Estruturas Metaestáveis Obtidas por Resfriamento Rápido RSP

Estrutu ras met aest áv eis ou , mai s precis ament e, con figuraçõ es

con geladas d e est ruturas metaest áv ei s não s ão nov idad e na met al urgia. Realment e, muit o da prática t radicion al em metal urgi a tem s ido cent rad a n a fo rmação , caracteriz ação, com preens ão e cont rol e s ob re est ru turas qu e sej am com posi cio nalment e, topo lo gi cam ent e e/o u mo rfolo gicam ent e met aest áv eis.

Ent ret an to, cerca d e du as a t rês d écadas at rás, h ouv e u m gran de

cres cim ent o n o int eres se na prod ução e est udo de n ovas estrutu ras

met aest áv eis na met alu rgi a e em out ras ci ên cias d e fas es co ndens ad as. Es se cres cim ent o no i nt eress e sob re est as est ruturas é refl ex o d e d es env olvim en tos em t écni cas de res friamento brus co d e mat eri ais fu ndid os, co nd ens ação e irrad iação d e mat eriais , em conju nto com o ent en dim ento da cin éti ca de

evo lu ção de mi cro est rut uras d ess e ti po. Al gun s dos n ovos m at eri ais

pro duzid os s ão vi dros m et áli cos , li gas cri st alin as su per sat urad as e no vas li gas com d ensi dad es interfaci ais ex cep ci onalment e alt as[ 2 1 ]. As li gas de vid ro

met áli co estão en tre as m ais o ri gi nai s e interess ant es d esco bert as so bre mat eri ai s m et aestáveis.

O p ro cedim ent o geral p ara sínt es e de estrutu ras m etaestáveis

co rres pon de a en ergizar e resfri ar b rus camente o m at eri al . A en ergização

con sist e em evapo ração, di ssol ução , i rradi ação, defo rm ação pl ás tica o u

aqu ecim ent o do m at eri al em um est ad o sólid o o u líq uido . O R esfri am ent o bru sco é n orm alm en t e caracteriz ado p el a tax a de resfriam ento.

3.14.1 Formas de Metaestabilidade Resultantes do processamento por Rápida Solidificação.

Li gas soli difi cad as rapi damente o u prep arad as p or m étodos d e

pro cess am ent o po r rápi da so lidi fi cação (RSP Rapid Soli difi catio n Pro cessi n g) pod em ap res ent ar um a o u o ut ra d e q uat ro fo rmas d e met aest abi lidade[ 2 2 ]:

1. Uma ex ten são de solubili dade s ólid a al ém do v alo r de

equ ilíb rio , qu e pod e ser p arci al ou (co mo no sist em a A g Cu) com plet a.

2. Fo rm ação d e uma ou mai s fases m et aes táveis cri stal in as.

3. Ab aix o d e Ms , tem peratu ra ond e t em i níci o a t ransformação

martensíti ca, al gum as vezes a mart ensi ta pode s er substi tuíd a por um a out ra fas e.

4. Fo rm ação d e vid ro m et áli co.

Du rante as p rim ei ras décadas d a p esqu is a sobre RSP, a ênfas e foi fo cada nas fas es crist ali nas , esp eci alm ente n as fas es m et aest áv eis não ferros as. A parti r d o iní ci o d e 19 70, hou ve cres cim ent o no int eress e p or vi dro s m et áli cos.

O int ens o int eress e em vi dros m et áli cos tem d uas b as es: p ri mei ram ente, o not áv el int eres se ci entí fi co nestes m ateriai s aind a pou co con heci dos , em parti cul ar su a est ru t ura, prop ried ad es m ecânicas incom uns (resist ên ci a mu ito

alt a com bin ad a co m tenaci dade), p ro pri ed ad es el ét ricas e prop ri ed ad es

ferrom agn éti cas; e em segu ndo l u gar, o interess e por ap licações p ráti cas para

ex cit ação d e p ot ên ci a n est es materi ais s ão ex trem am ent e b ai x as, o qu e é d e grand e int eres se em peq uen as e gran des aplicaçõ es co m t rans form ado res.

Li gas cri stalin as fo rmad as at ravés d e R SP possu em geralm ente, meno r het ero gen eid ade d e com posi ção , grãos e t am an hos d e d end rit as . T em a hab ilid ad e p ara in co rpo rar m ais s oluto d o que o s mét odo s conv en cio nai s, o que p ermit e o bter m aio r en du recim ent o por env elh ecim ento em s ubs eq üent e tratam ento t érmi co.

Estud os recent es so bre soli difi cação rápid a de li gas d e tit âni o tem

dem onst rado um s igni fican te refin am ent o micro est rutural e melh ores

qualid ad es p od em s er al can çadas em li g as d e tit ânio soli difi cad as a t ax as d e

resfri am ento >103 K /s (o u 7 26, 85 º C/s ). Pós típ icos fo ram pro duzid os com

vel oci dades d e rot ação ent re 80 00 e 2 9000 rpm . E nt ret an to , métod os p ara pro du ção d e pós d e tit ânio p or rápid a soli dificação tem recebid o pou c a at en ção[ 1 9 ]. Gran de p art e do s pós d e li gas de tit ânio t em sid o p rod uzidos p elo s pro cess os de hid ret ação/d e hid ret ação ou po r atomiz ação em disco rot ativ o a

parti r d e el etrodo s rotati vos , lin got es ou cadin hos. Ex cet o p elo mét odo d e

hidret ação/d e hid ret ação, t odos os mét odos d e p rod ução d e p ós m et áli cos env olv em v ári os es tági os para a rápi d a soli fi cação qu e aind a não fo ram quanti ficados. R ecentem ent e, Ko nitzer et al . us ou fund i ção po r l as er e atomiz ação rot ati va para p ro duzir rápid a solificação de pó s de li gas Ni Mo Al e Ti 6 Al 4V . Pen g et alli qu ant ifi co u em um est udo a d ep end ên ci a ent re o diâm et ro do pó e as vari áv eis d e proces so e a depend ên ci a ent re a t ax a d e resfri am ento e o diâmet ro do pó . Um cál cul o com m aio r precisão d o diâm et ro do pó em fu nção d a vel oci dade d e rot ação não é prati cáv el, d evi do à in certez a na determi nação de v alo res com o t ens ão s uperfi cial e vi scosid ad e.

3.14.2 Taxas de Resfriamento em processamento por Rápida Solidificação

A t ax a d e res fri amen to no est ágio d e co n gel am ent o po de ser ded uzid a

indi ret am ent e p el a medi ção d a caract erí sti ca mi cro est rutural do só lido

result ant e, m ais com umente, o esp açam ento d e braço s ecund ári o d e d end rit a, ou aind a o esp açam ento l am elar eut éti co , mas tal abo rd agem micro est rutu ral

não est á di spo nív el quando o produt o s ólido é um vi dro. A s limitaçõ es dos méto dos d e m edi ção indi ret a são:

1. Não é apli cáv el à fo rmação d e vid ro.

2. Podem fo rn ecer u ma estim ati va s om ent e da t ax a d e res fri amento efeti va (rel ati va ao temp o d e soli di fi cação e esp ess ura da

esp éci e) n a faix a de t emp erat ura n a qual a solid ificação

acont ece.

3. Cad a famíli a d e li gas requ er u ma cali bração disti nta.

Por to das as razõ es cit ad as, a m edi ção d ireta da t ax a de resfriament o rápido é p referív el, ap es ar d e h av er di fi cul dades para su a ex ecu ção. Gran de part e d as m edid as di ret as s ão feit as t end o como referên ci a a técn ica qu e em tradu ção lit eral do in gl ês seri a pis tão e b i gorna (o t ermo o ri gi nal é pis ton and anv il techni qu e). D ess e mod o, H arbu r et al. (196 9) fez uso de met ai s con veni ent em ent e is olados p ara d ois “pis tões ” como o s ramos de um t erm op ar

intrí ns eco, co nsid erand o q ue Du flo s an d Canto r (198 2) us aram term op ares

em cont ato com o fund ido . Pirom et ria d a gotí cul a t ambém t em sid o

emp regad a p ara ess e fim (K att ami s et al. , 1973 ).

As est rutu ras d en dríticas s olidi fi cad as pod em s er vis ual izadas ap ós simpl es at aqu e quí mico do pó, e o esp açamento de b raços d e d en drit a (D en drit e arm Sp aci n gs – D AS) pod e s er utiliz ado p ara esti mar as t ax as d e resfri am ento a p arti r d e correl ação p révia obt id a ent re D AS e a t ax a d e resfri am ento .

Fi gura 3.2 3 Est rut u ra dend ríti ca com indi cação dos es paçamentos interd en drí ticos pri m ári os (λ1) e s ecund ários (λ2).