5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Visando propiciar ao leitor um melhor entendimento das discussões dos resultados, inicialmente será apresentado a caracterização dilatométrica do aço (substrato), e em seguida os resultados da simulação computacional referente aos eventos térmicos ocorridos no aço durante o processo de deposição das ligas. O entendimento preliminar destes efeitos é importante para o completo entendimento das transformações ocorridas no aço durante o processo de deposição da liga de níquel. Após este esclarecimento, discorre-se sobre a caracterização microestrutural das ligas de níquel no estado de entrega e após os tratamentos térmicos a elas submetidos, com avaliação dos perfis de microdureza correspondentes.
5.1 Ensaios de Dilatometria
Visando caracterizar as transformações de fases que ocorrem no aço estudado, para melhor entender os efeitos da deposição térmica na interface do substrato com a liga depositada, amostras representativas do aço API 5CT grau L80 foram submetidas a ensaios de dilatometria. É importante destacar que as amostras utilizadas nesses ensaios não foram submetidas ao processo de deposição, ou seja, não passaram por nenhuma alteração microestrutural, ou química após sua fabricação.
A) Temperaturas Críticas de Austenitização
Como já descrito em Materiais e Métodos, doze amostras do aço estudado foram aquecidas a 5ºC/s até às temperaturas de austenitização desejadas neste trabalho (950ºC e 1150ºC). Durante esta austenitização, foram utilizadas exatamente as mesmas condições, com exceção da temperatura máxima, que foram 1150oC e
950°C. Assim, verificou-se que as temperaturas críticas Ac1 e Ac3 são, em média, idênticas. Uma vez que a taxa de aquecimento foi exatamente a mesma, como era esperado.
Durante o aquecimento, curvas de dilatação L/L0 versus temperatura foram monitoradas e tratadas por meio da aplicação do método dos desvios mínimos. A Figura 5.1 apresenta um exemplo de uma destas curvas de austenitização.
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Figura 5.1 – Curva de dilatação durante aquecimento contínuo do aço estudado a 5oC/s.
Por meio do tratamento dos dados gerados a partir dos doze ensaios de austenitização, foi possível determinar as temperaturas críticas médias Ac1 e Ac3, assim como a cinética de austenitização do aço. A Figura 5.2 apresenta a fração de austenita formada durante aquecimento contínuo em função da temperatura. Estes dados foram obtidos por meio da aplicação da regra da alavanca nas curvas de dilatação. Foi possível ajustar uma equação exponencial que descreve, com boa precisão a cinética de austenitização contínua deste aço.
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Figura 5.2 – Cinética de austenitização do aço estudado durante aquecimento contínuo a 5oC/s.
Após a obtenção dos dados, resume-se os resultados obtidos para cada um dos doze ensaios, assim como valor médio determinado para as temperaturas críticas Ac1 e Ac3 na Figura 5.3. Pôde-se observar que a temperatura de início de austenitização (Ac1) do aço estudado é 739ºC e a temperatura de final de austenitização (Ac3) é 852ºC.
44 B) Determinação do diagrama TRC para a temperatura de austenitização de 950°C
Após a austeitização dos doze corpos de prova a 950oC, cada um deles foi
submetido a uma taxa de resfriamento distinta, sendo elas 200oC/s; 100oC/s;
75oC/s; 50oC/s; 25oC/s; 15oC/s; 10oC/s; 7,5oC/s; 5oC/s; 2,5oC/s; 1oC/s e 0,5oC/s, como
já havia sido descrito no item 4.2.1.3. Durante o resfriamento contínuo, as curvas de dilatação L/L0 foram monitoradas e as temperaturas críticas de transformação
de fases durante resfriamento contínuo foram determinadas para que posteriormente o diagrama TRC do aço estudado fosse traçado. A Figura 5.4 apresenta um exemplo de uma curva de dilatação monitorada durante um resfriamento contínuo a uma taxa de 25oC/s.
Figura 5.4 – Gráfico apresentando a curva de dilatação obtida no ensaio realizado para uma taxa de resfriamento de 25°C.
Percebe-se, analisando a Figura 5.4, que entre 380°C e 265°C ocorre uma transformação martensítica, determinando-se o início (380°C) e o final (265°C) desta transformação. Com base na análise destes dados, para cada temperatura de resfriamento apresentada, foi elaborado o diagrama TRC do aço API 5CT Grau L80, apresentado pela Figura 5.5.
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Figura 5.5 – Diagramas TRC do aço em estudo austenitizado a 950°C (Ar3-Início de decomposição da austenita em ferrita primária; Pi – Início de formação de perlita; Pf – Final de
formação de perlita; Bi- Início de formação de bainita; Bf – Final de formação de bainita; Mi – Início de transformação martensítica; Mf – Final de transfrmação martensítica).
Percebe-se que se trata de um diagrama típico de um aço baixo carbono microligado com campo de transformação bainítica ligeiramente destacado em decorrência da existência de elementos microligantes bons formadores de carbonetos. Foram selecionadas quatro amostras submetidas a diferentes taxas de resfriamento para caracterização microestrutural, com objetivo de se comprovar os microconstituintes obtidos. A Figura 5.6 apresenta as imagens das microestruturas analisadas ao MEV para as amostras austenitiadas a 950ºC e resfriadas sob as taxas de 0,5°C/s, 5°C/s, 10°C/s, e 100°C/s.
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Figura 5.6 – Microestruturas das amostras de dilatometria austenitizadas a 950°C. MEV. Ataque Nital 4%. MEV - Aumento de 5000x. Taxas de resfriamento de A) 0,5°C/s; B) 5°C/s; C)
10°C/s; D) 100°C/s.
Em uma taxa de 0,5°C/s, há a formação de ferrita e perlita (Figura 5.6 - A). É notável também que para a taxa de resfriamento de 5°C/s verifica-se ferrita primária e bainita (Figura 5.6 - B). Para a taxa de resfriamento de 10°C/s, percebe-se a formação de bainita e martensita, com resquícios de ferrita granular (Figura 5.6 - C). Por fim, para a taxa de resfriamento de 100°C/s percebe-se formação predominante de martensita (Figura 5.6 - D), verificando-se uma martensita mais refinada.
47 C) Determinação do diagrama TRC para a temperatura de austenitização a 1150°C
Para determinar o diagrama TRC das amostras austenitizadas a 1150°C, foi empregado a mesma metodologia descrita no item B), modificando-se apenas a temperatura final de austenitização. Assim, a Figura 5.7 apresenta o diagrama TRC obtido para as amostras tratadas a 1150°C.
Figura 5.7 - Diagrama TRC do aço em estudo austenitizado a 1150°C (Ar3-Início de decomposição da austenita em ferrita primária; Pi – Início de formação de perlita; Pf – Final de
formação de perlita; Bi- Início de formação de bainita; Bf – Final de formação de bainita; Mi – Início de transformação martensítica; Mf – Final de transfrmação martensítica).
Pode-se observar que as linhas do diagrama TRC das amostras austenitizadas na maior temperatura (1150°C) estão ligeiramente mais deslocadas para a direita e para baixo (maior temperabilidade, velocidade crítica 15oC/s) em relação às austenitizadas
em temperaturas mais baixas (menor temperabilidade, velocidade crítica 20oC/s). Este
resultado está em acordo com a literatura, pois segundo estudos prévios, quanto maior a temperatura de austenitização e maior o crescimento de grão austenítico, mais lento é o processo de nucleação de constituintes difusionais, favorecendo a transformação martensítica (LI et al, 2014).
Após os tratamentos, as amostras resfriadas sob as taxas de 0,5°C/s, 5°C/s, 10°C/s, e 100°C/s foram preparadas e suas microestruturas foram caracterizadas, obtendo-se as imagens junto ao MEV, apresentadas pela Figura 5.8.
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Figura 5.8 – Microestruturas das amostras de dilatometria austenitizadas a 1150°C. MEV. Ataque Nital 4%. MEV - Aumento de 5000x. Taxas de resfriamento de A) 0,5°C/s; B) 5°C/s; C)
10°C/s; D) 100°C/s.
Em uma taxa de 0,5°C/s, há a formação de ferrita e perlita, entretanto percebe-se uma diferença na fração e morfologia da ferrita em comparação com a Figura 5.8 – A. Para a menor temperatura de austenitização (950°C) verifica-se maior fração de ferrita, com uma morfologia preferencialmente equiaxial, enquanto para a maior temperatura de austenitização (1150°C), verificou-se menor fração de ferrita, sendo essa com morfologia preferencialmente acicular. Isto acontece pois, no aquecimento a 1150°C há um maior crescimento de grão austenítico, dificultando a nucleação e crescimento de ferrita equiaxial.
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É notável também uma diferença nas microestruturas. Em uma taxa de resfriamento de 5°C/s, para a temperatura de austenitização de 950°C, verifica-se ferrita primária e bainita (Figura 5.6 - B). Já para o aquecimento à 1150°C, a fração de ferrita é significativamente menor, com morfologia predominantemente acicular e a bainita se torna o constituinte majoritário (Figura 5.8 – B).
Para a taxa de resfriamento de 10°C/s, percebe-se a formação de bainita e martensita. Por fim, para a taxa de resfriamento de 100°C/s percebe-se formação predominante de martensita (Figura 5.8 - D). Porém, para a amostra austenitizada a 950°C (Figura 5.6 - D), verifica-se uma martensita mais refinada em relação à amostra austenitizada à 1150°C (Figura 5.8 - D), onde a martensita se apresenta mais grosseira com morfologia de ripas.
Portanto, pode-se afirmar que as microestruturas obtidas nas Figuras 5.6 e 5.8 podem ser precisamente justificadas pelas curvas de resfriamento TRC determinadas, ficando claro que a diferença na temperatura de austenitização influencia diretamente as curvas e consequentemente, as microestruturas obtidas para as mesmas taxas de resfriamento aplicadas.
D) Ensaios de Microdureza dos Corpos de Prova Ensaiados por Dilatometria
Buscando complementar a caracterização das amostras do aço submetidas aos ensaios de dilatometria, ensaios de microdureza Vickers foram realizados, obtendo-se os resultados apresentados na Figura 5.9.
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Ao se analisar a Figura 5.9, tomando-se taxas de resfriamento similares, percebe-se uma pequena variação da microdureza Vickers, em função da temperatura de austenitização e das taxas de resfriamento. Para a menor temperatura de austenitização (950°C), há um menor crescimento de grão austenítico, e por consequência uma maior densidade de contornos de grãos. Portanto, há um número maior de regiões preferenciais para nucleação heterogênea de constituintes difusionais, tais como ferrita, perlita e bainita superior (RICKMAN, 1997), justificando uma menor microdureza, em relação à amostra tratada a 1150°C, ambas resfriadas a 0,5°C/s.
Para a taxa de resfriamento de 10°C/s e para as inferiores, ainda há formação ferrita primária equiaxial nas amostras austenitizadas a 950°C (Figura 5.6 - C), deixando a microestrutura mais macia em relação à amostra aquecida a 1150°C (Figura 5.8 - C), o que justifica os resultados de microdureza obtidos. Para as amostras resfriadas à taxa de 100°C/s, percebe-se uma inversão nos resultados, onde a amostra austenitizada a 1150°C passa a ter um valor inferior de dureza, em relação à amostra aquecida a 950°C. Isto se dá pelo fato de que, para o aquecimento à temperatura de 1150°C, os grãos austeníticos serão relativamente maiores, se comparados aos grãos austeníticos formados à temperatura de 950°C. Portanto, para grãos austeníticos menores, evidencia-se uma martensita mais refinada (acicular). Em contrapartida, para grãos austeníticos maiores, percebe-se uma martensita mais grosseira, prevalecendo a morfologia de ripas. Logo, uma estrutura martensítica mais refinada irá apresentar uma dureza relativamente maior, ao se comparar com uma estrutura martensítica mais grosseira (MARTINS et al, 2014).