Evolução microestrutural durante a deformação

Para investigar a evolução microestrutural durante a deformação a quente, foram realizados ensaios isotérmicos e interrompidos em diferentes níveis de deformação. Sempre, imediatamente após a interrupção da deformação as amostras eram resfriadas bruscamente em água. Foram escolhidas seis diferentes condições de deformação (Tdef = 1000 oC com taxa de deformação de 0,01 e 1,0 s-1; Tdef = 1100 oC com taxa de deformação de 0,01, 0,5 e 1,0 s-1_{; T}def = 1200 oC com taxa de deformação de 0,5 s-1). A ocorrência ou não da recristalização dinâmica foi investigada utilizando as sequências de micrografias mostradas nas Figuras 4.36 a 4.41.

A Figura 4.36 ilustra a evolução da microestrutura na amostra ensaiada a 1000 oC com taxa de 0,01 s-1. Nessa sequência de micrografias, vê- se que na deformação de pico (εp = 0,12), Figura 4.36a, a microestrutura encontra-se levemente deformada. Na deformação de 1,1, Figura 4.36b é possível observar a presença de novos pequenos grãos DRX gerados ao longo dos contornos de grãos pré-existentes. Em deformações maiores, mais novos grãos formaram-se dinamicamente, Figura 4.36c, sem qualquer mudança maior no seu tamanho médio. Esta sequência microestrutural sugere que a recristalização se inicia pelo processo de nucleação por colar.

Embora os novos grãos se formem em tornos dos contornos de grãos antigos, a distribuição dos novos grãos com a evolução da deformação

não mantém exatamente a forma típica do processo de nucleação por colar. Na Figura 4.36b observa-se uma grande concentração de novos grãos em torno de alguns contornos de grãos antigos. Na Figura 4.36c pode-se observar que a distribuição de novos grãos recristalizados concentrou-se em algumas regiões. Esta concentração de novos grãos indica que a deformação está ocorrendo preferencialmente nestas regiões, caracterizando-se um processo de fluxo localizado que gera instabilidade plástica no material. Também, vale notar, Figura 4.36d, que a microestrutura após grande deformação possui ainda muitos grãos antigos deformados, mostrando que mesmo em grandes deformações a recristalização dinâmica ainda não se completou.

Figura 4.36 Evolução microestrutural ao longo da curva tensão vs. deformação durante a deformação a quente a 1000 ºC com taxa de deformação de 0,01 s-1.

(c)

(d)

(c)

75µm

(b)

(a)

A Figura 4.37 ilustra o desenvolvimento da recristalização dinâmica pela formação de colares para Tdef = 1000 oC com taxa de 1,0 s-1. A micrografia para a deformação de 0,22 (εc = 0,16), Figura 4.37a, mostra que a microestrutura encontra-se levemente deformada, com a presença de contornos serrilhados. Para maiores deformações há elongação dos antigos grãos na direção de deformação, assim como o serrilhamento de seus contornos aumenta gradualmente. Na deformação de pico (εp = 0,42) Figura 3.37b, não se observa a presença de grãos DRX e com o aumento da deformação é possível observar a presença de novos pequenos grãos, sem que ocorra mudança aparente em seu tamanho.

Figura 4.37 Evolução microestrutural ao longo da curva tensão vs. deformação durante a deformação a quente a 1000 ºC com taxa de deformação de 1,0 s-1.

(a) 

_(b) 

(c) 

(d) 

(d) 

(b) 

(a) 

(a) 

(b)

(c) 

(d)

(d) 

(c) 

(b)

(a) 

Para a deformação de 4,0, Figura 4.37d, a microestrutura contém ainda muitos grãos pré-existentes deformados, indicando que a recristalização dinâmica ocorreu apenas, parcialmente. Também, pode-se observar com clareza a concentração de novos grãos em algumas regiões, indicando um processo de fluxo localizado.

Micrografias obtidas para temperatura de deformação de 1100 oC e taxa de deformação de 0,01 s-1 são apresentadas na Figura 4.38, onde pode ser visto o desenvolvimento da recristalização dinâmica pela formação de colar. Verifica-se para a deformação crítica (εc = 0,14), Figura 4.38a que a microestrutura encontra-se deformada, com a presença de contornos de grão serrilhados. Na deformação de pico (εp = 0,59) Figura 4.38b, aparece grãos recristalizados ao longo dos contornos de grão pré-existentes, iniciando a formação dos primeiros grãos recristalizados dinamicamente, substituindo gradualmente os contornos antigos. Com o aumento da deformação, aumentam também o serrilhamento dos contornos de grão pré-existentes e o surgimento de novos grãos recristalizados dinamicamente, resultando em novas camadas da estrutura em forma de colar.

Embora o número de grãos pré-existentes deformados diminua com o avanço da recristalização, com a deformação de 4,0, Figura 4.38d, ainda pode-se observar a presença de alguns desses grãos, mostrando que o processo de recristalização dinâmica ainda não se completou, mesmo com deformações no estado estacionário de tensões (εss = 3,0). Ainda, para a deformação de 4,0, Figura 4.38d, pode-se observar que o tamanho médio dos grãos recristalizados dinamicamente é maior que o tamanho médio observado nas etapas iniciais, quando prevalecia a nucleação com a formação de colar.

Quando se compara as micrografias ilustradas nas Figuras 4.36 e 4.38, observa-se que o aumento de temperatura de deformação de 1000 para 1100 oC, com a taxa de deformação de 0,01 s-1, proporcionou um aumento significativo da fração recristalizada dinamicamente.

Figura 4.38 Evolução microestrutural durante a deformação a quente a 1100 ºC com taxa de deformação de 0,01 s-1.

A Figura 4.39 ilustra o desenvolvimento da recristalização dinâmica com a formação de colar na temperatura de 1100 °C e taxa de deformação de 0,5 s-1. A Figura 4.39a mostra que para pequenas deformações (ε = 0,10), a microestrutura apresenta-se levemente deformada e com alguns contornos de grão serrilhados. Tanto a deformação dos grãos pré-existentes como o serrilhamento dos seus contornos aumentam com a deformação. Para a deformação 0,32 (εp = 0,28), Figura 4.39b, se observa a presença de grãos

(a) 

75µm

(b)

dinamicamente recristalizados. Já na deformação de 2,3, Figura 4.39c, o material encontra-se quase que completamente recristalizados, com exceção de alguns grãos antigos deformados remanescentes. A microestrutura na deformação de 4,0, acima da εss = 3,0, Figura 4.39d, possui ainda alguns grãos pré-existentes deformados e apresenta grãos levemente maiores.

Figura 4.39 Evolução microestrutural durante a deformação a quente a 1100 ºC

com taxa de deformação de 0,5 s-1.

(a) 

(b)

(c) 

(d)

Quando se compara as microestruturas mostradas nas Figuras 4.38 e 4.39, observa-se que a redução na taxa de deformação de 0,5 para 0,01 s-1 em Tdef = 1100 oC gerou uma queda na cinética de recristalização. Embora a microestrutura para a deformação de 4,0 com taxa de 0,5 s-1 seja muito mais fina (dDRX =5 μm), a presença de grãos pré-existentes deformados relativamente grandes torna essa microestrutura muito mais heterogênea do que a obtida para a taxa de 0,01 s-1 (dDRX =12 μm).

Na Figura 4.40 verifica-se o desenvolvimento da recristalização dinâmica também pela formação de colar para a Tdef = 1100 oC e de 1,0 s-1. A Figura 4.40a mostra que para ε = 0,21 (εc = 0,14) a microestrutura se apresenta levemente deformada com alguns contornos de grão serrilhados. Para a deformação 0,42 (εp = 0,43), Figura 4.40b, já se observa a presença dos primeiros grãos dinamicamente recristalizados ao longo de contornos de grão. A deformação dos grãos pré-existentes, o serrilhamento dos contornos e o surgimento de grãos recristalizados, aumentam com a deformação. Na deformação de 1,7 (εss = 3,0), Figuras 4.40d, o material encontra-se bastante recristalizados porém, mantendo ainda a presença de grãos pré-existentes deformados. A microestrutura na deformação de 4,0, maior que a deformação de estado estacionário (εss), Figura 4.40e, possui ainda alguns grãos pré- existentes deformados e apresenta o tamanho médio de grãos recristalizados levemente maior. Em geral, esta sequência de micrografias revela que nesta condição de deformação a recristalização dinâmica é retardada.

Ao se comparar as micrografias ilustradas nas Figuras 4.37 e 4.40, observa-se novamente que o aumento de temperatura de deformação de 1000 para 1100 oC, com taxa de 1,0 s-1 proporcionou um aumento significativo na fração recristalizada dinamicamente.

Figura 4.40 Evolução microestrutural durante a deformação a quente a 1100 ºC

com taxa de deformação de 1,0 s-1.

(a) 

(b)

(c) 

(d)

(e) 

A Figura 4.41 mostra microestruturas obtidas para a condição de deformação com Tdef = 1200 oC e 0,5 s-1. Embora nas Figuras 4.41a e 4.41b se observe algum serrilhamento em contornos de grãos, a nucleação preferencialmente em contornos de grãos não é observada, pelo menos de forma clara como nas microestruturas anteriores, sugerindo que esta pode ocorrer de modo convencional, ou seja, com a nucleação tanto nos contornos quanto dentro dos grãos. Na deformação crítica (εc = 0,10), Figura 4.41a se observa alguns contornos de grãos serrilhados. Em εp = 0,32, Figura 4.41b o número desses contornos é maior com predominância do alongamento e para a deformações 1,2 e 2,3 (εss = 2,3), Figuras 4.41c e 4,41d a microestrutura se encontra quase toda recristalizada, visto que existem ainda alguns grãos pré- existentes deformados, confirmando que não há homogeneidade no processo de recristalização dinâmica. A microestrutura ilustrada na Figura 4.41e, para a deformação de 4,0, mostra que o tamanho médio dos grãos é maior que nos casos anteriores.

Figura 4.41 Evolução microestrutural durante a deformação a quente a 1200ºC com taxa de deformação de 0,5 s-1.

A Figura 4.42 mostra de forma quantificada a evolução do tamanho médio dos grãos recristalizados dinamicamente em função da quantidade de deformação imposta, como descrito nas Figuras 4.36 - 4.41. Pode-se ver que, em temperaturas mais baixas, quando todo o processo de nucleação ocorre com formação de colar não há variação significativa no tamanho médio dos grãos formado em diferentes níveis de deformação. Todavia, quando a deformação é conduzida em maiores temperaturas observa-se que o tamanho médio dos grãos formados nas etapas finais é maior que os formados nas etapas iniciais.

(a) 

(b)

(c)

(d)

(e)

(a) 

(b)

(c) 

(d)

(e)

Figura 4.42 Variação do tamanho médio dos grãos durante a recristalização dinâmica com formação de colar e nucleação convencional (N.C).

A Figura 4.43 mostra os valores da dureza das amostras submetidas aos ensaios interrompidos. De uma forma geral, a dureza aumenta com a quantidade de deformação imposta antes da interrupção, tendendo para um estado estacionário em grandes deformações. Essa tendência parece não ser seguida para a amostra deformada a 1200 ºC com taxa de 0,5 s-1 que tende a ter um decréscimo na dureza em grandes deformações.

Figura 4.43 Variação da dureza das amostras submetidas a ensaios interrompidos.