Cálculos em DICTRA®

A cinética de crescimento isotérmico de austenita foi simulada no software DICTRA®. A simulação foi feita para um modelo de interface plana composto por 100 pontos com distribuição geométrica em direção à posição zero. A interface plana é representativa da reversão de austenita nas temperaturas intercríticas inferiores, devido à geração de interfaces coerentes de orientação do tipo K-S de baixa mobilidade (LEE, 2009; LIU, 2010), resultando na geração de ripas austeníticas com interfaces planas, como mostrado na Figura 4. 17. A

134 largura do sistema foi diferente para cada temperatura de simulação e foi baseada em dados experimentais do tamanho médio das ripas austeníticas obtidas por MET, em modo de varredura, após revenimento intercrítico. A simulação foi feita para uma geometria plana com tamanho total equivalente à metade da distância média entre os centros de ripas de austenita adjacentes. A Figura 4. 17 a), b), c) e d) mostra a representação esquemática dos sistemas simulados, baseados em medições por MET em modo de varredura, após revenimento nas temperaturas de 580, 610, 650 e 670 °C, respectivamente.

Figura 4. 17. Representação esquemática dos sistemas a serem simulados, baseados em dados experimentais de largura e distância média de ripa austenítica obtidas por MET, em modo de varredura, após revenimento intercrítico durante 2,5 h nas temperaturas: a) 580 °C, b) 610 °C, c) 650 °C, d) 670 °C.

A face martensítica CCC foi posicionada em todos os pontos da malha com distribuição de composição química constante de Fe; 12,8 Cr; 5,6 Ni; 1,1 Mo e 0,5 Mn em % atômica. Na posição zero do sistema foi adicionada a fase austenítica CFC, com força motriz mínima para ativação de 10-5 J.mol-1 (GARZON, 2006). Após ativação, a região inicial de CFC foi

135 introduzida com um tamanho inicial de 0,1 nm (GARZON, 2006). A ativação aconteceu no primeiro passo temporal de 10-7 s. O módulo interno de difusão assistida por discordâncias do DICTRA® foi usado para incrementar a mobilidade dos elementos. Os valores de densidade de discordâncias para a austenita (0,75 x 1014 m-2) e a martensita (2 x 1014 m-2) foram consistentes com os valores relatados por WIESSNER, 2017, obtidos através de dados experimentais por difração de raios-X in situ durante o revenimento intercrítico de um aço inoxidável martensítico 15Cr – 5,3 Ni – 0,9 Mo – 0,04 C – 0,04 N. Os valores dos vetores de Burger’s para a martensita e a austenita foram calculados como 2,51 e 2,55 Å, respectivamente, baseados nos dados de difração in situ (SANDVIK, 1983). O termo de fração de energia foi fixado para 0,68 para ambas as fases, o que está de acordo com os valores publicados por STECHAUNER, 2014. O modelo foi executado até o tempo máximo de 5 h e perfis composicionais para todos os elementos foram extraídos após 1 x 10-4; 1; 10; 100; 1000; 3000; 6000; 9000 e 18000 s.

O resumo dos equipamentos e softwares usados neste trabalho, como resultado de colaborações nacionais e internacionais, é mostrado na Tabela 4. 6. O software Matlab® foi usado principalmente para o pré-tratamento dos conjuntos de dados experimentais de difração de raios-X da linha XTMS. Os dados foram acondicionados para serem analisados em detalhe nos softwares X-Pert High Score Plus® e Igor Pro®, mediante o uso de códigos de usuário desenvolvidos por FARIA, 2014 e BABU, 2005, respectivamente. O software PowderCell® foi usado para simular difratogramas teóricos das fases de interesse, através de arquivos disponíveis na base de dados ICSD de cristalografia.

136 Tabela 4. 6. Resumo dos equipamentos e softwares usados neste trabalho.

Softwares

Tipo Modelo Local

Matlab® R2011b

R2016b CNEPM, Brasil.

X’Pert High Score Plus®. 3.0.0 CNEPM, Brasil.

Igor Pro®. 7 CNPEM, Brasil.

The University of Tennessee, USA.

PowderCell®. V 2.4 CNEPM, Brasil.

Thermo-Calc®.

TCFE7 Database CNPEM, Brasil.

TCFE7 Database The University of Tennesse, USA. TCFE9 Database The Ohio State University, USA.

DICTRA®. MOBFE2 Database CNPEM, Brasil.

Equipamentos

Equipamento Modelo Local

DRX Panalytical X’pert Pro CNPEM, Brasil.

DRX síncrotron UVX – Linha XTMS. CNPEM, Brasil.

Simulação física Gleeble 3S50TM CNPEM, Brasil.

Mufla tubular EDG FTHI CNPEM, Brasil.

Microdurômetro

LECO LM100 AT CNPEM, Brasil.

M-400-h1 The Ohio State University, USA.

MOBFE3 Database The Ohio State University, USA. MEV

FEI Quanta 650 FEG CNPEM, Brasil.

FEI Quanta 200 The Ohio State University, USA.

FIB

FEI Nova 200 Dual Beam Oak Ridge National Laboratory, USA. FEI Helios NanolabTM 600 The Ohio State University, USA.

ZEISS Auriga 60 Karlsruhe Nano Micro Facility, Alemanha. FEI Strata 400 STEM Karlsruhe Nano Micro Facility, Alemanha.

TSA Cameca LEAP 4000X HR Oak Ridge National Laboratory, USA.

Karlsruhe Nano Micro Facility, Alemanha.

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5 RESULTADOS E DISCUSSÕES

Ao longo deste capítulo são apresentados os resultados obtidos em relação ao esclarecimento do mecanismo de reversão e da estabilidade térmica da austenita revertida durante o revenimento intercrítico simples e múltiplo. Os resultados foram separados em três tópicos principais, distribuídos em 4 seções:

- Cálculos termodinâmicos:

O capítulo 5.1 mostra diversos cálculos termodinâmicos visando a predição da fração de fases e das respectivas composições para as temperaturas de interesse dos tratamentos térmicos de revenimento do AISM.

- Revenimento intercrítico simples:

- O capítulo 5.2 mostra os aspectos cinéticos referente ao mecanismo de reversão e estabilização de austenita, partindo de uma matriz de martensita nova e composição homogênea. A influência do tempo, temperatura e taxa de aquecimento foram estudados tanto na superfície (difração de raios-X com luz síncrotron), quanto no volume (dilatometria laser) de amostras submetidas a simulação térmica in situ.

- O capítulo 5.3 detalha os aspectos composicionais referente ao mecanismo de reversão e estabilização da austenita, partindo de uma matriz de martensita nova e composição homogênea. Os fenômenos de partição e segregação de elementos entre a austenita e a martensita, e de precipitação de fases secundárias foram estudados na escala nanométrica por tomografia de sonda atômica e espectroscopia de raios-X por dispersão de energia usando a microscopia eletrônica de transmissão em modo de varredura.

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- Revenimento intercrítico múltiplo:

- O capítulo 5.4 detalha os aspectos cinéticos e composicionais referente ao mecanismo de reversão e a estabilidade térmica da austenita, partindo de uma microestrutura de morfologia e composição heterogênea. A microestrutura de partida foi obtida em condições controladas após revenimento simples em 625 °C durante 2,5 horas, resultando em frações volumétricas, composições e morfologias bem conhecidas. A evolução da microestrutura foi estudada por difração de raios-X com luz síncrotron durante a simulação física de ciclos duplos de revenimento, com temperaturas de reversão subsequentes abaixo e acima de 625 °C. Adicionalmente, um tratamento de revenimento triplo com temperaturas subsequentes abaixo de 625 °C foi conduzido até atingir estabilização total da austenita revertida mediante a supressão da transformação martensítica. A evolução morfológica e composicional da microestrutura foi detalhada ao longo do processo através de tomografia de sonda atômica e espectroscopia de raios-X por dispersão de energia usando a microscopia eletrônica de transmissão em modo de varredura.

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5.1 Cálculos termodinâmicos

O software Thermo-Calc® junto à base de dados TCFE8 foram usados para realizar cálculos termodinâmicos de diagramas de fases, fração molar e composição de fases em equilíbrio para as temperaturas de interesse no processamento térmico dos aços inoxidáveis supermartensíticos. Os cálculos foram baseados na composição nominal da liga, mostrada na Tabela 4. 1.