	24.823	34.555	20.090
C-63 · 1.4568 · Shot peened · Kolsterised	11.339	22.199	32.533	30.883
— Aço 51CrV4 com revestimentos
51CrV4 · Galvanizado amarelo	26.839	25.510	26.477	14.058
51CrV4 · Galvanizado transparente	7.841	11.323	14.509	4.318
51CrV4 · Dacromet	5.676	4.944	6.033	4.849
51CrV4 · Geomet	5.428	6.159	4.517	4.031
51CrV4 · Delta Tone + Delta Seal	24.795	10.355	10.127	5.563
51CrV4 · Nickel plating	7.083	6.461	12.058	6.414
51CrV4 · Pintura diluída em água	22.138	13.469	9.902	4.195
51CrV4 · Oleado	13.956	5.493	19.606	5.178

Condições: temperatura ambiente · ciclos entre 20% e 80% do curso · sem lubrificação · meio corrosivo em circulação.

Aços inoxidáveis

Melhor desempenho geral em NaOH 0,1N (33.000–38.000 ciclos), pior em água desionizada (11.000–20.000 ciclos).
O resultado em água DI é contraintuitivo: este meio não deveria ser agressivo para o inoxidável. Explica-o o mecanismo de fadiga — o atrito entre peças forma bandas de deslizamento que destroem a camada de óxido passivo.
Em NaCl 3% os iões cloreto rompem a camada passiva, mas a solução é menos condutiva do que a água DI com óxidos dissolvidos — resultados ligeiramente melhores.
O shot peened melhora claramente em todos os meios — confirma o seu valor para aplicações à fadiga.

Revestimentos

Melhor resultado em NaOH 0,1N, onde a camada de hidróxido protege as peças.
Pior em ácido cítrico, onde o zinco do revestimento se dissolve por reação química e a camada protetora se fratura.
Resultados díspares em NaCl 3%: a elevada condutividade acelera a corrosão, mas a formação de cloreto de zinco pode retardar o ataque em alguns casos.
O galvanizado amarelo oferece o melhor resultado geral entre os revestimentos neste regime exigente.

03

Resultados do ensaio de fadiga 20% / 60%

Regime moderado · molas menos solicitadas mecanicamente

Vida útil em número de ciclos até à fratura por material e meio corrosivo em regime moderado 20–60%. Algumas combinações não foram ensaiadas (—).
Mola · Material · Acabamento	Água desionizada meio neutro de referência	NaCl 3% cloretos · automóvel	NaOH 0,1N limpeza CIP · alcalino	C₈H₈O₇ 0,1M ácido cítrico · alimentar
— Aços inoxidáveis sem revestimento
C-63 · 1.4310 · Estampado · Rectificado	19.552	21.858	30.037	—
C-63 · 1.4310 · Shot peened	33.236	40.005	51.965	47.338
C-63 · 1.4568 · Estampado · Rectificado	12.357	17.383	34.692	—
C-63 · 1.4568 · Shot peened	21.845	27.974	41.433	—
C-63 · 1.4568 · Shot peened · Kolsterised	32.933	34.000	40.250	—
— Aço 51CrV4 com revestimentos
51CrV4 · Galvanizado amarelo	103.618	292.537	—	73.386
51CrV4 · Galvanizado transparente	153.506	295.742	1.702.463	49.507
51CrV4 · Dacromet	129.507	46.388	—	28.192
51CrV4 · Geomet	141.642	59.555	—	24.128
51CrV4 · Delta Tone + Delta Seal	167.443	240.707	—	22.578
51CrV4 · Nickel plating	47.429	27.854	—	19.208
51CrV4 · Pintura diluída em água	94.033	91.741	—	15.703
51CrV4 · Oleado	106.702	32.806	1.443.281	28.078

Condições: temperatura ambiente · ciclos entre 20% e 60% do curso · sem lubrificação · meio em circulação.

— = não ensaiado

— Efeito de reduzir o regime de fadiga

01 Aumento generalizado da vida útil em todos os materiais e meios, demonstrando o peso do regime de carga sobre a vida da mola.
02 O incremento é muito maior no aço padrão 51CrV4 com revestimentos do que nos aços inoxidáveis. Galvanizado transparente em água DI: de 7.841 a 153.506 ciclos (×20). Galvanizado amarelo em NaCl: de 25.510 a 292.537 ciclos (×11). Galvanizado transparente em NaOH ultrapassa 1,7 milhões de ciclos.
03 O 51CrV4 tem melhor resistência à fadiga como material do que os aços inoxidáveis 1.4310 e 1.4568, o que explica por que a sua melhoria é tão grande ao reduzir a exigência.
04 O shot peened continua a melhorar os inoxidáveis neste regime moderado, mantendo a coerência com o ensaio 20%–80%.
05 O ácido cítrico continua a ser o meio mais agressivo para os revestimentos: mesmo em regime moderado, os revestimentos de zinco falham em menos de 50.000 ciclos.

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04

Comparação entre regimes · NaCl 3%

Rácio de vida útil ao reduzir o regime de fadiga (20–80% → 20–60%)

Comparação de vida útil entre regime exigente (20–80%) e moderado (20–60%) em NaCl 3% para 7 combinações representativas — a coluna rácio mostra o fator de multiplicação.
Material / Revestimento	20% – 80%	20% – 60%	Rácio
1.4310 padrão	17.952	21.858	×1,2
1.4310 shot peened	20.300	40.005	×2,0
1.4568 shot peened	24.823	27.974	×1,1
Galvanizado amarelo	25.510	292.537	×11,5
Galvanizado transparente	11.323	295.742	×26,1
Dacromet	4.944	46.388	×9,4
Pintura diluída	13.469	91.741	×6,8

— Inoxidáveis

No inoxidável, reduzir o regime aumenta pouco a vida útil (×1–2)

O estrangulamento é a corrosão eletroquímica acelerada pela perda da camada passiva, não a fadiga pura.

— 51CrV4 + revest.

No aço padrão com revestimento, reduzir o regime aumenta a vida drasticamente (×7–26)

O 51CrV4 tem uma margem de fadiga muito grande; o fator limitante é a duração do revestimento.

— Decisão

Em dinâmicas de NaCl com cargas moderadas, o zinco pode superar o inoxidável

O galvanizado e o Delta Tone podem ser mais rentáveis do que o inoxidável, desde que o ciclo não inclua ácidos.

05

Imagens das amostras após os ensaios

Nas imagens seguintes podemos ver o resultado da corrosão com fadiga na solução de cloreto de sódio NaCl 3%. As peças correspondem a empilhamentos de molas de prato em aço inoxidável 1.4310 com tratamento de shot peened.

As fotografias foram tiradas no final do ensaio de fadiga, após a fratura de alguma das peças do empilhamento.

Material · Acabamento · Meio · Regime: 1.4310 · Shot peened · NaCl 3% · 20–80% do curso

Empilhamentos 1.4310 · shot peened · NaCl 3% · regime 20–80%

Empilhamento 6×1 em 1.4310 shot peened após ensaio de fadiga 20–80% em NaCl 3% — vista geral do estado superficial. — — FIG · Foto 01 · Empilhamento A

Segundo empilhamento 6×1 em 1.4310 shot peened após ensaio de fadiga 20–80% em NaCl 3% — coloração por óxidos e fratura visível. — — FIG · Foto 02 · Empilhamento B

06

Aplicações onde estes dados são críticos

As molas de prato em aplicações dinâmicas com presença de meios corrosivos são comuns em setores muito diversos. Para qualquer uma destas aplicações, a escolha do material/revestimento deve cruzar os resultados dos três blocos de ensaios (sem tensão, com tensão e com fadiga) e não basear-se num só.

A condição de fadiga pode invalidar combinações que parecem ótimas em imersão livre, e vice-versa.

01

Válvulas de segurança e de controlo na indústria química, petróleo e gás, alimentar

02

Embraiagens e sistemas de fricção na indústria automóvel e maquinaria pesada

03

Amortecedores e sistemas antivibração em infraestruturas e construção

04

Vedações dinâmicas em ferramentas pneumáticas ou hidráulicas

05

Sistemas de travagem com molas de retorno em ambientes salinos ou húmidos

06

Empilhamentos em compressores e bombas sujeitos a vibração contínua

07

Preguntas frecuentes

01 Por que razão os aços inoxidáveis se corroem tanto em água desionizada sob fadiga, se quimicamente não deveria ser um meio agressivo?

É um fenómeno específico da corrosão-fadiga em aços inoxidáveis. O atrito entre peças durante os ciclos forma bandas de deslizamento na superfície da mola, que destroem mecanicamente a camada de óxido passivo (Cr₂O₃) que protege o aço. Uma vez exposta a área de metal fresco, desencadeia-se corrosão eletroquímica acelerada, mesmo num meio aparentemente inerte. Em condições estáticas não ocorre porque a camada passiva permanece intacta e regenera-se. É por isto que o shot peened melhora notavelmente os resultados: introduz tensões residuais de compressão que retardam a nucleação das bandas de deslizamento.

02 Por que razão os revestimentos como o Dacromet ou o Geomet, que protegem muito bem em ensaios estáticos, dão resultados modestos em fadiga?

O Dacromet e o Geomet são revestimentos finos e rígidos — lamelas de zinco/alumínio orientadas numa matriz inorgânica — otimizados para resistir à agressão química em condições estáticas. Sob ciclos de compressão, o revestimento sofre microfraturas e delaminações locais nas zonas de contacto entre pratos, onde a pressão é maior. Essas fissuras expõem o substrato 51CrV4 ao meio, acelerando a corrosão precisamente onde a fadiga concentra esforços. No ensaio sem tensão (bloco 01) estes revestimentos pontuam B na maioria dos meios; em fadiga ficam em valores modestos (4.000–6.000 ciclos), confirmando que a sua melhor aplicação é a proteção estática ou de baixa dinâmica.

03 Qual é o material com melhor relação vida-custo em aplicações dinâmicas com NaCl?

Depende do regime. Em regime exigente 20–80% (ciclos amplos), o inoxidável shot peened 1.4310 ou 1.4568 oferece a melhor combinação vida útil + estabilidade — entre 20.000 e 25.000 ciclos. Em regime moderado 20–60%, o galvanizado amarelo sobre 51CrV4 supera o inoxidável (292.537 vs 27.974 ciclos no 1.4568 shot peened) a um custo claramente inferior. Para produção industrial onde o ciclo de carga é previsível e moderado, o galvanizado pode ser a opção mais rentável. Se o ciclo for exigente ou imprevisível, o inoxidável shot peened oferece mais margem de segurança.

04 Por que razão se usa NaCl 3% e não água do mar artificial nos ensaios de fadiga?

O NaCl 3% reproduz com precisão a concentração de iões cloreto da água do mar (≈30 g/L) e os iões cloreto são o agente corrosivo dominante em ambientes marinhos e salinos. As soluções de água do mar artificial normalizadas (ASTM D1141) adicionam sulfatos, bicarbonatos, magnésio e outros sais menores que podem gerar variabilidade no ensaio sem fornecer informação essencial sobre o mecanismo de corrosão-fadiga. Para validar resultados face a normas marinhas específicas (offshore, naval) seria necessário um ensaio complementar em câmara com água do mar artificial — escreva-nos se a sua aplicação o exigir.

05 É realista esperar 1,7 milhões de ciclos como o galvanizado transparente em NaOH?

Sim — mas apenas nas condições específicas do ensaio (NaOH 0,1N, regime moderado 20–60%, temperatura ambiente). O NaOH é o meio mais benigno dos quatro ensaiados para os revestimentos de zinco: o zinco reage com o NaOH formando uma camada passiva de hidróxido de zinco que protege o substrato sem se dissolver rapidamente. A isto soma-se o regime moderado, que limita os esforços mecânicos sobre o revestimento. A extrapolação para aplicações reais deve considerar: (1) temperatura — a 80 °C o rácio muda drasticamente; (2) presença simultânea de cloretos ou ácidos, que neutralizam o efeito protetor do NaOH; (3) frequência e amplitude do ciclo real. Em aplicações de limpeza CIP com molas sob carga moderada, este resultado é um bom indicador, mas convém validar com um ensaio à temperatura de serviço.