CNEN/SP
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Instituto 09 P» AUTARQUIA ASSOCIADA A UNIVERSIDADEDE SAO PAULO
TRANSFORMAÇÕES DE FASE E PROPRIEDADES
MECÂNICAS DE UM AÇO MARAGING SEM COBALTO
ARMANDO GUILHERME FERNANDES PADIAL
Dissertação apresentada como parte dos requisitos para obtenção do Grau de Mestre em Ciências na Área de Reatores Nucleares de Potência e Tecnologia do Combustível Nuclear.
Orientador:
Dr. Arnaldo Homobono Paes de Andrade
Sâo Paulo
1994
INSTITUTO DE PESQUISAS ENERGÉTICAS E NUCLEARES Autarquia Associada à Universidade de São Paulo
TRANSFORMAÇÕES DE FASE E PROPRIEDADES
MECÂNICAS DE UM AÇO MARAGING SEM
COBALTO
ARMANDO GUILHERME FERNANDES PADIAL
Dissertação apresentada como parte dos requisitos para obtenção do Grau de "Mestre em Ciências"na Área de Reatores Nucleares de Potência e Tecnologia do Combustível Nuclear.
Aos meus pais e meu irmão.
A G R A D E C I M E N T O S A o D r . A r n a l d o H o m o b o n o P a e s d e A n d r a d e p e l a o r i e n t a ç ã o e i n c e n t i v o d u r a n t e a e x e c u ç ã o d e s t e t r a b a l h o . A o I n s t i t u t o d e P e s q u i s a s E n e r g é t i c a s e N u c l e a r e s , à D i r e t o r i a d e M a t e r i a i s N u c l e a r e s e c h e f i a d o D e p a r t a m e n t o d e M e t a l u r g i a N u c l e a r p e l a o p o r t u n i d a d e d e p e s q u i s a e p e l a s f a c i l i d a d e s s e m a s q u a i s e s t e t r a b a l h o n ã o p o d e r i a t e r s i d o r e a l i z a d o . A o I n s t i t u t o d e P e s q u i s a s E n e r g é t i c a s e N u c l e a r e s p e l o a p o i o f i n a n c e i r o d u r a n t e e s t e t r a b a l h o . A o s D r s . W a l d e m a r A l f r e d o M o n t e i r o e L u i s F i l i p e C P . d e L i m a p e l a s p r o v e i t o s a s d i s c u s s õ e s n o d e c o r r e r d o t r a b a l h o . Â L e a S a r i t a M o n t a g n a e C e l s o V . M o r a i s p e l a c o l a b o r a ç ã o d u r a n t e o s e s t u d o s r e a l i z a d o s p o r m i c r o s c o p í a e l e t r ô n i c a d e v a r r e d u r a . À M a r i a n o C a s t a g n e t e E l i e l D o m i n g o s d e O l i v e i r a p e l o s s e r v i ç o s d e e n s a i o s m e c â n i c o s . A o s a m i g o s E n e i d a d a G r a ç a G u i l h e r m e , M a r c o G h u m g Y a m a u i e , N e l m a E l i s a A L b a n e z , O l a n d i r V e r c i n o C o r r e a , P e d r o C a r l o s R. N u n e s p e l a c o l a b o r a ç ã o e i n c e n t i v o n o d e c o r r e r d o t r a b a l h o . A o s a m i g o s O d a i r D o n a R i g o e S t e l a M a r i a d e C a r v a l h o F e r n a n d e s p e l a a j u d a i n c o m e n s u r á v e l d u r a n t e e s t e t r a b a l h o . A o s c o l e g a s d o D e p a r t a m e n t o d e M e t a l u r g i a N u c l e a r e m e s p e c i a l a o s c o l e g a s d o L a b o r a t ó r i o d e M e t a i s e C o r r o s ã o .
T R A N S F O R M A Ç Õ E S D E F A S E E P R O P R I E D A D E S M E C Á N I C A S D E U M A Ç O M A R A G I N G SEM C O B A L T O . A r m a n d o G u i l h e r m e F e r n a n d e s P a d i a l R E S U M O A c o r r e l a ç ã o e n t r e p r o p r i e d a d e s m e c â n i c a s e t r a n s f o r m a ç ã o d e f a s e c a u s a d a p o r t r a t a m e n t o s t é r m i c o s é i n v e s t i g a d a e m u m a ç o m a r a g i n g c o m 1 8 % N i s e m a p r e s e n ç a d o C o b a l t o c o m o e l e m e n t o d e l i g a p r i n c i p a l . A s p r o p r i e d a d e s m e c â n i c a s a n a l i s a d a s s ã o a D u r e z a ( R o c k w e l l C) e a E n e r g i a A b s o r v i d a e m I m p a c t o C h a r p y . O s t r a t a m e n t o s t é r m i c o s r e a l i z a d o s s ã o : d e S o l u b i l i z a ç ã o à t e m p e r a t u r a d e 820°C p o r 1 h o r a e d e E n v e l h e c i m e n t o n a f a i x a d e t e m p e r a t u r a d e 4 5 0 - 600°C p o r t e m p o s v a r i a d o s . O t a m a n h o d e g r ã o (da a u s t e n i t a p r i m á r i a ) d o m a t e r i a l a n a l i s a d o é d a o r d e m d e Ifim. O p r i n c i p a l a g e n t e e n d u r e c e d o r a p ó s o e n v e l h e c i m e n t o é o p r e c i p i t a d o N i ^ T i . A M i c r o s c o p i a E l e t r ô n i c a d e T r a n s m i s s ã o c o m p r o v a e s t a o b s e r v a ç ã o . A m á x i m a r e s i s t ê n c i a é o b t i d a à t e m p e r a t u r a d e 4 80°C p a r a t e m p o s d a o r d e m d e 7 h o r a s . A p a r t i r d e 600°C e p a r a t e m p o s s u p e r i o r e s a 7 h o r a s , a p r e s e n ç a d e a u s t e n i t a r e v e r t i d a n a m i c r o e s t r u t u r a , c o n f i r m a d a p o r m e d i d a s d e d i f r a ç ã o d e d e R a i o s - X , faz c o m q u e a r e s i s t ê n c i a m e c â n i c a (dureza) c o m e c e a c a i r . A e n e r g i a a b s o r v i d a p o r u n i d a d e d e á r e a n o i m p a c t o C h a r p y é m á x i m a n a c o n d i ç ã o s o l u b i l i z a d a (2,38 J/mm^) e a t i n g e u m m í n i m o a 480°C p a r a 3 h o r a s d e e n v e l h e c i m e n t o (0,26 J/mm^) . A M i c r o s c o p i a E l e t r ô n i c a d e V a r r e d u r a d a s u p e r f í c i e d e f r a t u r a d a s a m o s t r a s a n a l i s a d a s f o r n e c e u m a e v i d ê n c i a a d i c i o n a l p a r a e s t a m u d a n ç a n a t e n a c i d a d e d o m a t e r i a l . :0Ò/1£:AC NACiCKAL T c E Í V L R G Í Â N L ' C L ^ : A R / S P - iP£í!^
P H A S E T R A N S F O R M A T I O N A N D M E C H A N I C A L P R O P E R T I E S O F A C o - F R E E M A R A G I N G S T E E L . A r m a n d o G u i l h e r m e F e r n a n d e s P a d i a l A B S T R A C T T h e c o r r e l a t i o n b e t w e e n m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d p h a s e t r a n s f o r m a t i o n d u e t o t h e r m a l t r e a t m e n t s is i n v e s t i g a t e d in a C o - f r e e 1 8 % N i m a r a g i n g s t e e l . T h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n a l i s e s a r e H a r d n e s s ( R o c k w e l l C) a n d A b s o r v e d E n e r g y i n C h a r p y t e s t i n g . T h e t h e r m a l t r e a t m e n t s d o n e a r e : s o l u b i l i z a t i o n at t e m p e r a t u r e of 820°C f o r 1 h o u r a n d a g i n g in t h e t e m p e r a t u r e r a n g e 4 5 0 - 600°C f o r d i f f e r e n t t i m e s . G r a i n s i z e (of t h e p r e v i o u s a u s t e n i t e ) of t h e m a t e r i a l u n d e r s t u d y is Vjum. T h e m a i n h a r d e n i n g a g e n t a f t e r a g i n g is t h e N i T i p r e c i p i t a t e . T r a n s m i s s i o n E l e c t r o n M i c r o s c o p y v e r i f i e s t h i s o b s e r v a t i o n . M a x i m u m s t r e n g t h is r e a c h e d a t t e m p e r a t u r e of 480°C f o r t i m e s of a b o u t 7 h o u r s . A t t e m p e r a t u r e of 600°C a n d a b o v e , f o r t i m e s h i g h e r t h a n 7 h o u r s , t h e p r e s e n c e of r e v e r t e d a u s t e n i t e in t h e m i c r o e s t r u c t u r e , c o n f i r m e d b y X - r a y d i f f r a c t i o n m e a s u r e m e n t s , c a u s e s a c o n t i n u o u s d e c r e a s e in t h e h a r d n e s s . E n e r g y a b s o r v e d in C h a r p y t e s t i n g is m a x i m u m i n t h e s o l u b i l i z e d c o n d i t i o n (2,38 J/mm^) a n d r e a c h e s a m i n i m u m a t 480°C f o r 3 h o u r s of a g i n g t i m e (0,26 J/mm^) . S c a n n i n g E l e c t r o n M i c r o s c o p y of t h e f r a c t u r e s u r f a c e of t h e a n a l i z e d s p e c i m e n s g i v e s a n a d d i t i o n a l e v i d e n c e f o r t h e s e c h a n g e s i n t h e t o u g h n e s s of t h e m a t e r i a l .
S U M Á R I O R e s u m o i A b s t r a c t ii I - I N T R O D U Ç Ã O 1 I.l.O - A ç o s M a r a g i n g c o m 1 8 % N i 1 1.2.0 - M e t a l u r g i a F í s i c a d o s A ç o s M a r a g i n g 5 1.2.1 - R e a ç õ e s n a A u s t e n i t a 9 1.2.2 - R e a ç õ e s n a M a r t e n s i t a 12 1.3.0 - E f e i t o d o s E l e m e n t o s d e L i g a 20 1.4.0 - P r o c e s s a m e n t o T e r m o m e c a n i c o 24 1.5.0 - D e s e n v o l v i m e n t o d o s a ç o s M a r a g i n s s/Co 29 1.6.0 - P r o p r i e d a d e s M e c â n i c a s d o s a ç o s m a r a g i n g s/Co d o t i p o V a s c o M a x T - 2 5 0 3 1 1.7.0 - I n v e s t i g a ç õ e s R e c e n t e s n a M e t a l u r g i a F í s i c a d o s a ç o s m a r a g i n g 35 II - O B J E T I V O S 4 1 I I I - M A T E R I A I S E M É T O D O S 42 I I I . 1 . 0 - M a t e r i a i s 4 2 I I I . 2 . O - T r a t a m e n t o T é r m i c o 43 I I I . 3. O - M e t a l o g r a f í a 45 I I I . 3.1 - P o l i m e n t o 45 I I I . 3 . 2 - M i c r o e s t r u t u r a 45 II 1 . 3 . 3 - T a m a n h o d e g r ã o 4 6 I I I . 4.0 - A v a l i a ç ã o d o g r a u d e m i c r o s s e g r e g a ç ã o 46 I I I . 5. O - M i c r o s c o p í a E l e t r ô n i c a d e T r a n s m i s s ã o 46 I I I . 6. O - A n á l i s e p o r d i f r a ç ã o d e r a i o s - X 47 I I I . 7. O - E n s a i o s M e c â n i c o s 4 7
I I I . 7.1 - E n s a i o s d e D u r e z a 47 I I I . 7. 2 - E n s a i o s d e I m p a c t o 48 I I I . 8. O - M i c r o s c o p i a E l e t r ô n i c a d e V a r r e d u r a 49 IV - A P R E S E N T A Ç Ã O D O S R E S U L T A D O S 50 IV. 1.0 - M e t a l o g r a f í a 50 IV. 1.1 - M i c r o e s t r u t u r a ó p t i c a 50 IV. 1.2 - T a m a n h o d e g r ã o 5 3 IV. 1.3 - S e g r e g a ç ã o 54 IV. 2 . O - M i c r o s c o p i a E l e t r ô n i c a d e T r a n s m i s s ã o 5 6 IV. 3. O - C o m p o r t a m e n t o M e c â n i c o 62 I V . 3 . 1 - D u r e z a R o c k w e l l 62 IV. 3. 2 - I m p a c t o C h a r p y 65 IV. 4 . O - R e v e r s ã o d a A u s t e n i t a 68 IV. 5. O - A v a l i a ç ã o d a S u p e r f í c i e d e F r a t u r a 71 V - D I S C U S S Ã O 78 V I - C O N C L U S Õ E S 81 V I I - R E F E R Ê N C I A S B I B L I O G R Á F I C A S 82
L I S T A D E F I G U R A S F i g u r a F i g u r a F i g u r a F i g u r a F i g u r a F i g u r a F i g u r a F i g u r a F i g u r a F i g u r a F i g u r a F i g u r a F i g u r a 1 (a) . - D i a g r a m a F e - N i M e t a e s t á v e l 8 1 (b) . . D i a g r a m a F e - N i d e E q u i l i b r i o 8 2 E n d u r e c i m e n t o d o a ç o m a r a g i n g 1 8 % N i ( 2 5 0 ) v e r s u s t e m p o d e e n v e l h e c i m e n t o 8 3 R e a ç õ e s n a A u s t e n i t a d u r a n t e o r e s f r i a m e n t o a p a r t i r d a s o l u b i l i z a ç ã o 11 4 C u r v a d e f r a g i l i z a ç ã o d a a u s t e n i t a p a r a o a ç o 1 8 % N i ( 2 5 0 ) , a m o s t r a s h o m o g e n e i z a d a s p o r 1 h o r a e m 1 2 0 0 ° C , e n v e l h e c i d a s p o r 3 h o r a s e m 4 8 2 ° C . A s c u r v a s m o s t r a m n í v e i s d e e n e r g í a d e I m p a c t o C h a r p y "V" 1 1 5 D e s c o b e r t a o r i g i n a l d a i n t e r a ç ã o C o - M o e m 1 9 6 0 14 6 R e a ç õ e s n a m a r t e n s i t a d u r a n t e o e n v e l h e c i m e n t o 14 7 D i s t o r ç ã o d o r e t i c u l a d o a o r e d o r d o p r e c i p i t a d o d o Ni^Mo n o s a ç o s m a r a g i n g (3 00) .19 8 R e s i s t ê n c i a d o s a ç o s v e r s u s r e c í p r o c o d o t a m a n h o d o p r e c i p i t a d o 19 9 C o m p o r t a m e n t o d e t r a n s f o r m a ç ã o e l i m i t e d e r e s i s t ê n c i a à t r a ç ã o d a l i g a F e - N i 23 10 E f e i t o d o t i t â n i o s o b r e o l i m i t e d e e s c o a m e n t o e m u m a ç o m a r a g i n g t i p o 1 8 % N i s o l u b i l i z a d o a 8 2 0 ° C p o r 1 h o r a 23 1 1 D i a g r a m a t e m p o - t e m p e r a t u r a - t r a n s f o r m a ç ã o m o s t r a n d o o s p a s s o s d o p r o c e s s o d e " a u s f o r m i n g " 2 7 12 " A u s f o r m i n g " d o a ç o m a r a g i n g p a r a d i s p e r s a r p a r t í c u l a s d e T i ( C , N ) r e f i n a r o t a m a n h o d e g r ã o d a a u s t e n i t a e r e t e r M o e T i e m s o l u ç ã o p a r a u m s u b s e q u e n t e e n v e l h e c i m e n t o 2 7
F i g u r a 13 E f e i t o d o " m a r f o r m i n g " s o b r e a d u r e z a n a l i g a 1 8 , 5 % N i - 7 % C o - 5 % M o - 0 , 4 % T i F e b a l . B a r r a s o l u b i l i z a d a a 8 1 6 ° C p o r 1 h o r a e r e s f r i a d a a o a r a n t e s d a l a m i n a ç ã o a f r i o 2 8 F i g u r a 14 E f e i t o d o " m a r f o r m i n g " s o b r e o l i m i t e d e e s c o a m e n t o d a l i g a 1 8 , 5 % N i - 7 % C o - 5 % M o - 0 , l % T i e F e b a l . A m o s t r a s s o l u b i l i z a d a s e m 8 1 6 ° C p o r 1 h o r a , r e s f r i a d a s a o a r , l a m i n a d a a f r i o e e n v e l h e c i d a a 4 8 2 ° C p o r 3 h o r a s 2 8 F i g u r a 15 E v o l u ç ã o d o p r e ç o d o c o b a l t o n o f i n a l d a d é c a d a d e 70 e d e c o r r e r d a d é c a d a d e 80 30 F i g u r a 16 M i c r o g r a f i a ó p t i c a d o a ç o m a r a g i n g s/Co n o e s t a d o b r u t o d e f o r j a m e n t o (32x) (borda) 51 F i g u r a 17 M i c r o g r a f i a ó p t i c a d o a ç o m a r a g i n g s/Co n o e s t a d o b r u t o d e f o r j a m e n t o (32x) (centro) ....51 F i g u r a 18 M i c r o g r a f i a ó p t i c a d o a ç o m a r a g i n g s/Co n o e s t a d o e n v e l h e c i d o a p ó s 4 8 0 ° C p o r 15 h o r a s . P a c o t e s d e m a r t e n s i t a e c o n t o r n o s d o s g r ã o s (1300x) 52 F i g u r a 19 M i c r o g r a f i a ó p t i c a d o a ç o m a r a g i n g s/Co n o e s t a d o d e s u p e r e n v e l h e c i m e n t o a p ó s 6 0 0 ° C p o r 7 h o r a s . R e v e r s ã o d a a u s t e n i t a (1300x) 52 F i g u r a 20 I m a g e m d e R a i o s - X c o m a n á l i s e d e m i c r o s s o n d a , d e m o n s t r a n d o a i n e x i s t ê n c i a d e s e g r e g a ç ã o i n t e n s a . A p r e s e n t a p o u c a s e g r e g a ç ã o d e T i d i s p e r s o n a a m o s t r a b r u t a d e f o r j a m e n t o (1400x) 55 F i g u r a 2 1 M i c r o g r a f i a E l e t r ô n i c a d e T r a n s m i s s ã o (MET) d o M a r s/Co n o e s t a d o b r u t o d e f o r j a m e n t o . P r e s e n ç a d e p r e c i p i t a d o s e m c o n t o r n o s d e g r ã o . ( i m a g e m e m c a m p o c l a r o ) 58 F i g u r a 2 2 M i c r o g r a f i a E l e t r ô n i c a d e T r a n s m i s s ã o (MET) d o M a r s/Co n o e s t a d o s o l u b i l i z a d o . P r e s e n ç a d e m a r t e n s i t a e s c o r r e g a d a . ( i m a g e m e m c a m p o c l a r o ) 58
F i g u r a 23 M i c r o g r a f i a E l e t r ô n i c a d e T r a n s m i s s ã o (MET) d o M a r s/Co n o e s t a d o e n v e l h e c i d o . 4 8 0 ° C p o r 7 h o r a s . P r e s e n ç a d e p r e c i p i t a ç ã o f i n a n o i n t e r i o r d o s g r ã o s . ( i m a g e m e m c a m p o c l a r o ) 59 F i g u r a 2 4 M i c r o g r a f i a E l e t r ô n i c a d e T r a n s m i s s ã o (MET) d o M a r s/Co n o e s t a d o e n v e l h e c i d o . 4 8 0 ° C p o r 7 h o r a s . P r e c i p i t a d o s f i n o s n o i n t e r i o r d e u m g r ã o . ( i m a g e m e m c a m p o e s c u r o ) 59 F i g u r a 25 M i c r o g r a f i a E l e t r ô n i c a d e T r a n s m i s s ã o (MET) d o M a r s/Co n o e s t a d o e n v e l h e c i d o . 4 8 0 ° C p o r 15 h o r a s . C o n t o r n o d e g r ã o d a a u s t e n i t a p r i m á r i a , (imagem e m c a m p o c l a r o ) 60 F i g u r a 26 M i c r o g r a f i a . E l e t r ô n i c a d e T r a n s m i s s ã o (MET) d o M a r s/Co n o e s t a d o e n v e l h e c i d o . 4 8 0 ° C p o r 15 h o r a s . P r e c i p i t a ç ã o f i n a p r e s e n t e . ( i m a g e m e m c a m p o e s c u r o ) 60 F i g u r a 2 7 M i c r o g r a f i a E l e t r ô n i c a d e T r a n s m i s s ã o (MET) d o M a r s/Co n o e s t a d o s u p e r e n v e l h e c i d o a p ó s 6 0 0 ° C p o r 15 h o r a s . P r e c i p i t a ç ã o i n t e n s a n o i n t e r i o r d e u m g r ã o . ( i m a g e m e m c a m p o c l a r o ) 61 F i g u r a 28 M i c r o g r a f i a E l e t r ô n i c a d e T r a n s m i s s ã o (MET) d o M a r s/Co n o e s t a d o e n v e l h e c i d o a p ó s 6 0 0 ° C p o r 15 h o r a s . E v i d ê n c i a d a a u s t e n i t a r e v e r t i d a : a) i m a g e m e m c a m p o c l a r o ; b ) i m a g e m e m c a m p o e s c u r o (área d i s t i n t a ) 61 F i g u r a 2 9 ( a ) . . D u r e z a R o c k w e l l " C " e m f u n ç ã o d o t e m p o 64 F i g u r a 29 (b) . . D u r e z a R o c k w e l l " C " e m f u n ç ã o d o t e m p o ^^^'..64 F i g u r a 3 0 ( a ) . . E n e r g i a d e I m p a c t o C h a r p y e m f u n ç ã o d a d u r e z a 67 F i g u r a 3 0 ( b ) . . E n e r g i a d e I m p a c t o C h a r p y e m f u n ç ã o d a dureza^^^^ 67
F i g u r a 3 1 E s p e c t r o d e D i f r a ç ã o d e R a i o s - X , a - f e r r i t a e ^ r- a u s t e n i t a . R a d i a ç ã o d e C r o m o . F i l t r o d e V a n a d i o 7 0 F i g u r a 3 2 ( a - d ) . M i c r o g r a f i a E l e t r ô n i c a d e V a r r e d u r a d a s u p e r f i c i e d e f r a t u r a e m 4 r e g i õ e s d e urna a m o s t r a t r a t a d a a 4 8 0 ° C p o r 7 h o r a s 74 F i g u r a 3 3 ( a - d ) . M i c r o g r a f i a E l e t r ô n i c a d e V a r r e d u r a d a s u p e r f i c i e d e f r a t u r a d e u m a a m o s t r a t r a t a d a a 6 0 0 ° C p o r 15 h o r a s e m 4 r e g i õ e s 74 F i g u r a 3 4 ( a - d ) . M i c r o g r a f i a E l e t r ô n i c a d e V a r r e d u r a d a s u p e r f i c i e d e f r a t u r a d e u m a a m o s t r a s o l u b i l i z a d a 8 2 0 ° C p o r 1 h o r a e m 4 r e g i õ e s . . 7 6 F i g u r a 3 5 ( a - d ) . M i c r o g r a f i a E l e t r ô n i c a d e V a r r e d u r a d a s u p e r f i c i e d e u m a a m o s t r a s o l u b i l i z a d a a 8 2 0 ° C p o r 1 h o r a . R e g i ã o I d a f i g . 34 c o m a u x i l i o d o E D S p a r a i d e n t i f i c a r o s e l e m e n t o s 76
L I S T A D E T A B E L A S T a b e l a I O s p r i m e i r o s a ç o s m a r a g i n g 3 T a b e l a I I . . . . F a s e s e n d u r e c e d o r a s n o s a ç o s m a r a g i n g 15 T a b e l a I I I . . . C o m p o s i ç ã o q u í m i c a d o a ç o m a r a g i n g 1 8 % N i V a s c o M a x T - 2 5 0 (% e m p e s o ) 3 1 T a b e l a I V . . . . E f e i t o d o t r a t a m e n t o t é r m i c o s o b r e a d u r e z a d o a ç o V a s c o M a x T - 2 5 0 32 T a b e l a V E f e i t o d o t r a t a m e n t o t é r m i c o s o b r e as p r o p r i e d a d e s m e c â n i c a s d e t r a ç ã o e m u m a a m o s t r a d e a ç o m a r a g i n g V a s c o M a x T - 2 5 0 33 T a b e l a V I . . . . E f e i t o d o t r a t a m e n t o t é r m i c o s o b r e a e n e r g i a d e i m p a c t o C h a r p y d o a ç o m a r a g i n g s/ C o V a s c o M a x T - 2 5 0 . . 34 T a b e l a V l l . . . C o m p o s i ç ã o q u í m i c a d o a ç o m a r a g i n g e x p e r i m e n t a l (% e m p e s o ) 42 T a b e l a V I 1 1 . . T a m a n h o d o g r ã o (íim) d o a ç o m a r a g i n g s / C o . . . 5 3 T a b e l a I X . . . . E f e i t o d o s t r a t a m e n t o s t é r m i c o s s o b r e a d u r e z a d o a ç o m a r a g i n g s/Co 63 T a b e l a X E f e i t o d o t r a t a m e n t o t é r m i c o s o b r e a e n e r g i a d e i m p a c t o C h a r p y 65 T a b e l a X I . . . . M e d i d a s d e D i f r a ç ã o d e R a i o s - X 69
I. I N T R O D U Ç X O I.l. A ç o s M a r a g i n g c o m 1 8 % N í q u e l O d e s e n v o l v i m e n t o d o s a ç o s m a r a g i n g f o i i n i c i a d o p o r C l a r e n c e B i e b e r q u e t r a b a l h a v a c o m u m a l i g a m a g n é t i c a F e - N i n a I n c o ' s H u n t i n g t o n A l l o y s e m H u n t i n g t o n , W e s t V i r g i n i a ( E U A ) . E s t e d e s e n v o l v i m e n t o s u r g i u a p a r t i r d o t r a b a l h o d a l i g a , F e - 2 8 % N i - 4 % T i - 4 % A l q u e f o i e n d u r e c i d a s i g n i f i c a t i v a m e n t e c o m t r a t a m e n t o t é r m i c o . C o m o o o b j e t i v o d e B i e b e r e r a s o m e n t e o m a g n e t i s m o d a l i g a , e l e n ã o d e u c o n t i n u i d a d e a s p e s q u i s a s d o e n d u r e c i m e n t o m e c â n i c o . E m 1 9 5 8 B i e b e r d e s e n v o l v e u u m a o u t r a l i g a c o m 2 5 % N i e i n i c i o u o e s t u d o d o e n v e l h e c i m e n t o d a m a r t e n s i t a , t r a b a l h a n d o c o m os e l e m e n t o s d e l i g a T i e A l p a r a o b t e r n í v e i s a p r o v e i t á v e i s d e d u c t i l i d a d e n e s t a l i g a , m a s n o t o u q u e a t e m p e r a t u r a M. e n c o n t r a v a - s e a b a i x o d a t e m p e r a t u r a a m b i e n t e , e s u a s p e s q u i s a s c o n t i n u a r a m p a r a m i n i m i z a r e s t e p r o b l e m a . A p ó s v á r i a s p e s q u i s a s C . B i e b e r c h e g o u e m 1 9 5 9 a u m a l i g a c o m 2 0 % N i , n a q u a l o b t i n h a - s e n o r e s f r i a m e n t o a t é à t e m p e r a t u r a a m b i e n t e , u m a e s t r u t u r a t o t a l m e n t e m a r t e n s í t i c a . A p e s a r d e o b t e r u m a e s t r u t u r a d e s e j a d a , e s t a l i g a (Tabela I ) , n ã o a p r e s e n t a v a b o a s p r o p r i e d a d e s c o m r e l a ç ã o à t e n a c i d a d e e s o l d a g e m , e a s s i m c o n t i n u a v a - s e o s t r a b a l h o s d e p e s q u i s a p a r a s e e n c o n t r a r u m a l i g a c o m a s p r o p r i e d a d e s m e c â n i c a s d e s e j a d a s , o u s e j a , o b t e r u m e n d u r e c i m e n t o d a m a r t e n s i t a s e m q u e h o u v e s s e p e r d a s i g n i f i c a t i v a n a s u a t e n a c i d a d e . O a ç o c o m 2 0%Ni q u a n d o r e s f r i a d o a o a r a t é à t e m p e r a t u r a a m b i e n t e a p r e s e n t a v a u m a t e m p e r a t u r a M. n a o r d e m d e 2 0 0 ° C , o u s e j a ,
480°C, a m a r t e n s i t a s o f r e u m e n d u r e c i m e n t o , a t i n g i n d o v a l o r e s m á x i m o s à t e m p e r a t u r a d e 480°C. F o i a p a r t i r d e s t e t r a t a m e n t o térroico q u e t e v e o r i g e m o n o m e d o " m a r a g i n g " , o u s e j a , e n v e l h e c i m e n t o d a m a r t e n s i t a , ou e n d u r e c i m e n t o p o r p r e c i p i t a ç ã o . O s a ç o s m a r a g i n g c o m p r e e n d e m e n t ã o u m a c l a s s e e s p e c i a l d e a ç o s d e a l t a r e s i s t ê n c i a , q u e d i f e r e m d o s a ç o s c o n v e n c i o n a i s p o i s o a ç o m a r a g i n g é e n d u r e c i d o p o r u m a r e a ç ã o m e t a l ú r g i c a q u e n ã o e n v o l v e o c a r b o n o . E m l u g a r d i s t o , e s t e s a ç o s s ã o e n d u r e c i d o s p o r u m a p r e c i p i t a ç ã o d e c o m p o s t o s i n t e r m e t á l i c o s e m u m a t e m p e r a t u r a e m t o r n o d e 480°C . N a d é c a d a d e 60 D e c k e r e t . al '^-^"^^ d a n d o c o n t i n u i d a d e a o t r a b a l h o d e C. B i e b e r , d e s c o b r i r a m q u e u m a b o a r e s p o s t a a o e n d u r e c i m e n t o n o e n v e l h e c i m e n t o e r a o b t i d a e m u m a l i g a F e - 1 8 % N i c o m a a d i ç ã o d e c o b a l t o e m o l i b d ê n i o . A p a r t i r d e s t a s p e s q u i s a s as m e l h o r e s p r o p r i e d a d e s m e c â n i c a s f o r a m o b t i d a s c o m e s t e s e l e m e n t o s C o - M o , c o m o s t e o r e s d e c o b a l t o v a r i a n d o d e 7 a 9% e m o l i b d ê n i o v a r i a n d o d e 3,2 a 5 % . A p a r t i r d a d e s c o b e r t a d o s e l e m e n t o s , C o - M o , c o m o e n d u r e c e d o r e s d a m a r t e n s i t a n a l i g a F e - N i , d e s e n v o l v e u - s e t r ê s n o v a s c o m p o s i ç õ e s d o s a ç o s m a r a g i n g c o m 1 8 % N i , o u s e j a , 1 8 % N i ( 2 0 0 ) , 1 8 % N i ( 2 5 0 ) e o 1 8 % N i ( 3 0 0 ) (Tabela I ) . O s n ú m e r o s q u e e n c o n t r a m - s e e n t r e p a r ê n t e s e s r e f e r e m - s e a o l i m i t e d e e s c o a m e n t o d a s l i g a s e m u n i d a d e s i n g l e s a s a p ó s o t r a t a m e n t o t é r m i c o d e e n v e l h e c i m e n t o d a m a r t e n s i t a . A s p r o p r i e d a d e s m e c â n i c a s d a s l i g a s F e - 1 8 % N i , s ã o c o n s i d e r a d a s m e l h o r e s q u e as l i g a s F e - 2 5 % N i e F e - 2 0 % N i
T a b e l a I - O s p r i m e i r o s a ç o s m a r a g i n g (% e m p e s o ) [1]
Liga L.E.
Tipo Ni-Ti Ni Co Mo Ti Al Outros M P a ( K s i )
25%Ni 25 - - 1,6 0, 2 0,4Nb 1 7 5 0 ( 2 5 0 ) 20%Ni 20 - - 1,7 0,2 0, 4Nb 1700(250)
Liga Tipo L.E.
Ni-Co-Mo Ni Co Mo Ti Al O u t r o s M P a ( K s i ) 18%Ni250 18 8 5 0,4 0,1
-
1 7 0 0 ( 2 5 0 ) 18%Ni200 18 8 3 0,2 0, 1 - 1400(200) 187.NÍ300 18 9 5 0,7 0,1-
1 9 0 0 ( 2 8 0 ) O s a ç o s m a r a g i n g c o m e r c i a i s s ã o i n t e n c i o n a l m e n t e e l a b o r a d o s p a r a p o s s u í r e m n í v e i s e s p e c í f i c o s d e l i m i t e d e e s c o a m e n t o d e 1 0 3 0 a 2 4 0 0 M P a (150 a 3 5 0 K s i ) . A l g u n s a ç o s m a r a g i n g e x p e r i m e n t a i s t e m l i m i t e d e e s c o a m e n t o n a o r d e m d e 3 4 5 0 M P a ( 5 0 0 K s i ) . T i p i c a m e n t e e s t e s a ç o s t ê m a l t o s t e o r e s d e n í q u e l , c o b a l t o e m o l i b d ê n i o , e m u i t o b a i x o t e o r d e c a r b o n o E s t e s a ç o s s o f r e m u m a d e g r a d a ç ã o s e v e r a n a t e n a c i d a d e à f r a t u r a n o s p r o c e s s o s d e c o n f o r m a ç ã o m e c â n i c a , q u a n d o t r a t a d o s t é r m i c a m e n t e d e m o d o n ã o a p r o p r i a d o . Q u a n d o l i n g o t e s d e s e ç ã o a p r e c i á v e l s ã o f o r j a d o s e m t e m p e r a t u r a s r e l a t i v a m e n t e e l e v a d a s (acima d e 1100°C) e r e s f r i a d o s l e n t a m e n t e , o m a t e r i a l t o r n a - s e f r á g i l . E s t a f r a g i l i z a ç ã o é d e v i d a a u m a o u t r a r e a ç ã o d e p r e c i p i t a ç ã o , a f o r m a ç ã o d e f i l m e s d e T i C e T i ( C , N ) n o s c o n t o r n o s d e g r ã o d a a u s t e n i t a p r i m á r i a a p ó s o m a t e r i a l t e r p e r m a n e c i d o u m c e r t o t e m p o e m t e m p e r a t u r a s n a f a i x a d e f r a g i l i z a ç ã o t é r m i c a (entre 7 5 0 a 1050°C) . N a p r á t i c a d e f a b r i c a ç ã o d e s t e s a ç o s , e s t a s p r e c i p i t a ç õ e s de T i C e T i ( C , N ) d e v e m s e r e v i t a d a s . R e c o z i m e n t o s e m t e m p e r a t u r a s e l e v a d a s (entre 1 0 4 0 a 1320°C) s ã o e f e t u a d o s p a r a d i s s o l v e r p a r t í c u l a s d e T i ( C , N ) e n c o n t r a d a s n o s g r ã o s a u s t e n í t i c o s . É r e c o m e n d á v e l a u t i l i z a ç ã o d e t a x a s d e r e s f r i a m e n t o r e l a t i v a m e n t e r á p i d a s p r i n c i p a l m e n t e n a f a i x a d e f r a g i l i z a ç ã o t é r m i c a . O u s o d er e d u z i d o s . U m g r a n d e t a m a n h o d e g r ã o é b e n é f i c o q u a n d o t e m p e r a s r á p i d a s são u t i l i z a d a s a p a r t i r d o t r a t a m e n t o d e s o l u b i l i z a ç ã o , m a s é p r e j u d i c i a l q u a n d o o r e s f r i a m e n t o é a o a r o u e n v o l v e u m a [7 8] p a r a d a i n t e r m e d i á r i a A a u s ê n c i a d e c a r b o n o e a o c o r r ê n c i a d e p r e c i p i t a ç ã o i n t e r m e t á l i c a t e m f o r n e c i d o o e n d u r e c i m e n t o d e s e j a d o . A t e m p e r a b i l i d a d e n ã o é p r o b l e m a n e s t e t i p o d e a ç o . A m a r t e n s i t a d o s a ç o s " m a r a g i n g " d e b a i x o c a r b o n o f o r m a d a a p ó s a s o l u b i l i z a ç ã o é r e l a t i v a m e n t e m o l e , e m t o r n o d e 3 0 - 3 5 R c . D u r a n t e o e n d u r e c i m e n t o p o r e n v e l h e c i m e n t o o c o r r e m s o m e n t e p e q u e n a s a l t e r a ç õ e s d i m e n s i o n a i s . P o r c o n s e g u i n t e , f o r m a s c o m p l i c a d a s d e s t e a ç o p o d e m s e r u s i n a d a s n a c o n d i ç ã o s o l u b i l i z a d a , p o r t a n t o m o l e , e p o s t e r i o r m e n t e e n v e l h e c i d a , s o f r e n d o u m m í n i m o d e d e f o r m a ç ã o . A t r a n s f o r m a ç ã o d e f a s e n e s t e s a ç o s a l t a m e n t e l i g a d o s e c o m b a i x í s s i m o t e o r d e c a r b o n o p o d e s e r e x p l i c a d a c o m o a u x í l i o d e d o i s d i a g r a m a s d e f a s e , q u e são m o s t r a d o s n a f i g u r a 1 ( a - b ) , os q u a i s d e s c r e v e m o s i s t e m a b i n a r i o F e - N i , n o l a d o r i c o e m f e r r o . A f i g u r a 1(a) é o d i a g r a m a m e t a e s t á v e l , m o s t r a n d o a t r a n s f o r m a ç ã o d a a u s t e n i t a p a r a m a r t e n s i t a n o r e s f r i a m e n t o , e a r e v e r s ã o d a m a r t e n s i t a ã a u s t e n i t a n o a q u e c i m e n t o A f i g u r a l ( b ) é o d i a g r a m a d e e q u i l í b r i o m o s t r a n d o q u e c o m a l t o s t e o r e s d e n í q u e l a s f a s e s d e e q u i l í b r i o e m b a i x a s t e m p e r a t u r a s s ã o a u s t e n i t a e f errita. A m a i o r i a d o s a ç o s m a r a g i n g a p r e s e n t a m a t e m p e r a t u r a M. e m t o r n o d e 200° a 300°C e são c o m p l e t a m e n t e m a r t e n s í t i c o s n a t e m p e r a t u r a a m b i e n t e . E s t a m a r t e n s i t a é c ú b i c a d e c o r p o c e n t r a d o (ccc) , c o m a l t a d e n s i d a d e d e d i s c o r d a n c i a s e r i p a s d e m a r t e n s i t a , e a p r e s e n t a e x c e l e n t e d u c t i l i d a d e e t e n a c i d a d e
O s a ç o s m a r a g i n g n o r m a l m e n t e c o n t ê m p o u c a o u n e n h u m a a u s t e n i t a a p ó s o t r a t a m e n t o t é r m i c o d e e n v e l h e c i m e n t o . [ 1-3] A s v a n t a g e n s e s p e c i a i s d o s a ç o s m a r a g i n g 1 8 % N i s ã o : a) A l t a t e n a c i d a d e à fratura,-b ) A i n e x i s t ê n c i a d a t e m p e r a fratura,-b i l i d a d e ; c) B o a r e s i s t ê n c i a a q u e n t e a t é a t e m p e r a t u r a e m t o r n o d e 4 0 0 ° C ; d) P o d e m s e r u s i n a d o s e, c o n f o r m a d o s a f r i o n a c o n d i ç ã o s o l u b i l i z a d a o n d e a d u r e z a é d a o r d e m d e 3 0 R c ; e) B o a s o l d a b i l i d a d e m e s m o n a c o n d i ç ã o e n v e l h e c i d a ; e f) S ã o m a i s r e s i s t e n t e s à f r a g i l i z a ç ã o p o r h i d r o g ê n i o e à c o r r o s ã o s o b t e n s ã o . 1.2. M E T A L U R G I A F Í S I C A D O S A Ç O S M A R A G I N G O s a ç o s m a r a g i n g s ã o c o n s i d e r a d o s a ç o s a l t a m e n t e l i g a d o s , de b a i x o c a r b o n o , o b t i d o s a p a r t i r d o s i s t e m a F e r r o - N í q u e l , com e s t r u t u r a m a r t e n s í t i c a e m f o r m a d e r i p a s . E s s a s l i g a s c o n t ê m p o u c a m a s s i g n i f i c a n t e q u a n t i d a d e d e t i t â n i o . N o s a ç o s s e m c o b a l t o , h á u m m a i o r t e o r d e t i t â n i o e u m a d i m i n u i ç ã o d o t e o r d e m o l i b d ê n i o . A s t r a n s f o r m a ç õ e s d e f a s e n e s t e s a ç o s p o d e m s e r e x p l i c a d a s c o m o a u x í l i o d o s d o i s d i a g r a m a s d e f a s e m o s t r a d o s n a f i g u r a l ( a - b ) .
A p a r t i r d e s t e s d i a g r a m a s p o d e - s e o b s e r v a r q u e n ã o o c o r r e a t r a n s f o r m a ç ã o d e a u s t e n i t a p a r a m a r t e n s i t a a n t e s d e se a t i n g i r a t e m p e r a t u r a M. (inicio d e f o r m a ç ã o d a m a r t e n s i t a ) . M e s m o c o m u m \ r e s f r i a m e n t o m u i t o l e n t o e m u m a g r a n d e s e ç ã o , n a t e m p e r a t u r a , a m b i e n t e t e r á u m a e s t r u t u r a t o t a l m e n t e m a r t e n s í t i c a '^^ O s e l e m e n t o s d e l i g a a l t e r a m s i g n i f i c a t i v a m e n t e a t e m p e r a t u r a M., m a s n ã o a l t e r a m a s c a r a c t e r í s t i c a s d e t r a n s f o r m a ç ã o , q u e s ã o ; i n d e p e n d e n t e s d a t a x a d e r e s f r i a m e n t o . A l é m d i s s o , o n í q u e l e o u t r o s e l e m e n t o s d e l i g a p r e s e n t e s n o a ç o m a r a g i n g , g e r a l m e n t e a b a i x a m a f a i x a d e t r a n s f o r m a ç ã o d a m a r t e n s i t a , o u s e j a , a b a i x a m o M., c o m a e x c e ç ã o d o c o b a l t o , q u e a u m e n t a a t e m p e r a t u r a M. . P o r t a n t o , u m d o s p a p é i s d o c o b a l t o n o a ç o m a r a g i n g é d e a u m e n t a r a t e m p e r a t u r a M., a f i m d e q u e g r a n d e s q u a n t i d a d e s d e o u t r o s e l e m e n t o s (por e x . , t i t â n i o e m o l i b d ê n i o ) , p o s s a m s e r a d i c i o n a d a s e n a t e m p e r a t u r a a m b i e n t e já t e n h a s i d o c o m p l e t a d a a t r a n s f o r m a ç ã o . O e n d u r e c i m e n t o d o s a ç o s m a r a g i n g é p r o d u z i d o p e l o t r a t a m e n t o t é r m i c o d e e n v e l h e c i m e n t o (em t o r n o d e 3 a 9 h o r a s ) e m u m a f a i x a d e t e m p e r a t u r a d e 4 5 0 a 510°C. A s r e a ç õ e s m e t a l ú r g i c a s q u e a c o n t e c e m d u r a n t e t a i s t r a t a m e n t o s , p o d e m s e r i n t e r p r e t a d a s p e l o j u s o d o d i a g r a m a d e e q u i l í b r i o , f i g u r a 1 ( b ) . C o m o e n v e l h e c i m e n t o p r o l o n g a d o , a e s t r u t u r a t e n d e a r e v e r t e r p a r a a s f a s e s d e e q u i l í b r i o , p r i n c i p a l m e n t e a f e r r i t a e a a u s t e n i t a . F e l i z m e n t e , a r e a ç ã o d e p r e c i p i t a ç ã o q u e c a u s a o e n d u r e c i m e n t o é m u i t o m a i s r á p i d a q u e a r e v e r s ã o q u e p r o d u z a a u s t e n i t a e a f e r r i t a . C o m l o n g o t e m p o d e e n v e l h e c i m e n t o ou t e m p e r a t u r a s e l e v a d a s , a d u r e z a p o d e r á a l c a n ç a r u m m á x i m o , o c o r r e n d o e n t ã o u m a q u e d a , c o m o p o d e s e r v i s t o p e l a f i g u r a 2 p a r a o c a s o d o a ç o m a r a g i n g 1 8 % N i ( 2 5 0 ) . O a m o l e c i m e n t o n o s a ç o s m a r a g i n g n ã o é r e s u l t a d o e x c l u s i v o d o s u p e r e n v e l h e c i m e n t o , o u s e j a , d a c o a l e s c ê n c i a d o s p r e c i p i t a d o s , m a s t a m b é m é c o n s e q u ê n c i a d a r e v e r s ã o à a u s t e n i t a . O s d o i s p r o c e s s o s e s t ã o i n t e r l i g a d o s ; e
d i s s o l u ç ã o d o s p r e c i p i t a d o s m e t a e s t á v e i s r i c o s e m n í q u e l ,
b e n e f i c i a r á o e n r i q u e c i m e n t o d a m a t r i z e m n í q u e l , f a v o r e c e n d o a
f o r m a ç ã o d a a u s t e n i t a . G r a n d e q u a n t i d a d e d e a u s t e n i t a
( a p r o x i m a d a m e n t e 5 0 % ) p o d e r á e v e n t u a l m e n t e s e r f o r m a d a p e l o
Metaestável 1000 800 600 o . i 400 200 Equilíbrio O Reversão p/ austenita no aquecimento 9 0 % Transformado Formação de martesita no resfriamento _y> 9 0 % _i 1 I 1 I L 5 10 15 20 25 30 35 Fe Ni% 1000 5 10 15 20 25 30 35 Fe Ni% F i g . l - D i a g r a m a F e - N i a) M e t a e s t á v e l e b ) d e E q u i l í b r i o 60 55 50 S 45 u Q 40 35 I 10 T e m p o (Horas) 10^ lO'^ F i g . 2 - E n d u r e c i m e n t o d o a ç o m a r a g i n g l 8 % N i ( 2 5 0 ) v e r s u s t e m p o d e e n v e l h e c i m e n t o [1,9]
1.2.1 R e a ç õ e s n a A u s t e n i t a Q u a n d o o s a ç o s m a r a g i n g s ã o a q u e c i d o s e m t e m p e r a t u r a s e l e v a d a s , e m t o r n o d e 1000°C,. ou t e m p e r a t u r a s s u p e r i o r e s p a r a o e n c h a r c a m e n t o , c o n f o r m a ç ã o a q u e n t e e t r a t a m e n t o t é r m i c o d e s o l u b i l i z a ç ã o , p o d e m o c o r r e r t r ê s t i p o s d e r e a ç õ e s n a a u s t e n i t a d u r a n t e o r e s f r i a m e n t o (figura 3) . O p r i m e i r o é u m a r e a ç ã o d e f r a g i l i z a ç ã o n o s c o n t o r n o s d o s g r ã o s e n v o l v e n d o a s e g r e g a ç ã o d e u m a a t m o s f e r a d e M ( C , N ) n o s c o n t o r n o s d o s g r ã o s d a a u s t e n i t a , s e g u i d a p e l a p r e c i p i t a ç ã o d e u m a c a m a d a m u i t o f i n a d e p r e c i p i t a d o s d e M ( C , N ) n e s s e s c o n t o r n o s . O s e g u n d o é o t r a t a m e n t o t é r m i c o d e e n v e l h e c i m e n t o n o c a m p o a u s t e n í t i c o ( " a u s a g i n g " ) , q u e p r o p i c i a a p r e c i p i t a ç ã o d o s i n t e r m e t á l i c o s , tal c o m o , o F e ^ ( M o , T i ) . N a t u r a l m e n t e o t e r c e i r o é a t r a n s f o r m a ç ã o d a a u s t e n i t a p a r a m a r t e n s i t a e m t e m p e r a t u r a s b a i x a s . A r e a ç ã o d e f r a g i l i z a ç ã o p o d e s e r p a r t i c u l a r m e n t e p r e j u d i c i a l à t e n a c i d a d e d o s a ç o s m a r a g i n g , c o m o m o s t r a m o s e s t u d o s d e N o v a k r e a l i z a d o s n o L a b o r a t ó r i o d a I n c o (figura 4 ) Q u a n d o o a ç o e r a s o l u b i l i z a d o a 1200°C p a r a d i s s o l v e r o T i ( C , N ) e e n t ã o r e s f r i a d o d i r e t a m e n t e p a r a a r e g i ã o d e f r a g i l i z a ç ã o (700 - 1000°C) a í p e r m a n e c e n d o c e r c a d e 10 m i n u t o s , o b s e r v a - s e n a f i g u r a 4 q u e m e t a d e d a e n e r g i a a b s o r v i d a n o e n s a i o d e i m p a c t o C h a r p y é p e r d i d a . N a p r á t i c a , p a r a se e v i t a r o u m i n i m i z a r e s t a f r a g i l i z a ç ã o , d i m i n u i - s e os t e o r e s d e C e N q u e d e s l o c a r ã o e s t a r e a ç ã o p a r a l o n g o s t e m p o s , f i g u r a 3, d i f i c u l t a n d o e a t é e l i m i n a n d o e s t a f r a g i l i z a ç ã o . U m a o u t r a m a n e i r a p a r a se e v i t a r e s t a f r a g i l i z a ç ã o é f a z e r u m t r a t a m e n t o t e r m o m e c a n i c o q u e c o n s i s t e e m r e s f r i a r a p e ç a a t r a v é s d a r e g i ã o d e f r a g i l i z a ç ã o e s i m u l t a n e a m e n t e r e c r i s t a l i z a r á a a u s t e n i t a e n q u a n t o q u e o T i ( C , N ) se p r e c i p i t a r á e m f i n a s d i s p e r s õ e s , e x i s t i n d o a s s i m , m u i t o m a i s á r e a s p a r a e s t a
A t r a n s f o r m a ç ã o d a a u s t e n i t a p a r a m a r t e n s i t a d e p e n d e d a c o m p o s i ç ã o d a a u s t e n i t a (por e x . : a d e p e n d e n c i a d e s t a r e a ç ã o c o m o N i e s t á m o s t r a d o n a f i g u r a la) . S e o c o n t e ú d o d e c a r b o n o f o r s u f i c i e n t e m e n t e b a i x o , e s t a t r a n s f o r m a ç ã o p r o d u z u m a m a r t e n s i t a e m f o r m a d e r i p a , c a r a c t e r i z a d a p e l a a l t a d e n s i d a d e d e d i s c o r d a n c i a s e a a u s e n c i a d e m a r t e n s i t a m a c l a d a . E s t a e s t r u t u r a t e m u m l i m i t e d e e s c o a m e n t o n a o r d e m d e 700 M P a ( l O O K s i ) , e m a i s i m p o r t a n t e , t e m e x c e l e n t e d u c t i l i d a d e e t e n a c i d a d e . N o s a ç o s m a r a g i n g , o c o n t e ú d o d e c a r b o n o é t i p i c a m e n t e l i m i t a d o e m 0 , 0 3 % n o m á x i m o . A o se p r o j e t a r o a ç o m a r a g i n g d e v e se t e r c u i d a d o p a r a g a r a n t i r q u e o c o n t e ú d o t o t a l d a l i g a n ã o f a ç a c a i r a t e m p e r a t u r a a b a i x o d e 150°C. U m a e s t r u t u r a t o t a l m e n t e m a r t e n s í t i c a é o o b j e t i v o a o se r e s f r i a r o a ç o a t é à t e m p e r a t u r a a m b i e n t e ; c o m o n ã o se p o d e c o n f i a r e x c l u s i v a m e n t e n o r e s f r i a m e n t o p a r a se o b t e r u m a e s t r u t u r a t o t a l m e n t e m a r t e n s í t i c a , t r a b a l h a - s e c o m a c o m p o s i ç ã o q u í m i c a d a l i g a p a r a q u e n o r e s f r i a m e n t o , i n d e p e n d e n t e d a v e l o c i d a d e , se o b t e n h a u m a e s t r u t u r a t o t a l m e n t e m a r t e n s í t i c a n a t e m p e r a t u r a a m b i e n t e . 10
CO k. 3 CO a> a E A l t o M o e T i ^ — Fe^(Mo,Ti)
\ ^
A t m o s f e r a d e T x ( C , N ) ^ A l t a P u r e z a P r e c i p i t a d o s em c o n t o r n o s d e g r ã o . MiTempo
F i g . 3 - R e a ç õ e s n a A u s t e n i t a d u r a n t e o r e s f r i a m e n t o a p a r t i r d a s o l u b i l i z a ç ã o o ira Li-ra Di ra u fu <a •ü ra M 3 JJ ra u (U ai 0.1 1 10 100 1,000 10.000 T e m p o e m m i n u t o s F i g . 4 - C u r v a d e f r a g i l i z a ç ã o d a A u s t e n i t a p a r a o a ç o 1 8 % N i ( 2 5 0 ) , a m o s t r a s h o m o g e n e i z a d a s p o r 1 h o r a e m 1 2 0 0 ° C , e n v e l h e c i d a s p o r 3 h o r a s e m 4 8 2 ° C . A s c u r v a s m o s t r a m n í v e i s d e e n e r g í a d e I m p a c t o C h a r p y1 . 2 . 2 . R e a ç õ e s na M a r t e n s i t a A p r e c i p i t a ç ã o e n d u r e c e d o r a é r e a l i z a d a p e l o t r a t a m e n t o t é r m i c o n a e s t r u t u r a m a r t e n s í t i c a . E s t e t r a t a m e n t o t é r m i c o é f e i t o e m u m a t e m p e r a t u r a d a o r d e m d e 480°C p o r v á r i a s h o r a s . D i f e r e n t e s e l e m e n t o s d e l i g a p r o d u z e m o e n d u r e c i m e n t o p o r e n v e l h e c i m e n t o n a m a r t e n s i t a F e - N i . U m d o s m a i o r e s e n d u r e c e d o r e s é o t i t â n i o , ou s e j a , p a r a c a d a 0 , 1 % d e T i n a l i g a , o l i m i t e d e e s c o a m e n t o s o f r e u m a u m e n t o d e 69 M P a O d e s e n v o l v i m e n t o d o a ç o " m a r a g i n g " F e - 1 8 % N i d i r e c i o n o u o t r a b a l h o d o e n d u r e c i m e n t o à c o m b i n a ç ã o d o C o m a i s o M o (figura 5 ) . O p r i n c i p a l p a p e l d o C o n e s t e m e c a n i s m o é d i m i n u i r a s o l u b i l i d a d e d o M o , d e v i d o a o e f e i t o s i n e r g é t i c o q u e a m b o s p o s s u e m , e e n t ã o a u m e n t a a q u a n t i d a d e de p r e c i p i t a d o s r i c o s e m M o a u m e n t a n d o a d u r e z a d a m a r t e n s i t a d u r a n t e o e n v e l h e c i m e n t o . O c o b a l t o s o z i n h o n ã o f o r m a p r e c i p i t a d o d u r a n t e o e n v e l h e c i m e n t o , m a s c o n t r i b u i m o d e s t a m e n t e c o m a r e s i s t ê n c i a , q u e p o d e s e r a t r i b u í d a a u m a r e a ç ã o d e o r d e n a ç ã o de c u r t o a l c a n c e n a m a t r i z ; u m a v a n t a g e m a d i c i o n a l d o C o , c o m o m e n c i o n a d o a c i m a , é q u e e s t e a u m e n t a a t e m p e r a t u r a M, , e a s s i m p r o m o v e u m a c o m p l e t a t r a n s f o r m a ç ã o d a m a r t e n s i t a n o r e s f r i a m e n t o a p a r t i r d a t e m p e r a t u r a d e a u s t e n i t i z a ç ã o . G r a n d e n ú m e r o d e p e s q u i s a s f o i f e i t o p a r a i d e n t i f i c a r os p r e c i p i t a d o s f o r m a d o s n o a ç o m a r a g i n g . E l e e s t á r e s u m i d o n a t a b e l a II . O s r e s u l t a d o s s u g e r e m q u e d u r a n t e o e n d u r e c i m e n t o p o r e n v e l h e c i m e n t o , g r a n d e s a d i ç õ e s d e T i , a o s a ç o s V a s c o M a x T - 2 5 0 s e m c o b a l t o e / o u 1 8 % N i ( 3 5 0 ) c o n d u z à f o r m a ç ã o d a f a s e eta{T¡) , N i ^ T i . E s t a r e a ç ã o c o m p e t e c o m a r e v e r s ã o d a a u s t e n i t a , p o r é m o c o r r e a n t e s d a r e v e r s ã o (figura 6 ) . A s r e a ç õ e s d o M o s ã o m a i s c o m p l e x a s . Q u a n d o o c o b a l t o e s t á p r e s e n t e , i n i c i a - s e o e n d u r e c i m e n t o c o m u m a z o n a r i c a e m M o n a c o n d i ç ã o d e s u b e n v e l h e c i m e n t o ^^^^ . C o m o e n v e l h e c i m e n t o p o s t e r i o r , o Ni^Mo o r t o r r ô m b i c o é p r e c i p i t a d o , e e s t a r e a ç ã o é a c e l e r a d a p e l o C o . E s t a f a s e , c o n t u d o , é m e t a e s t á v e l 12
e a p ó s u m l o n g o e n v e l h e c i m e n t o t r a n s f o r m a - s e n a f a s e d e L a v e s , ou
s e j a , e m F e ^ ( M o , T i ) h e x a g o n a l , e s p e c i a l m e n t e c o m a l t o M o e T i c o m o
n o a ç o 1 8 % N i ( 4 0 0 ) . E m t o d a s e s t a s f a s e s , e x i s t e u m a s u b s t i t u i ç ã o
u 44 40 % 36 o o (0 N <D a 28 32 28 24 1 -7Co + 1 Vio
/
0/
/
M a r t e n s i t a 4 2 6 6 E n v e l h 482''C e c i d a1/
e n t r e n s i t a 4 2 6 6 E n v e l h 482''C e c i d a \ _.„ 1 1 1 1 c o Mc a7Co-< 1 M a r t e 1 1 n s i t a 1 1 S o l u b i • 1 lizada 1 ( O I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 II 12 13 14 ';ójMolibdfuio F i g . 5 - D e s c o b e r t a o r i g i n a l d a i n t e r a ç ã o C o - M o e m 1 9 6 0 u 3 JJ nt u d) Zonas de M o > % M o , Co Ti(C,N) Austenita BaLxo Ni Bawo C,N Fe,(Mo,Ti)Ivji 'ri Alto (Mo, Ti) N i . M o ^ < > % T i , T-250 >oò C o . M o 18%Ni(25Ü) T e m p o d e E n v e l h e c i m e n t o d a M a r t e n s i t a F i g . 6 - R e a ç õ e s n a m a r t e n s i t a d u r a n t e o e n v e l h e c i m e n t o d a m a r t e n s i t a . I A
T a b e l a II - F a s e s e n d u r e c e d o r a s n o s a ç o s m a r a g i n g [1]
Fase Tipo de E s t r u t u r a Ocorrência
Z o n a s de Mo - 0 - Aco 18%Ni(250) sub-env.,e outros graus com co.
N i Mo 3
Ortorrombico Normal 18%Ni(250)
7)-Ni^Ti DO Hexagonal o rd. 24 Al to grau de Ti, 1 8 % N i T 3 5 0 ) , T - 2 5 0 N i V 3 Hexagonal c o m p a c t o Com 7%V N i W 3 Ortorrômbico Com 7%W F e (Mo,Ti)
2 Tipo de Laves Hexagonal
Alto Mo 18%Ni(400) Ti e superenv.
(7-FeMo Tetragonal Baixo Ni, alto Mo
<7-FeTi Tipo CsCl cubico Baixo Ni, alto Ti
U - F e Mo Hexagonal Alto Cr, baixo Ni, alto Mo
R ( M o - C o - C r ) Hexagonal R ó m b i c o Ligas N i - C o - M o - C r
;í;{Fe-Cr-Mo) Cubico de Corpo Centrado - (Mn-íX) Ligas Ni-Co-Mo-Cr C o m o m o s t r a a t a b e l a I I , n o v o s a ç o s m a r a g i n g a p r e s e n t a m o u t r o s p r e c i p i t a d o s e n d u r e c e d o r a s , q u e p u d e r a m s e r i d e n t i f i c a d a s . E s t e s s ã o , o Ni^V q u a n d o o C o é s u b s t i t u i d o p e l o V , o Ni^W q u a n d o o M o é s u b s t i t u i d o p o r W, a f a s e o- q u a n d o o t e o r N i é d i m i n u i d o e o d e M o e T i s ã o a u m e n t a d o s , e a s f a s e s iJi,n,x q u a n d o C r é a c r e s c e n t a d o a o s a ç o s m a r a g i n g . C o m o m o s t r a d o n a f i g u r a 2 , o e n d u r e c i m e n t o n o s a ç o s m a r a g i n g é m u i t o r á p i d o , m u i t o m a i s r á p i d o q u e a d i f u s ã o d e e l e m e n t o s d e l i g a s u b s t i t u c i o n a i s n o r e t i c u l a d o . A a u s ê n c i a d e u m v i s í v e l e s t á g i o v i s u a l d e n u c l e a ç ã o e a a c e l e r a d a d i f u s ã o p r o p o r c i o n a d a p e l a a l t a d e n s i d a d e d e d i s c o r d â n c i a s n a m a t r i z m a r t e n s í t i c a , são c o m u m e n t e c i t a d a s c o m o a s r a z õ e s p a r a a r á p i d a c i n é t i c a d e e n d u r e c i m e n t o . O s l o c a i s p r e f e r e n c i a i s d e f o r m a ç ã o d o s p r e c i p i t a d o s s ã o d i s c o r d â n c i a s e c o n t o r n o s d a s r i p a s d e m a r t e n s i t a , r e s u l t a n d o e m u m a d i s t r i b u i ç ã o r a z o a v e l m e n t e u n i f o r m e d e p e q u e n a s p a r t í c u l a s d e p r e c i p i t a d o s q u e d e v e m s e r e f e t i v a s
e m p r o d u z i r u m a b o a c o m b i n a ç ã o d e r e s i s t ê n c i a e t e n a c i d a d e . O m o l i b d ê n i o s u r g e d e s e m p e n h a n d o u m p a p e l i m p o r t a n t e d u r a n t e o e n v e l h e c i m e n t o , o d e e v i t a r a f o r m a ç ã o d a s f a s e s f r a g i l i z a n t e s n o s c o n t o r n o s d o s g r ã o s d a a u s t e n i t a p r i m á r i a . V á r i a s f o r m a s d e p a r t í c u l a s d e p r e c i p i t a d o s t ê m s i d o o b s e r v a d a s , c o m o p o r e x e m p l o , a g u l h a s , p l a c a s o u e s f e r a s . T i p i c a m e n t e , a p ó s o t r a t a m e n t o t é r m i c o c o n v e n c i o n a l d o a ç o m a r a g i n g , a s p a r t í c u l a s d o s p r e c i p i t a d o s n o 1 8 % N i ( 2 5 0 ) a p r e s e n t a m u m d i â m e t r o m é d i o d e 0 , 0 1 5 M m . A s d e f o r m a ç õ e s [13] c o e r e n t e s n a m a t r i z s ã o g r a n d e s (figura 7) C o m l o n g o t e m p o d e e n v e l h e c i m e n t o a r e s i s t ê n c i a c o m e ç a r á a d e c a i r . I s t o é o r e s u l t a d o d o s u p e r e n v e l h e c i m e n t o n o s e n t i d o c o n v e n c i o n a l d a s r e a ç õ e s d e c o a l e s c i m e n t o d a s p a r t í c u l a s d o s p r e c i p i t a d o s e d o i n í c i o d a r e v e r s ã o à a u s t e n i t a . A d e c o m p o s i ç ã o d o Ni^Mo p a r a Fe^Mo c o m a c o n s e q u e n t e l i b e r a ç ã o d o N i t e m s i d o s u g e r i d o c o m o a c a u s a d a f o r m a ç ã o d a a u s t e n i t a . F e l i z m e n t e , a r e s p o s t a a o e n v e l h e c i m e n t o é m u i t o r á p i d a , p o r e x e m p l o , u m a ç o g r a u 2 5 0 , c o m d u r e z a 2 8 R c n a c o n d i ç ã o s o l u b i l i z a d a , a p ó s 3 m i n u t o s a 482°C, a t i n g e u m a d u r e z a d e 43 R c , a p ó s i s s o h á u m a u m e n t o g r a d u a l a t i n g i n d o 52 R c d e p o i s d e 3 h o r a s d e t r a t a m e n t o t é r m i c o ^^'^^Os e s t á g i o s i n i c i a i s d a r e v e r s ã o f r e q u e n t e m e n t e p a r e c e m e n v o l v e r a f o r m a ç ã o d a a u s t e n i t a n o s c o n t o r n o s d a s r i p a s d e m a r t e n s i t a e a o l o n g o d o s c o n t o r n o s d o s g r ã o s d a a u s t e n i t a p r i m á r i a . B o a s c o m b i n a ç õ e s d e r e s i s t ê n c i a s m a i s b a i x a s e t e n a c i d a d e s m a i s e l e v a d a s t ê m s i d o o b t i d a s p e l o s t r a t a m e n t o s t é r m i c o s d e s u p e r e n v e l h e c i m e n t o / r e v e r s ã o . C o m o e s t e t i p o d e t r a t a m e n t o n ã o é m u i t o f á c i l d e se r e a l i z a r , t r a b a l h a - s e c o m u m o u t r o a ç o m a r a g i n g , p r o j e t a d o c o m r e s i s t ê n c i a m a i s b a i x a , a o i n v é s d e se f a z e r u m t r a t a m e n t o t é r m i c o d e s u p e r e n v e l h e c i m e n t o em u m a ç o d e r e s i s t ê n c i a m a i s e l e v a d a . 16
A l é m d o s p r e c i p i t a d o s d o " m a r a g i n g " , v á r i o s t i p o s d e i n c l u s õ e s e s t ã o c o m u m e n t e p r e s e n t e s n e s t e s a ç o s . A s m a i s a p a r e n t e s s ã o a s p a r t í c u l a s c ú b i c a s d e T i ( C , N ) c o m t a m a n h o s d a o r d e m de u m m i c r o m e t r o . F o i o b s e r v a d o q u e a f r a t u r a i n i c i a - s e p e l a q u e b r a d e s t a s p a r t í c u l a s d e T i { C , N ) , e p a r a m e l h o r a r a t e n a c i d a d e d i m i n u i - s e o c o n t e ú d o d e C e N q u e r e s u l t a r á n a e l i m i n a ç ã o o u d i m i n u i ç ã o d o T i ( C , N ) . A s p a r t í c u l a s d e s u l f e t o t a m b é m s ã o i n d e s e j á v e i s e d i m i n u i n d o o c o n t e ú d o d e e n x o f r e s e r á s a t i s f a t ó r i o p o i s n ã o h a v e r á s u l f e t o s e c o n s e q u e n t e m e n t e d i m i n u i r ã o a s t r i n c a s p r o v o c a d a s p e l a c o r r o s ã o s o b t e n s ã o . O u t r o s ó x i d o s , p a r t í c u l a s , e t c , c o m o e m o u t r o s a ç o s d e a l t a r e s i s t ê n c i a , t a m b é m d e v e m s e r m a n t i d o s a o m í n i m o p a r a se t e r m e l h o r e s p r o p r i e d a d e s . V á r i o s p a r â m e t r o s m i c r o e s t r u t u r a i s d o s p r e c i p i t a d o s d o s a ç o s m a r a g i n g p a r e c e m c o n t r o l a r as p r o p r i e d a d e s m e c â n i c a s . U m d e l e s e s t á a s s o c i a d o a o t a m a n h o e x t r e m a m e n t e f i n o d e p r e c i p i t a d o q u e é d e s e n v o l v i d o n e s t e s a ç o s m a r a g i n g . O s e x e m p l o s d a e x t e n s a f a m í l i a d a s l i g a s b i f á s i c a s à b a s e d e f e r r o s ã o m o s t r a d o s n a f i g u r a 8. O r e f i n a m e n t o d a s e g u n d a f a s e , a p a r t i r d e 3 0 M m n a g r a f i t a d o f e r r o d ú c t i l , d e 20jum n a p e r l i t a d o a ç o , d e l^.va d o c a r b o n e t o n a b a i n i t a , de 0,3íim n o a ç o m a r t e n s í t i c o e d e 0,05 p a r a 0,005/Lim n o s a ç o s m a r a g i n g , é r e s p o n s á v e l p e l o a u m e n t o d a r e s i s t ê n c i a , f a z e n d o c o m q u e e s t a s e j a a m p l i a d a e m a t é 10 v e z e s . N a t u r a l m e n t e o u t r o s f a t o r e s t a i s c o m o , p a r t í c u l a s e n d u r e c e d o r a s , t e n s õ e s d e c o e r ê n c i a e d i f e r e n ç a s m e n o r e s d e f r a ç ã o v o l u m é t r i c a , s ã o d e m e s m a i m p o r t â n c i a , m a s o e f e i t o d o m i n a n t e é a d i m i n u i ç ã o d o s p r e c i p i t a d o s , o c a s i o n a n d o a d i m i n u i ç ã o d o e s p a ç a m e n t o , A , e n t r e as p a r t í c u l a s , a u m e n t a n d o o e n d u r e c i m e n t o p e l o m e c a n i s m o d e O r o w a n :
cr = cTo + cb/A o n d e cr = L i m i t e d e e s c o a m e n t o d a m a r t e n s i t a e n v e l h e c i d a . cro= L i m i t e d e e s c o a m e n t o d a m a r t e n s i t a n ã o e n v e l h e c i d a G = M ó d u l o d e e l a s t i c i d a d e e m c i s a l h a m e n t o b = v e t o r d e b u r g e r s O u t r o f a t o r e n d u r e c e d o r é o a u m e n t o d a p o r c e n t a g e m v o l u m é t r i c a d o s p r e c i p i t a d o s n o m a r a g i n g . O s a l t o s n í v e i s d e r e s i s t ê n c i a a l c a n ç a d o s , f i g u r a 8 , p a r a o s a ç o s m a r a g i n g 1 8 % N i ( 2 5 0 ) e 1 8 % N i ( 4 0 0 ) , s u p e r i o r e s a o s a ç o s m a r a g i n g i n o x i d á v e i s , devera s e r a t r i b u í d o s á a l t í s s i m a p o r c e n t a g e m v o l u m é t r i c a o b t i d a a o se u s a r a l t o s n í v e i s c o m b i n a d o s d e C o e M o . C e r t a m e n t e , a c a r a c t e r í s t i c a e s t r u t u r a l e s s e n c i a l e m u m a m a r t e n s i t a n ã o e n v e l h e c i d a se o b t é m a t r a v é s d e u m t r a t a m e n t o t é r m i c o d e e n v e l h e c i m e n t o q u e p r o p i c i a u m a u m e n t o d a r e s i s t ê n c i a . A m e l h o r i a n a s p r o p r i e d a d e s m e c â n i c a s é c a u s a d a p o r v á r i o s f a t o r e s , t a i s c o m o , e n d u r e c i m e n t o p o r s o l u ç ã o s ó l i d a , p o r p r e c i p i t a ç ã o d e i n t e r m e t á l i c o s n o s b l o c o s d e m a r t e n s i t a e n o s c o n t o r n o s d a s r i p a s . C a o a v a l i a q u e c e r c a d e 4 0 % d a d u r e z a f i n a l d a m a r t e n s i t a e n v e l h e c i d a se d e v e a e s t e s f a t o r e s c i t a d o s e m o s t r a q u e b l o c o s d e m a r t e n s i t a r e f i n a d o s e e s t r u t u r a s e m r i p a s a u m e n t a m a r e s i s t ê n c i a . N a s l i g a s s e m c o b a l t o d e c u s t o m a i s b a i x o , o T i t e m s i d o o e l e m e n t o e n d u r e c e d o r f a v o r i t o c o m b i n a d o c o m 2 - 3 % M o . 18
[00%//mi
C o m p r e s s ã o d e 5 , 3 5 % P00jp//[lTl]^ E x p a n s ã o d e ;86%m]p//m
]a
C o m p r e s s ã o d e 3 , 9 3 % a) A j u s t a m e n t o a t ó m i c o d e f e i t u o s o a o l o n g o d o e i x o d o c r i s t a l d o p r e c i p i t a d o . 1 1 M a t r i 7 [ l i l i\
.\ \
. NÍ3 Mo [100] precipil. ado [001]r t
ali--7 1 1 1\
\
ali-LZ Uí.Luiiiumii-' _ 1 j_ b) D i s t o r ç ã o n o p l a n o (011) d a M a t r i z F i g . 7 - D i s t o r ç ã o d o r e t i c u l a d o a o r e d o r d o p r e c i p i t a d o d o N i ^ M o n o s a ç o s m a r a g i n g (300) ^^-^-^^ _ 4000 c « JJ m •rt m m Pi 3000 2000 -1000 A ç o m a r a g i n g .OOSpm > \ . O S j i m \ A ç o m a r t e n s í t i c o j.3pm A ç o m a r a g i n g i n o x i d á v e l .0 Ipm A ç o b a i n í t i c o ^Ipm A ç o p e r l í t i c o ^20Mm F e r r o ductil^30|jm T -0 —r-2 - 4 - 2 0 2 4 6Ln do inverso do tamanho do precipitado (em u m )
1.3. E F E I T O D O S E L E M E N T O S D E LIGA F o i a p a r t i r d e 1 9 6 0 q u e se c h e g o u a o a ç o m a r a g i n g l 8 % N i e e n t ã o f o r a m i n t r o d u z i d o s os e l e m e n t o s c o b a l t o e o m o l i b d ê n i o ^^V. A s é r i e 1 8 % N i f o i c o n s i d e r a d a c o m o a m a i s e f i c i e n t e d e v i d o a o s t r a t a m e n t o s t é r m i c o s d e s o l u b i l i z a ç ã o e e n v e l h e c i m e n t o m a i s , [16] s i m p l e s A a u s ê n c i a d o c a r b o n o m e l h o r a a d u c t i l i d a d e e t e n a c i d a d e , e a u m e n t a a r e s i s t ê n c i a ã r a d i a ç ã o e a f r a g i l i d a d e a o r e v e n i d o e a o h i d r o g ê n i o . I s t o t a m b é m m e l h o r a a s o l d a b i l i d a d e e a d e f o r m a ç ã o a q u e n t e p e l o i m p e d i m e n t o d a p r e c i p i t a ç ã o d o s c a r b o n e t o s d e t i t â n i o e m o l i b d ê n i o , f a c i l i t a n d o a c o n f o r m a ç ã o a f r i o e a u s i n a g e m p e l a d i m i n u i ç ã o d a t a x a d e e n c r u a m e n t o . A l é m d i s s o , a a u s ê n c i a d e c a r b o n o i m p e d e a t r i n c a p o r t ê m p e r a e p o r s o l d a g e m , e v i t a a d e s c a r b o n e t a ç ã o , e r e d u z a o m i n i m o as a l t e r a ç õ e s d i m e n s i o n a i s c a u s a d a s p e l o t r a t a m e n t o t é r m i c o '^"^^ . N a a u s ê n c i a d e c a r b o n o , é n e c e s s á r i o m a i s q u e 1 0 % d e n í q u e l p a r a g a r a n t i r a n ã o o c o r r ê n c i a d e f e r r i t a e p a r a p r o p o r c i o n a r u m a e s t r u t u r a m a r t e n s í t i c a m a s s i v a c o m a l t a d e n s i d a d e de d i s c o r d â n c i a s . O a l t o t e o r d e n í q u e l t a m b é m p r o m o v e a p r e c i p i t a ç ã o d a f a s e Ni^Mo n o e n v e l h e c i m e n t o . A f i g u r a 9 m o s t r a q u e l i g a F e - N i b i n á r i a e x i b e u m a a l t í s s i m a r e s i s t ê n c i a n a r e g i ã o d e 1 8 % N i e q u e a r e s i s t ê n c i a d i m i n u i r a p i d a m e n t e acimc d a a u s t e n i t a n a e s t r u t u r a m a r t e n s í t i c a a r e s i s t ê n c i a d i m i n u i r a p i d a m e n t e a c i m a d e 2 4 % N i d e v i d o à r e t e n ç ã o [17] S e n d o o t e o r d e c a r b o n o s u f i c i e n t e m e n t e b a i x o , e m t o r n o d e 0 , 0 0 3 % e m p e s o , n a t r a n s f o r m a ç ã o d e a u s t e n i t a p a r a m a r t e n s i t a , t e r e m o s a f o r m a ç ã o d e u m a m a r t e n s i t a e m f o r m a d e r i p a s c a r a c t e r i z a d a p e l a a l t a d e n s i d a d e d e d i s c o r d â n c i a s c o m à a u s ê n c i a T , [18,19,20] da m a r t e n s i t a m a c l a d a 2,Q
M o l i b d ê n i o - N a m a i o r i a d o s a ç o s e l e se a p r e s e n t a c o m o u m d o s p r i n c i p a i s a g e n t e s e n d u r e c e d o r e s . P a r a l i g a s c o n t e n d o M o , o b s e r v a - s e q u e p a r a c a d a a d i ç ã o d e 0,l%Mo o v a l o r d o l i m i t e d e e s c o a m e n t o e l e v a - s e d e c e r c a d e 1 6 , 7 M P a . O m o l i b d ê n i o c o n t r i b u i p a r a a p r e c i p i t a ç ã o d o Ni^Mo e f a v o r e c e a r e v e r s ã o d a m a r t e n s i t a p a r a a u s t e n i t a C o b a l t o - N a s l i g a s d e a ç o m a r a g i n g F e - l 8 % N i - M o , q u e c o n t ê m o e l e m e n t o c o b a l t o , e s t e a g e a u m e n t a n d o as t e m p e r a t u r a s M. e M^ e p e r m i t e u m a b o a t e n a c i d a d e c o m l i m i t e d e e s c o a m e n t o e l e v a d o . O c o b a l t o n u m a f a i x a d e 6 a 9%, a u m e n t a o l i m i t e d e e s c o a m e n t o e m c e r c a d e 6 0 M P a p a r a c a d a p o r c e n t o d e c o b a l t o a d i c i o n a d o . A p r e s e n ç a d e 9% d e c o b a l t o a u m e n t a o l i m i t e d e e s c o a m e n t o d e a p r o x i m a d a m e n t e 1 4 0 a 3 1 0 M P a , d i m i n u i n d o a i n d a a s o l u b i l i d a d e d o m o l i b d ê n i o n a m a t r i z F e - N i e c o m i s s o , a u m e n t a n d o a q u a n t i d a d e de p r e c i p i t a d o s f i n o s , r i c o s e m m o l i b d ê n i o n o t r a t a m e n t o t é r m i c o de T , . ^ Cl,4,16,17] e n v e l h e c i m e n t o Q u a n d o o c o b a l t o e s t á p r e s e n t e , o e n d u r e c i m e n t o i n i c i a - s e c o m u m a z o n a r i c a e m M o n a c o n d i ç ã o s u b e n v e l h e c i d a . C o m o e n v e l h e c i m e n t o p o s t e r i o r , o Ni^Mo é p r e c i p i t a d o e e s t a r e a ç ã o é a c e l e r a d a p e l o C o . T i t â n i o - N o s a ç o s t r a d i c i o n a i s a g e c o m o u m a g e n t e s u p l e m e n t a r d e e n d u r e c i m e n t o . C o n t u d o , o a u m e n t o n o t e o r de t i t â n i o a c a r r e t a r á o a p a r e c i m e n t o d e f i l m e s d e T i ( C , N ) n o s c o n t o r n o s d o s g r ã o s , q u e f r a g i l i z a m o a ç o . J á n a s l i g a s m a i s r e c e n t e s , c o m o o s a ç o s m a r a g i n g s e m s o b a l t o , o t i t â n i o a g e c o m o o p r i n c i p a l e l e m e n t o e n d u r e c e d o r . O u s o d e a ç o s c o m t e o r d e t i t â n i o n ã o m u i t o e l e v a d o t a m b é m é r e c o m e n d a d o , e n o c a s o d e se t e r q u e u t i l i z a r u m t e o r m a i s e l e v a d o , d i m i n u i - s e o t e o r d e c a r b o n o , p o i s o t i t â n i o e o c a r b o n o p o s s u e m a f i n i d a d e p a r a a f o r m a ç ã o d e c a r b o n e t o s .
( " I 1111 11 N 1 m u M 11 1 P I'l r •. (I ,1 .1 O , 7 'r. I li • T i 1 •. I ( • • / . 1 ; i < • < i I i iii i I I • • 1 • • e s c o a m e n t o d e 1 5 1 6 a 1 9 3 0 M P a , o u s e j a , p a r a c a d a 0 , l % T i e l e v a - s e e m 69 M P a o l i m i t e d e e s c o a m e n t o , i s t o é i l u s t r a d o n a f i g u r a 10 e m u m a ç o m a r a g i n g c o n v e n c i o n a l [*'ii'22J_ A l u m í n i o - É a d i c i o n a d o a o s a ç o s m a r a g i n g 1 8 % N i c o m o u m a g e n t e d e s o x i d a n t e . A u m e n t a a r e s i s t ê n c i a a o i m p a c t o se a d i c i o n a d o a t é 0 , 1 % . Q u a n t i d a d e s s u p e r i o r e s p r o v o c a m u m m a i o r e n d u r e c i m e n t o m a s , d i m i n u e m a t e n a c i d a d e ["^'^^^ , S i l í c i o e M a n g a n ê s - S ã o p r e j u d i c i a i s à t e n a c i d a d e q u a n d o e s t e s e l e m e n t o s s u p e r a m 0 , 1 2 % d o s e u t e o r i n d i v i d u a l m e n t e , ou q u a n d o a s o m a d e a m b o s o s e l e m e n t o s u l t r a p a s s a r 0 , 2 % E n x o f r e - Ê u m e l e m e n t o p r e j u d i c i a l n a m a i o r i a d o s a ç o s , d e v i d o à f o r m a ç ã o d e i n c l u s õ e s d e s u l f e t o s d e t i t â n i o (Ti^S) . A p e s a r d e e s t a r l i m i t a d o a u m v a l o r p r ó x i m o d e 0 , 0 1 % n o s a ç o s m a r a g i n g 1 8 % N i g r a u ( 2 0 0 ) , (250) e (280) e 0 , 0 0 5 % p a r a o g r a u (350) , n a p r á t i c a d e f a b r i c a ç ã o d o s a ç o s m a r a g i n g d e g r a u (350) d e v e - s e u t i l i z a r o m a i s b a i x o t e o r d e e n x o f r e q u e f o r p o s s í v e l [4] N i t r o g ê n i o - A p e s a r d e n ã o p o s s u i r u m v a l o r e s p e c i f i c a d o , p o d e s e r p r e j u d i c i a l às p r o p r i e d a d e s m e c â n i c a s d e v i d o â f o r m a ç ã o de i n c l u s õ e s d e c a r b o n i t r e t o s d e t i t â n i o . 22
o: Q. 5 9 0 0 8 0 0 7 0 0 6 0 0 -5 0 0 4 0 0 -3 0 0 2 0 0 100 AQUECIMENTO 9 07o - t r a n s f o r m a r l a -100 130 110 90 70 • 5 0 - 3 0 o •o F i g . 9 - C o m p o r t a m e n t o d e t r a n s f o r m a ç ã o e l i m i t e d e r e s i s t ê n c i a a t r a ç ã o d a l i g a F e - N i [17] 2068 1930 1790 'jj> 1650 i ' 1520 1380 % d e T i t a n i o F i g . 1 0 - E f e i t o d o t i t â n i o s o b r e o l i m i t e d e e s c o a m e n t o e m u m
