Tratamentos Térmicos

4.2.3.1. Tratamento térmico de refino da perlita

Em posse dos diagramas TRC e TTT do Aço Nb-V, obtidos pelo ensaio de dilatometria, é possível propor tratamentos térmicos para obtenção de diferentes estruturas para esse mesmo material.

Com o intuito de se compreender o papel da presença no Nb e do V no aço eutetóide, concomitantemente ao papel do crescimento do grão austenítico, propôs-se avaliar a influência do Nb e do V (em solução sólida e também na forma de precipitados) e do tamanho de grão austenítico na estrutura perlítica, por meio da realização de tratamento térmico de Refino da Perlita, com duas diferentes temperaturas de austenitização do material (900°C e Tdis). Os

corpos de prova foram aquecidos durante 8 minutos em um forno Analógica modelo AN1408- W64 (Figura 4.22) tanto para os ensaios das amostras austenitizadas na temperatura de 900°C, quanto na Tdis, foram retirados do forno e posteriormente resfriados ao ar forçado por 10

segundos e resfriados continuamente ao ar calmo até a temperatura ambiente. Esse tratamento térmico foi realizado no Laboratório de Tratamentos Térmicos e Microscopia Óptica LTM/DEMET/Escola de Minas/UFOP, nos corpos de prova de tração, fadiga e desgaste.

Figura 4. 22 – Forno Analógica modelo AN1408-W64 do Laboratório de Tratamentos Térmicos DEMET/Escola de Minas/UFOP.

4.2.3.2. Tratamento térmico de austêmpera

Avaliou-se, também, a influência do Nb e do V (em solução sólida e também na forma de precipitados) concomitantemente ao papel do crescimento do grão austenítico na estrutura bainitica por meio da realização de tratamento térmico de Austêmpera, com duas diferentes temperaturas de austenitização do material (900°C e Tdis). Para tanto, foram propostos dois

(a) (b)

Figura 4. 23 – Esquema para os tratamentos térmicos de austêmpera propostos para o Aço Nb-V a) com temperatura de austenitização igual a 900°C e b) com temperatura de

austenitização superior à 900°C, obtida por simulação e ensaios preliminares.

Os tratamentos térmicos foram também realizados em fornos do Laboratório de Tratamentos Térmicos e Microscopia Óptica LTM/DEMET/Escola de Minas/UFOP em corpos de prova de tração, fadiga e desgaste. Os corpos de prova foram aquecidos durante 8 minutos, tempo calculado em função da dimensão dos corpos de prova, para garantir o encharque e a homogeneização da austenita nas temperaturas de 900°C e Tdis. Foram retirados do forno e

posteriormente mantidos em banho de sal Tecfar TEC-140 a temperatura isotérmica definida por ensaio de dilatometria (Tiso), por tempo suficiente para garantir que se atingiu o tempo final

da transformação.

4.2.3.3. Análises posteriores aos tratamentos térmicos

4.2.3.3.1. Análise microestrutural

Os corpos de prova utilizados para as análises microestruturais realizadas após os tratamentos térmicos de Refino da Perlita foram extraídos das seções transversais das regiões úteis dos corpos de prova de tração tratados a 900°C e a Tdis. As amostras foram preparadas e analisadas

como apresentado no item 4.2.1.2.1. Foi realizada a determinação do tamanho de colônia de perlita e do espaçamento interlamelar como descrito previamente nos itens 4.2.1.2.2 e 4.2.1.2.3. Os corpos de prova utilizados para as análises microestruturais realizadas após os tratamentos térmicos de Austêmpera foram extraídos das seções transversais das regiões úteis dos corpos

de prova de tração tratados a 900°C e a Tdis. As amostras foram preparadas e analisadas também

como apresentado no item 4.2.1.2.1. Foi realizada, ainda, a determinação da espessura das placas de bainita (). Esse valor foi estimado, como descrito por Caballero et al. (2004). Utilizando-se o software Image J, foram tratadas imagens provenientes das análises em microscópio eletrônico de varredura. Foram realizadas medidas, em 20 campos, dos valores do intercepto linear (LT) na direção perpendicular ao comprimento das placas e o valor de  foi

obtido por meio da medida do intercepto linear médio (𝐿̅_𝑇), como descrito na Equação 4.13.

𝐿̅T = πω/2 (4.13)

Para confirmação da ordem de grandeza dos valores obtidos para a espessuras das placas de bainita medidas, foi utilizado o software MAP_NEURAL_BAINITEPLATE_ THICKNESS (SINGH e BHADESHIA, 1998) disponibilizado pela Materials Algorithms Project Program

Library da Universidade de Cambrige.

Bhadeshia (2002) explica que uma análise quantitativa indicou que três fatores influenciam a espessura das placas de bainita. Entre eles, a temperatura isotérmica de transformação, que tem apenas um pequeno efeito sobre a espessura das placas de bainita; a energia livre de Gibbs para transformação da austenita (força motriz); e, a resistência mecânica dos grãos austeníticos, principal fator que influencia no refinamento da bainita. A relação entre a resistência mecânica da austenita (_{, MPa), a temperatura de austenitização (T) e a composição química do aço é}

equacionada pelo polinômio apresentado na Equação 4.14.

𝜎𝛾 = [1 − 0,26 𝑥 10−2𝑇𝑟+ 0,47 𝑥 10−5𝑇𝑟2− 0,326 𝑥 10−8𝑇𝑟3] 𝑥 15,4(4,4 +

23𝑤𝐶+ 1,3𝑤𝑆𝑖+ 0,24𝑤𝐶𝑟+ 0,94𝑤𝑀𝑜+ 32𝑤𝑁)

(4.14) Onde, Tr = T – 25 e wi é a porcentagem em massa de cada elemento químico.

Em posse do valor da temperatura de austenitização e da composição química do aço é possível calcular o valor da resistência mecânica da austenita. Valor que, juntamente com os valores da isoterma de transformação e dos valores de ΔGγα (Bhadeshia (1982) mostra a relação dos valores de ΔGγα obtidos para diferentes temperaturas de transformação da austenita em bainita), alimentam o software para simulação da espessura da bainita transformada.

4.2.3.3.2. Ensaios mecânicos convencionais 4.2.3.3.2.1. Ensaio de dureza

Os corpos de prova submetidos aos tratamentos térmicos de Refino da Perlita e de Austêmpera foram avaliadas por microdureza Vickers em um microdurômetro Pantec modelo HXD 1000TM do Laboratório de Tratamentos Térmicos e Microscopia Óptica LTM/DEMET/Escola de Minas/UFOP com carga de 200gf e tempo de penetração 5s, para confirmação das microestruturas presentes após realização dos ciclos térmicos.

4.2.3.3.2.2. Ensaio de tração

O procedimento experimental para realização dos ensaios de tração dos corpos de prova após realização dos tratamentos térmicos descritos anteriormente, foi realizado como apresentado no item 4.2.1.3.2 para os corpos de prova ensaiados no estado de entrega.

4.2.3.3.3. Ensaio de nucleação de trinca por fadiga

O procedimento experimental para obtenção das curvas S-N dos corpos de prova de fadiga após realização dos tratamentos térmicos descritos acima foi realizado como apresentado no item 4.2.1.4. para os corpos de prova ensaiados no estado de entrega.

4.2.3.3.4. Fractografia

As análises fractográficas das superfícies dos corpos de prova dos ensaios de tração e fadiga foram obtidas da mesma forma que descrito no item 4.2.1.5 para os corpos de prova ensaiados no estado de entrega.

4.2.3.3.5. Ensaio de desgaste

O procedimento experimental para avaliação da resistência ao desgaste superficial dos corpos de prova após realização dos tratamentos térmicos descritos anteriormente, foi realizado como apresentado no item 4.2.1.6 para os corpos de prova ensaiados no estado de entrega.