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Campinas CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO ESTUDO DA RECRISTALIZAÇÃO DO AÇO INOXIDÁVEL FERRÍTICO AISI 430 VISANDO A OTIMIZAÇÃO DO TEMPO E DA TEMPERATURA DE RECOZIMENTO Bruna Clarissa Guimarães Campinas/SP Brasil Dezembro de 2010

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Campinas

CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

ESTUDO DA RECRISTALIZAÇÃO DO AÇO INOXIDÁVEL

FERRÍTICO AISI 430 VISANDO A OTIMIZAÇÃO DO TEMPO E DA

TEMPERATURA DE RECOZIMENTO

Bruna Clarissa Guimarães

Campinas/SP – Brasil

Dezembro de 2010

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Campinas

CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

ESTUDO DA RECRISTALIZAÇÃO DO AÇO INOXIDÁVEL

FERRÍTICO AISI 430 VISANDO A OTIMIZAÇÃO DO TEMPO E DA

TEMPERATURA DE RECOZIMENTO

Bruna Clarissa Guimarães

Monografia apresentada à disciplina Trabalho de

Conclusão de Curso, do Curso de Engenharia de Produção

da Universidade São Francisco, sob a orientação da Profa.

Ms. Maíra Rezende, como exigência parcial para

conclusão do curso de graduação.

Orientadora: Profa. Ms. Maira Rezende

Campinas – São Paulo – Brasil

Dezembro de 2010

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ESTUDO DA RECRISTALIZAÇÃO DO AÇO INOXIDÁVEL FERRÍTICO

AISI 430 VISANDO A OTIMIZAÇÃO DO TEMPO E DA TEMPERATURA

DE RECOZIMENTO

Bruna Clarissa Guimarães

Monografia defendida e aprovada em 07 de dezembro de 2010 pela Banca

Examinadora assim constituída:

Profa. Ms. Maira Rezende (Orientadora)

USF – Universidade São Francisco – Campinas – SP.

Prof. Ms. Emilio Boog (Membro Interno)

USF – Universidade São Francisco – Campinas – SP.

Prof . Mario Monteiro (Membro Interno)

USF – Universidade São Francisco – Campinas – SP.

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Dedico este Trabalho de Conclusão de Curso aos

meus pais, Luciane Baltasar Guimarães e Guilherme

Guimarães Junior, assim como ao meu irmão,

Guilherme Guimarães Neto, por sempre acreditarem

no meu potencial.

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AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente e essencialmente à Professora Dra. Alexandra Hayama, pelo seu

apoio constante ao longo deste trabalho e a quem sem seu suporte, nada seria possível

À Professora Dra. Mirian Motta Melo, quem me introduziu a pesquisa científica e me deu a

oportunidade de trabalhar em seu projeto.

À Professora Ms. Maira Rezende, a minha orientadora, pelo grande auxílio e incentivo.

Ao Professor Dr. Rubens Caram (FEM/ UNICAMP) por disponibilizar seu laboratório de

Engenharia de Materiais e todo seu equipamento, quais foram de extrema necessidade para a

realização de todo este trabalho.

Agradeço também ao Professor Ms. Emilio Gruneberg Boog, por estar sempre presente dando

todo seu suporte e paciência, além de ter tornado tudo possível no curso de Engenharia de

Produção.

Aos amigos, docentes, funcionários da Universidade São Francisco - Campinas, pela

inestimável amizade durante estes anos de convivência.

Agradeço aos meus pais e irmão pelo apoio incondicional em momento críticos.

Eu agradeço fraternalmente a todos.

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Sumário

Lista de Figuras ...................................................................................... ............................................................ vii

Lista de Tabelas............................................................................................................. ..................................... viii

Resumo ........................................................................................................................................... ..................... ix

Abstract ................................................................................................ ............................................................... x

1 Introdução e Objetivos ...................................................................................................... ..................... 1

2 Revisão Bibliográfica............................................................................................................................... 4

2.1 Aços Inoxidáveis............................................................................................................. ................ 4

2.2 O processo de solidificação.................................................................................................. ........... 6

2.3 O processo de deformação plástica.................................................................................................. 9

2.4 O processo de recuperação e recristalização.................................................................................. . 11

3 Materiais e Métodos................................................................................................................................. 13

3.1 Materiais.................................................................................................................... ...................... 13

3.2 Métodos ........................................................................................................................................ .. 13

3.2.1 Laminação........................................................................................................... .................... 14

3.2.2 Tratamento Térmico..................................................................................................... .......... 15

3.2.3 Preparação para caracterização microestrutural..................................................................... 16

3.2.4 Microscopia Ótica...................................................................................................... ............. 17

3.2.5 Ensaio de Dureza Vickers....................................................................................................... 17

4 Resultados e Discussões...................................................................................................... ..................... 18

4.1 Caracterizações Iniciais................................................................................................................... 18

4.2 Amostras na condição deformada............................................................................................... ..... 18

4.3 Amostras na condição de recozimento.......................................................................................... .. 19

5 Considerações finais................................................................................................... .............................. 27

Referências bibliográficas................................................................................................... .................... 28

Bibliografia consultada............................................................................................................................ 31

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Lista de Figuras

Figura 1. Microestrutura das ligas de aços inoxidáveis: (a) austenítico SAE-AISI 304

solubilizado e temperado em água (Ataque água-régia) , (b) ferrítico SAE-AISI 430 (Ataque

água-régia). ............................................................................................................................. 6

Figura 2. Curva de resfriamento de metais puros.................................................................... 7

Figura 3. (a) Seção transversal de uma estrutura fundida, onde observam-se a zona

coquilhada, a zona colunar e a zona equiaxial, (b) Possíveis estruturas de fundidos. 1.

Totalmente colunar exceto pela zona coquilhada, 2. Parcialmente colunar e equiaxial, 3.

Totalmente equiaxial. Nuclemat, PUCRS, 2008)............................................................ ....... 9

Figura 4 .Diagrama esquemático dos principais estágios no recozimento: (a) estado

encruado, (b) recuperado, (c) parcialmente recristalizado, (d) totalmente recristalizado, (e)

crescimento de grão, (f) crescimento anormal de grão ......................................................... 13

Figura 5. Ilustração esquemática da placa retirada do lingote de aço inoxidável AISI 430. 14

Figura 6. Diagrama esquemático da retirada das amostras das chapas do aço estudado, após

laminação a frio (DL = direção de laminação, DN = direção normal e DT = direção

transversal) ............................................................................................................................ 15

Figura 7. Seção longitudinal de um lingote do aço inoxidável AISI 430 obtida por

solidificação direcional ......................................................................................................... 18

Figura 8. Micrografia da região colunar de uma chapa do aço inoxidável AISI 430

solidificada direcionalmente e laminada a frio até 78% . A seta indica a direção de

laminação (MO, contraste Nomarski) ................................................................................... 19

Figura 9. Micrografias das amostras do aço inoxidável AISI 430 recozidas a 500°C por: (a)

1 min; (b) 5 min; (c) 15 min; (d) 30 min; (e) 45 min e (f) 60 min. (MO, contraste

Nomarski). ............................................................................................................................. 20

Figura 10. Micrografias das amostras do aço inoxidável AISI 430 recozidas a 700°C por: (a)

1 min; (b) 5 min; (c) 15 min; (d) 30 min; (e) 45 min e (f) 60 min. (MO, contraste

Nomarski). ............................................................................................................................. 23

Figura 11. Micrografias das amostras do aço inoxidável AISI 430 recozidas a 900°C por: (a)

1 min; (b) 5 min; (c) 15 min; (d) 30 min; (e) 45 min e (f) 60 min. (MO, contraste

Nomarski). ............................................................................................................................. 24

Figura 12. Curvas de amolecimento isotérmico do aço inoxidável AISI 430 deformado até

78% e recozido a 500, 700 e 900°C em tempos iguais a 1, 5, 15, 30, 45 e 60 min .............. 26

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Lista de Tabelas

Tabela 1. Variação da dureza Vickers das amostras do aço inoxidável AISI 430 deformado

até 78% e recozido. .............................................................................................................. 26

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Resumo

Esta monografia tem o intuito de ampliar a investigação para os aços inoxidáveis ferríticos;

buscar condições ótimas de tratamento térmico para a homogeneização microestrutural do aço

AISI 430 laminado, visando a redução de custo e do tempo de tratamento térmico realizado. O

trabalho buscou determinar os parâmetros ideais de tratamentos térmicos que pudessem

correlacionar o menor tempo de tratamento aliado ao controle da temperatura através de

ensaios utilizando o ciclo de recozimento indicado na literatura, o qual simula o tratamento

convencional de recozimento para aços ferríticos com composição semelhante. Foram

realizados ensaios de dureza, além de micrografia ótica, no qual se verificou que o

amolecimento, durante o recozimento isotérmico, torna-se mais pronunciado a partir de

700ºC, evidenciando o início da recristalização nesse aço. O processo de recristalização é

concluído por volta de 900ºC para a redução investigada. Estes resultados obtidos serão de

utilidade na investigação dos mecanismos que ocorrem durante o solidificação dos aços

inoxidáveis ferríticos, na formação da microestrutura bruta de solidificação, nas relações

quantitativas entre microestrutura, parâmetros térmicos, além de fatores para otimização de

sua produção.

PALAVRAS-CHAVE: aço inoxidável ferrítico, AISI 430, tratamento térmico, recozimento.

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Abstract

This monograph is intended to expand the investigation to ferritic stainless steels; seek

optimum conditions of heat treatment to obtain homogeneous microstructure of cold rolled

AISI 430 in order to reduce cost and time of thermal treatment. The study aimed to determine

the ideal parameters of thermal treatments that could correlate the shorter treatment time

coupled with temperature control through testing using the annealing cycle indicated in the

literature, which simulates the conventional treatment of annealing for ferritic steels with

similar composition. Hardness tests were performed, and optical microscopy, which revealed

that the softening during the isothermal annealing becomes pronounced from 700 º C,

showing the onset of recrystallization in this steel. The recrystallization process is completed

around 900 ° C to reduce investigated. These results will be useful in the investigation of

mechanisms that occur during solidification of ferritic stainless steels, the formation of gross

microstructure of solidification, the quantitative relations between microstructure, thermal

parameters, and factors for optimization of their production.

KEY WORDS: ferritic stainless steel, AISI 430, heat treatment, annealing

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1 INTRODUÇÃO E OBJETIVOS

A evolução da aplicação do aço como material de engenharia se deve a diversos

fatores técnicos e econômicos. O aço é um material resistente, durável e 100% reciclado –

essencial na produção de residências, veículos, utilidade dométicas e bens de consumo geral.

A produção do aço é um forte indicador do estágio enconômico de um país, seu

consumo cresce proporcionalmente à medida que o mercado aquece, movimentando a

fabricação de cutelaria, moedas, bens de consumo duráveis, automóveis, entre muitos outros

processos. A indústria do aço no Brasil é uma das mais competitivas do mundo. O consumo

do aço inoxidável no Brasil tem apresentado taxas de crescimento médio na ordem de 6,5%

ao ano na última década [VAIROLETTE, 2009]. E o crescimento da demanda pode estar

ligado à sustentabilidade do aço, considerando que o aço tem um alto índice de reciclagem

dentro das preocupações ambientais de todo o mundo.

A fabricação do aço exige que a técnica seja renovada de forma cíclica. É importante

a pesquisa na área de materiais para o aperfeiçoamento constante de sua produção para

aproveitar suas qualidades, trazendo melhorias constantes para sua produção e inovações em

suas aplicações, além de impulsionar o mercado.

Existe um conhecimento acumulado sobre as relações entre composição química,

estrutura, propriedades e desempenho, além do efeito do processamento sobre estas

características que atingiu um nível que vem permitindo o incessante desenvolvimento

científico de novas ligas e aprimoramento de ligas de ferro existentes [COLPAERT, 2003].

A aplicação de um material, na maioria das vezes, depende da sua microestrutura, bem como

de sua orientação e textura, principalmente no que diz respeito ao estudo de materiais que

resistam a corrosão, altas temperaturas e oxidação, como é o caso dos aços inoxidáveis.

Os aços inoxidáveis são ligas ferrosas contendo alto teor de elementos de liga,

principalmente o elemento cromo. O tipo austenítico é constituído essencialmente por ligas

ternárias ferro-cromo-níquel, contendo de 16 a 25% de Cromo e de 7 a 20% de Níquel. Estas

ligas designam-se por austeníticas, uma vez que exibem estrutura austenítica em temperaturas

usuais dos tratamentos térmicos. A elevada capacidade de deformação dos aços inoxidáveis

austeníticos deve-se a estrutura cristalina CFC dos elementos ferro, níquel e cromo. Esse tipo

de aço tem essa denominação em virtude da natureza da estrutura cristalina estabilizada em

baixas temperaturas [RIGUAL SUCRE et al., 2000]. No entanto, os aços inoxidáveis

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ferríticos são ligas essencialmente binárias ferro-cromo, contendo de 12 a 30% do elemento

Cr. São denominados ferríticos, porque a sua estrutura mantém-se essencialmente ferrítica de

estrutura cúbica de corpo centrado (CCC) após os tratamentos térmicos normais. Como aços

inoxidáveis ferríticos contêm teores superiores a 12% de cromo, estes não sofrem em

arrefecimento a transformação CFC para CCC, e por arrefecimento desde temperaturas

elevadas obtêm-se soluções sólidas de cromo no ferro- α. Todavia, os aços ferríticos possuem

menor elongação [ABREU et al., 2004] e da mesma forma são limitados quanto a tenacidade,

conformabilidade e soldabilidade quando comparados aos austeníticos.

Além de apresentarem um custo menor devido à ausência de níquel, em geral são mais

resistentes à corrosão sob tensão e possuem menor coeficiente de expansão térmica. Por esta

razão, vêm sendo desenvolvidos e amplamente utilizados em diversos setores da indústria

automotiva, como no sistema de exaustão [INOUE e KICUCHI, 2003]. A principal

característica desses aços está associada à elevada resistência a corrosão e a oxidação, aliadas

a boas propriedades mecânicas, especialmente a ductilidade [RIGUAL SUCRE et al., 2000].

Em ligas com muitos elementos, como é o caso dos aços inoxidáveis ferríticos, as

transformações de fase desenvolvem uma textura menos favorável após processamentos. Por

conseqüência, a plasticidade dos aços ferríticos é geralmente inferior àquela apresentada pelos

aços carbono [HUH E ENGLER, 2001]. Além disso, os aços ferríticos são conhecidos por

desenvolverem uma indesejável superfície corrugada, conhecida como estriamento (ridging

em inglês) ou depressões superficiais, numa faixa entre 20-50 m, quando tracionados ou

quando passam por estampagem profunda [HUH e ENGLER, 2001; SHIN et al., 2003]. Este

defeito superficial leva a aumentos de custos com operações posteriores à produção, como

lixamento e polimento [SHIN et al., 2003].

Por essa razão, tratamentos térmicos intermediários devem ser realizados entre as fases

de laminação a frio para aumentar a formabilidade (retrata a capacidade do material de ser

modificado plasticamente) e reduzir a formação de ridging (rugas ou ressaltos) que ocorrem

nos aços inoxidáveis ferríticos.

Tratamento térmico consiste no conjunto de operações de aquecimento a que são

submetidos os aços, sob condições controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade

de resfriamento, com o objetivo de alterar suas propriedades ou conferir-lhes características

determinadas [CHIAVERINI et al, 2002.].

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Para aços inoxidáveis, encontra-se na literatura apresenta vários ciclos de tratamento

térmico, ou seja, condições diferentes de temperatura de tratamento térmico x tempo de

tratamento x forma de resfriamento, inclusive com tratamentos térmicos prévios para

homogeneização da estrutura inicial numa fase única de ferrita (CCC) [HUH e ENGLER,

2001; KIM et al., 2001; PROKOSHKINA et al, 2002; SHIN, et al, 2003; KAIN, et al, 2004;

CAVAZOS, 2006].

Com o avanço industrial mundialmente alcançado, sabe-se que os custos de um

tratamento térmico tornaram-se um fator de grande importância a ser considerado já na fase

de projeto de instalações industriais. Evidentemente, através da escolha do melhor tratamento

(tempo x temperatura) é possível otimizar a vida útil do material em uso, além de reduzir os

custos do processo, sem que haja a necessidade de retrabalho. A fabricação do aço exige

renovação da técnica de forma cíclica, por isso é de grande importância o investimento

constante em pesquisa. O início e o processo de aperfeiçoamento de seu uso representam

grandes desafios e conquistas para a humanidade. A potencialidade de pesquisa sobre

otimização de tempo e custo em um tratamento térmico é grande, tendo em vista que suas

aplicações são quase que obrigatórias em processos de fabricação como confecções de peças e

ferramentas em aços inoxidáveis, para que haja qualidade de desempenho das mesmas.

A produção mundial de aços inoxidáveis e resistentes ao calor vem aumentando

significativamente nos últimos anos. Vários setores como o alimentício, mineração,

automotivo e arquitetura estão cada vez mais utilizando aços inoxidáveis nas mais diversas

aplicações. O interesse particular no consumo e no desenvolvimento dos aços inoxidáveis

ferríticos atualmente está relacionado com o aumento do preço do níquel no mercado

mundial. Como a maioria dos aços inoxidáveis ferríticos não contém níquel na composição,

eles possuem preços mais competitivos quando comparados aos aços inoxidáveis austeníticos,

e surgem como uma alternativa economicamente viável em muitas aplicações, reduzindo

consideravelmente o custo do produto final [SIQUEIRA, 2010].

Do ponto de vista tecnológico, o entendimento dos fenômenos que ocorrem durante o

processamento termomecânico e o posterior recozimento deste aço com esta microestrutura de

partida é bastante pertinente, uma vez que as propriedades do aço estão diretamente ligadas à

microestrutura [SIQUEIRA, 2010].

O objetivo deste trabalho é apresentar a metodologia desenvolvida para analisar o efeito

da microestrutura inicial oriunda da solidificação direcional na textura final e nas

propriedades mecânicas do aço AISI 430, para avaliar a influência de diferentes ciclos de

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tratamentos térmicos (tempo de aquecimento x temperatura x tempo de resfriamento) na

microestrutura e na textura de amostras do aço inoxidável AISI 430, obtidas sob diferentes

condições: solidificadas direcionalmente e conformadas mecanicamente (laminadas a frio); e

para otimizar as condições de tratamento, visando redução de tempo do tratamento.

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Aços Inoxidáveis

Os aços inoxidáveis referem-se a ligas ferrosas contendo alto teor de elementos de

liga, principalmente elemento Cromo. O tipo austenítico é constituído essencialmente pelos

elementos Ferro, Níquel e Cromo. A Figura 1a apresenta uma micrografia da liga de aço

inoxidável austenítico SAE-AISI 304. O teor desses elementos varia de 16 a 25 % (% em

peso) para o Cromo e de 8 a 20 % (% em peso) para o Níquel, além da adição de pequenas

quantidades de Silício, Carbono e Manganês. Esse tipo de aço tem essa denominação em

virtude da natureza da estrutura cristalina estabilizada em baixas temperaturas. A principal

característica desses aços está associada à elevada resistência a processos corrosivos e de

oxidação, combinados com boas propriedades mecânicas, especialmente a ductilidade

[RIGUAL SUCRE et al., 2000].

Os aços inoxidáveis ferríticos são ligas de Fe-Cr (Ferro-Cromo) contendo em torno de

11, 5 a 27% de Cromo, podendo ser ligados com Manganês e Silício e, ocasionalmente Níquel

(com baixos teores < 2,5%), Al, Mo ou Ti. Os aços inoxidáveis ferríticos possuem estrutura

cúbica de corpo centrado (CCC) constituída de uma solução sólida de cromo e ferro, na

temperatura ambiente. Esta solução sólida contém muito pouco carbono dissolvido, sendo que

a maioria do carbono presente aparece sob a forma de precipitados finos de carbonetos de

cromo. Os aços ferríticos se caracterizam-se pela ausência de transformação alfa-gama a

elevadas temperaturas, uma vez que a liga permanece essencialmente ferrítica até o ponto de

fusão [HONEYCOMBE, 1982; OLIVEIRA, et al, 2004].

Os aços inoxidáveis ferríticos, com estrutura mostrada na Figura 1b, oferecem várias

vantagens em comparação com o aço inoxidável austenítico. Além de apresentarem um custo

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menor, geralmente são mais resistentes à corrosão sob tensão, possuem menor coeficiente de

expansão térmica, sendo por esta razão, amplamente aplicados em setores automotivos, como

no sistema de exaustão [INOUE e KICUCHI, 2003]. Todavia, os aços ferríticos possuem

menor elongação em comparação com os austeníticos [ABREU et al., 2004].

A seqüência de solidificação dos aços ferríticos é fortemente dependente da

quantidade e tipo dos elementos de liga adicionados e das condições de solidificação

[BROOKS e THOMPSON, 1991]. Durante o resfriamento da liga binária Fe-Cr contendo Cr

em quantidade superior à 12%, não ocorre outra transformação de fase além de líquido para

ferrita, sendo esperada uma liga completamente ferrítica na temperatura ambiente. Já para

ligas de Cromo com 12% pode ocorrer as seguintes transformações de fase: ferrita para

austenita mais ferrita e finalmente para ferrita [HUNTER E FERRY, 2002].

Além da composição química, a microestrutura obtida nos aços inoxidáveis depende

da história térmica, ou seja, da forma como ocorreu a extração de calor [EL NAYAL E

BEECH, 1986; PADILHA E GUEDES, 1994], mais precisamente da velocidade de

resfriamento durante a solidificação [SUUTALA, 1983; FREDRIKSSON, 1972] e da

velocidade de resfriamento no estado sólido [TAKALO, SUUTALA E MOISIO, 1979]. Sob

condições de resfriamento rápido, os modos de solidificação mudam drasticamente. A

mudança da fase de equilíbrio ferrítica para a fase metaestável austenítica tem sido reportada

por diferentes pesquisadores [VITEK, et al., 1983; BROOKS, et al., 1991; GUO, et al, 1999].

Em processos de soldagem, com altas taxas de resfriamento, austenita retida tem sido

observada como precipitado nos contornos de grão da ferrita e/ou transforma-se em

martensita durante o resfriamento até a temperatura ambiente [ELMER et al, 2000; HUNTER

E FERRY, 2002].

Pryds e Huang apresentaram uma série de trabalhos sobre o efeito da taxa de

resfriamento na formação da estrutura bruta de solidificação de aços inoxidáveis ferríticos.

Eles encontraram um forte efeito da taxa sobre o tamanho e morfologia dos grãos e

precipitados formados. Afirmaram também que a precipitação da austenita nos contornos de

grãos e a precipitação de carbetos dentro da ferrita são processos competitivos, nos quais o

excesso de carbono na ferrita delta é removido. Sendo que, dependendo da taxa de

resfriamento, um destes processos pode ser dominante, resultando na formação das diferentes

fases com a variação da taxa de resfriamento.

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(a)

(b)

Figura 1. Microestrutura das ligas de aços inoxidáveis: (a) austenítico SAE-AISI 304

solubilizado e temperado em água (Ataque água-régia) , (b) ferrítico SAE-AISI 430 (Ataque

água-régia).

2.2 O processo da solidificação

A solidificação é um fenômeno de transformação de fases bastante familiar ao

cotidiano associado à rotina diária, como a formação de gelo. E está presente na história do

homem desde a era pré-histórica, conforme alguns registros arqueológicos A solidificação

está presente em todos atuais processos de manufatura de peças e componentes metálicos,

com exceção da metalurgia do pó.

Pode-se verificar que a solidificação se processa em duas etapas: a primeira é a de

nucleação, ou seja, o modo pelo qual a fase sólida surge de forma estável no seio da fase

líquida, sob a forma de pequenos núcleos cristalinos. A segunda etapa caracteriza o

crescimento da nova fase em meio anterior, ou seja, o modo pelo qual esses núcleos crescem

sob forma de cristais ou grãos cristalinos.

Tratando-se de uma transformação de fases, a solidificação de um metal é um processo

perfeitamente reversível. Quando realizada em condições de equilíbrio termodinâmico, ela

ocorre a uma temperatura constante e esta temperatura de equilíbrio está associada ao patamar

de solidificação que aparece na curva de resfriamento, apresentada na Figura 2.

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Figura 2. Curva de resfriamento de metais puros, Müller (2002).

A maior parte dos objetos metálicos produzidos industrialmente é obtida a partir de

blocos de metal solidificado em formato simples com seções transversais quadradas,

retangulares ou cilíndricas, denominadas lingotes, os quais serão transformados através de

processos de conformação para formar uma peça para aplicação comercial.

Entretanto, em todos os casos, as características da relação sólido-líquido devem ser

consideradas para a melhor compreensão dos fenômenos associados ao processo de fabricação

e, conseqüentemente, ao seu melhor controle e melhorias.

Em metais solidificados, macroestruturas são formadas por grãos cristalinos e sua

caracterização depende de suas dimensões, formas, distribuições e orientações

cristalográficas. Em uma estrutura de solidificação típica de ligações é constituída de três

tipos diferentes de grãos cristalinos, agrupados em três distintas regiões chamadas zonas

estruturais: zona coquilhada, zona colunar e zona equiaxial, como se pode observar na Figura

3a.

Após o vazamento do metal fundido, no primeiro instante de contato do metal líquido

com as paredes do molde, ocorre a formação da zona coquilhada. Esta consiste de uma zona

bastante refinada de grãos equiaxiais, que nucleiam de modo heterogêneo, tendo como

substrato a superfície fria do molde. Quanto maior a eficiência do contato térmico na interface

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metal/molde, maior a quantidade de núcleos formados e deste modo mais refinada será a

granulometria desta camada. Contudo, o número de cristais formados dependerá também do

superaquecimento do líquido, da temperatura inicial do molde, das propriedades térmicas do

metal e molde, bem como do potencial nucleante da parede do molde ou partículas do líquido.

Os cristais colunares desenvolvem-se a partir dos grãos coquilhados por meio de

crescimento seletivo e preferencial. Os cristais colunares apresentam seus principais eixos

cristalográficos paralelos à direção do fluxo de calor, além de orientação marcadamente

preferencial de crescimento, coincidente com as direções cristalográficas do crescimento

dendritico. Observa-se que o número de grãos da zona coquilhada deve diminuir com a

distância das paredes do molde. A partir de um determinado número de núcleos, passa a

existir efetividade de crescimento de grãos devido à reduzida interrupção do crescimento dos

grãos vizinhos. Assim, pode-se observar o poder seletivo do crescimento de grãos colunares a

partir da zona coquilhada. O crescimento da zona colunar continua até que as condições do

processo tornem favorável o surgimento da zona equiaxial central. Em outras palavras, o

crescimento da zona colunar será interrompido apenas com o bloqueio de grãos da zona

equiaxial central.

Os grãos da zona equiaxial central normalmente são bem maiores que os da zona

coquilhada. A redução do superaquecimento e o aumento de composição da liga são fatores

favoráveis a zona equiaxial. Com o aumento do superaquecimento a tendência a formação da

zona equiaxial é reduzida, mas por outro lado os grãos equiaxiais presentes terão grandes

dimensões. Observa-se que existe um significativo efeito de tamanho influenciando o

desenvolvimento da zona equiaxial. Deste modo, a relação entre o comprimento da zona

colunar e o tamanho dos grãos equiaxiais com o grau de superaquecimento, são válidos

apenas para pequenos lingotes. Diversos estudos com materiais que apresentam solidificação

análoga à dos metais mostraram claramente que os núcleos da zona equiaxial central possuem

diferentes origens:

(A.) Núcleos da zona coquilhada que foram arrastados pela forte convecção gerada no

vazamento;

(B.) Quebra de pequenas pontas dos grãos colunares, as quais são arrastadas para o interior do

líquido, devido ao crescimento da zona colunar;

(C.) Da solidificação que ocorre na superfície livre do lingote, sendo que pequenos núcleos

são formados e posteriormente caem por gravidade para o interior do líquido.

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(a) (b)

Figura 3. (a) Seção transversal de uma estrutura fundida, onde se observam a zona coquilhada,

a zona colunar e a zona equiaxial, (b) Possíveis estruturas de fundidos. 1. Totalmente colunar

exceto pela zona coquilhada, 2. Parcialmente colunar e equiaxial, 3. Totalmente equiaxial.

Nuclemat, PUCRS, 2008.

2.3 O processo de deformação plástica

O processamento termomecânico, isto é, a conformação plástica a frio ou a quente e os

tratamentos térmicos (recozimento) aplicados controladamente irão definir a microestrutura e

as propriedades dos metais e suas ligas.

De uma forma geral, todos os materiais, mesmo os de alta pureza, não apresentam uma

estrutura homogênea. As regiões que contém maior quantidade de defeitos cristalinos e na

orientação no reticulado são aquelas que apresentam heterogeneidade na formação. A partir

dessas regiões é que são iniciadas as nucleações da recristalização, pois contém os núcleos

potenciais formados durante a deformação plástica.

De toda a energia empregada durante a deformação plástica, a maior parte desta

energia é perdida na forma de calor e parte ficará retida na forma de defeitos, lacunas,

discordâncias e maclas, proporcionalmente ao aumento da deformação aplicada. Essa energia

retida torna o material termodinamicamente instável. Na etapa de deformação plástica a frio,

somente 2 a 10 % de toda a energia aplicada é retida no corpo na forma de defeitos cristalinos,

os quais levam, principalmente, ao endurecimento do material ou encruamento, diminuindo a

ductibilidade e aumentando a tensão de escoamento.

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Uma vez que os metais têm características diferentes, naqueles em que há formação de

bandas de transição, de cisalhamento e macias mecânicas, a nucleação deverá se iniciar nas

intersecções das heterogeneidades ou próximas a elas [PADILHA e SCILIANO, 1995].

Se um grão apresentar regiões com diferentes orientações, estas são chamadas de

bandas de deformação. As bandas de deformação são classificadas em dois tipos. O primeiro

surge quando são ativados sistemas de escorregamentos diferentes, podendo estar acomodadas

em diferentes tipos de sistemas de deslizamento provocando rotação em diversas direções. O

segundo tipo é caracterizado quando regiões do mesmo grão sofrem deformações diferentes.

A ocorrência das bandas de deformação está associada à orientação do cristal original, do

tamanho do grão e do grau de deformação do material [LEE, 1993].

As bandas de transição ocorrem nas regiões onde duas bandas de deformação se

encontram. A origem das bandas de transição está associada à deformação de volumes

próximos num mesmo grão, sendo deformados pela ocorrência de sistemas de deslizamentos

diferentes. A largura dessas bandas depende do material e apresentam, em geral, poucos sub-

grãos de espessura. São caracterizadas pela constante alteração de orientação, o que acarreta

grandes diferenças na orientação entre regiões vizinhas [PADILHA e SICILIANO, 1995],

sendo confinadas num mesmo grão, ou seja, não ultrapassam seus contornos. Os tamanhos

das células de deformação dentro das bandas de transição são menores e alongadas. Uma vez

que o início da recristalização está associado à ocorrência de grandes diferenças de orientação

no reticulado, as bandas de transição são regiões onde preferencialmente se inicia a

recristalização.

Já as bandas de cisalhamento são regiões de heterogeneidades importantes para o

início da recristalização [PADILHA e SICILIANO, 1995; HUMPHREYS e HATHERLEY,

1995]. Essas bandas têm origem a partir do escorregamento entre regiões de máxima tensão

macroscópica de cisalhamento e também nos planos onde a deformação ocorre facilmente.

Normalmente, essas bandas estão associadas às regiões que formam ângulos de cerca de 30 a

60° em relação à direção da deformação. Diferentemente das bandas de transição, as bandas

de cisalhamento ultrapassam os limites de um grão, atravessando diversos grãos. Estas bandas

estão associadas a metais que sofreram altos graus de deformação a frio, ou que apresentem

grãos grosseiros, ou a partir de deformações que apresentem predominância de componentes

de compressão.

Os metais e ligas submetidos a deformações plásticas de baixa e média intensidade

apresentam blocos de células que são separadas por micro-bandas. Essas micro-bandas têm a

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forma de lâminas longas e estreitas, com espessuras entre 0,1 e 0,3 m e são somente

observadas por microscopia eletrônica de transmissão. A estrutura que forma as paredes das

micro-bandas é caracterizada pela ocorrência de grupos de discordâncias similares àquelas

que ocorrem nas células de deformação. Esta, porém, apresenta uma densidade de

discordâncias relativamente menor do que a encontrada no interior das micro-bandas.

2.4 O processo de recuperação e recristalização

São diversos os fenômenos microestruturais que ocorrem durante o processamento

termomecânico (recozimento, por exemplo) e qualquer tratamento térmico realizado tem

como objetivo reduzir ou eliminar os efeitos da deformação plástica sobre a estrutura de um

material metálico.

O processo de recozimento, especificamente, é composto por três etapas: recuperação,

recristalização e crescimento de grãos. Estes são determinados pela quantidade de energia

armazenada durante os processos de deformação plástica.

O efeito do TF, no qual o TF é a temperatura absoluta de fusão, pode ser reduzido ou

mesmo eliminado pela manutenção do material a uma temperatura suficientemente elevada

para que a vibração térmica dos átomos permita maior mobilidade das discordâncias.

Recuperação e recristalização se diferem quanto a sua cinética, pois a velocidade do

processo de recuperação vai se tornando mais lenta com o passar do tempo. A recristalização,

no qual ocorrem os processos de nucleação e crescimento, se inicia lentamente, aumenta até

um valor máximo de velocidade de reação e logo após volta a ser lenta.

Se o material que foi deformado plasticamente for recozido em altas temperaturas, os

defeitos introduzidos no material durante a deformação plástica podem ser aniquilados ou

rearranjados em configurações de menor energia via difusão no estado sólido, dependendo da

temperatura de recozimento [HUMPHREYS, 2004].

No recozimento em altas temperaturas de um metal deformado a frio, tanto a

microestrutura como as propriedades do material podem ser parcialmente restauradas por

recuperação. No processo de recuperação ocorre aniquilação e rearranjo das discordâncias

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sem que ocorra a migração de contornos de alto ângulo [DOHERTY, 1997]. As mudanças

microestruturais durante a recuperação são relativamente homogêneas.

A recuperação geralmente envolve somente uma restauração parcial das propriedades,

porque a estrutura de discordâncias não é completamente removida (Figura 4b). Um outro

processo, chamado recristalização pode ocorrer. Neste processo, novos grãos com menor

densidade de discordâncias são formados dentro da estrutura deformada ou recuperada

(Figura 4c). A força motriz para a recristalização é a diferença de energia armazenada entre a

matriz deformada e os núcleos de recristalização [SEBALD, 2002]. O crescimento dos

núcleos de recristalização promove a aniquilação de defeitos oriundos do estado deformado e

resulta em uma nova estrutura de grãos com uma baixa densidade de discordâncias

[HUMPHREYS, 2004; DOHERTY, 1997]. A densidade de discordâncias em metais

recozidos é da ordem de 1011

m-2

. O tamanho de grão e textura são determinados

principalmente durante o processo de recristalização.

Quando o metal é recozido em altas temperaturas por tempos relativamente longos,

são observadas alterações microestruturais, dentre elas, o crescimento dos grãos. Neste

processo, os grãos pequenos são eliminados, os grãos maiores crescem e os contornos de grão

assumem uma configuração de menor energia. Esse processo é chamado de crescimento

normal de grão (Figura 3e) [HUMPHREYS, 2004]. A força motriz para o crescimento normal

de grão é a energia do contorno de grão [KIM, 1993], ou seja, a redução da área do contorno

de grão por unidade de volume. O crescimento normal de grãos pode ser o caminho para o

crescimento seletivo de uns poucos grãos, um processo conhecido como crescimento anormal

de grão ou recristalização secundária (Figura 4f) [HUMPHREYS, 2004]. O processo de

crescimento de grão envolve a migração de contornos de alto ângulo movidos apenas pela

redução da energia dos contornos de grão. A curvatura dos grãos que estão crescendo é

diferente da curvatura dos grãos que estão sendo aniquilados. Os grãos que possuem mais de

seis lados são côncavos e tendem a crescer, enquanto os grãos que possuem menos de seis

lados são convexos e tendem a ser aniquilados [SHEWMON, 1969].

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(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

Figura 4. Diagrama esquemático dos principais estágios no recozimento: (a) estado encruado,

(b) recuperado, (c) parcialmente recristalizado, (d) totalmente recristalizado, (e) crescimento

de grão, (f) crescimento anormal de grão.

3 MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 Materiais

O material utilizado nos experimentos foi o aço inoxidável AISI 430 da Villares

Metals, com composição nominal de, aproximadamente, 16% de Cromo, 0,08 % de Carbono,

0,19% de Manganês, 0,5% de Silício, 0,025% de Enxofre, 0,03% de Fósforo (% em peso).

As amostras de partida deste trabalho compreendem secções longitudinais de um lingote com

40 mm de diâmetro e 250 mm de comprimento, obtidas por solidificação direcional. Este

material solidificado direcionalmente foi laminado a frio até a redução máxima de 78%.

3.2 Métodos

O presente trabalho envolveu métodos distintos de metodologia de análise.

Primeiramente, o material foi seccionado em amostras analisadas de acordo com sua

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microestrutura, na forma de placas no sentido longitudinal, nas dimensões de 10 x 15 mm2,

utilizando de serra manual e automática de alta velocidade e discos abrasivos. Analisou-se

apenas a secção da microestrutura com grãos colunares. Após o processo de conformação das

amostras, as mesmas foram submetidas a tratamento térmico, através de um ciclo que simula

o tratamento convencional de recozimento. O segundo método está associado à preparação

para caracterização microestrutural das amostras solidificadas direcionalmente e laminação a

frio do aço inoxidável ferrítico estudado, o AISI 430. Em seguida, procedeu-se a realização de

dois ensaios, os quais se referem à análise experimental do material através de Microscopia

Ótica e Ensaio de dureza Vickers, que, por sua vez, tiveram por finalidade a investigação do

comportamento da microestrutura e caracterização do material estudado. Finalmente, efetuou-

se a análise de tempos e temperatura do recozimento, buscando o melhor resultado.

3.2.1 Laminação

Após a solidificação direcional, os lingotes do aço inoxidável AISI 430 foram

usinados a partir da seção longitudinal dos mesmos. A espessura inicial das placas foi limitada

a 5 mm. A Figura 4 apresenta a ilustração esquemática de como a placa utilizada neste estudo

foi retirada do respectivo lingote do aço.

Figura 5. Ilustração esquemática da placa retirada do lingote de aço inoxidável AISI 430.

As placas foram laminadas a frio em múltiplos passes até a máxima RE (redução em

espessura) de 78%. Após a laminação a frio, as amostras foram cortadas de acordo com o

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diagrama esquemático ilustrado na Figura 6. As seções analisadas são referentes a direção

transversal da chapa laminada.

Figura 6. Diagrama esquemático da retirada das amostras das chapas do aço estudado, após

laminação a frio (DL = direção de laminação, DN = direção normal e DT = direção

transversal).

3.2.2 Tratamento Térmico

Em geral, as chapas laminadas a frio são submetidas ao tratamento de recozimento ou

normalização, para recuperar a ductilidade e controlar as propriedades mecânicas. A definição

do ciclo de tratamento térmico (tempo de aquecimento x temperatura x tempo de

resfriamento) depende da composição, da microestrutura e das propriedades mecânicas do

material inicial e da especificação do produto final [BRESCIANI FILHO et al, 1997].

Visando analisar o efeito da microestrutura inicial (grãos colunares) oriunda da

solidificação direcional na textura final e das propriedades mecânicas, as amostras passaram

por diferentes ciclos de tratamento.

As amostras com 78% de redução em espessura do aço inoxidável AISI 430, foram

cortadas e encapsuladas em tubos de quartzo sob vácuo. As temperaturas de recozimento

foram iguais a 500, 700 e 900 °C e os tempos de recozimento foram iguais a 1, 5, 15, 30, 45 e

60 minutos. Foi utilizado forno da marca EDG, modelo EDGCON 3P. As amostras foram

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colocadas no forno após a temperatura nominal ter sido atingida. O tempo de homogeneização

da temperatura das amostras foi de 1 minuto. Após a retirada do forno, as amostras foram

resfriadas ao ar.

3.2.3 Preparação para caracterização microestrutural

As microestruturas dos materiais são modificadas em relação à orientação e à textura

no processamento dos materiais. Portanto, analisar a textura durante a deformação

(encruamento), recuperação, recristalização e crescimento de grão, bem como as

transformações de fases, tem um papel importante na caracterização dos materiais.

A caracterização microestrutural das amostras abrangeu a preparação das mesmas por

técnicas de metalografia. Cada grupo de amostras de aço inoxidável foi seqüencialmente

preparado através da combinação cuidadosa de lixamento, polimento e ataque químico com

reagente adequado.

Segundo literatura especializada, a preparação das amostras para a análise não é

trivial, portanto, foi executada de maneira criteriosa para que se conseguisse um nível de

qualidade aceitável. Defeitos sub-superficiais não são perceptíveis em imagens eletrônicas,

portanto, são visíveis no mapa de qualidade, tendo um efeito cristalográfico significativo.

Após o tratamento térmico, cada amostra seccionada foi retirada do tubo de quartzo e

embutida a quente, utilizando baquelite. As amostras foram adequadamente posicionadas e

identificadas de acordo com sua classificação quanto ao tipo de grão, tempo e temperatura do

tratamento térmico.

No lixamento, para retirar a deformação plástica, foram utilizadas as lixas abrasivas de

granulométrica de 330, 400, 600 e 800.

O polimento foi realizado em três etapas: o primeiro polimento foi realizado utilizando

suspensão de diamante 3 m e pano de polimento, de marca Arotec; o segundo polimento foi

realizado utilizando suspensão de diamante 1 m e pano de polimento (Arotec); o polimento

final foi realizado utilizando alumina 0,05 m e pano de polimento OP-Chem (Struers).

Após o polimento, para a revelação da microestrutura das amostras no estado

deformado, as amostras foram submetidas ao ataque químico por imersão de cinco segundos

em reagente Villela, uma solução de 50 mL de ácido clorídrico e 10g de ácido pícrico

dissolvidos em 1000 mL de álcool etílico, conforme norma E 407 -99 (Standart Practice for

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Microetching Metals and Alloys), a qual indica alguns ataques químicos para ligas ferrosas

com adição de cromo.

3.2.4 Microscopia ótica

Foi utilizada a técnica de microscopia óptica para verificação da microestrutura e para

obtenção das micrografias. Foi utilizado microscópio óptico Olympus BX60M com câmera

digital de aquisição de imagens (Evolution LC Color) acoplado a um programa de análise de

imagens (Materials-Pro). Para melhor visualização das amostras foi utilizada a técnica de

contraste por interferência, também chamada de contraste Nomarski, para acentuar o relevo

da amostra.

3.2.5 Ensaio de dureza Vickers

Todas as amostras foram submetidas ao ensaio de dureza Vickers, realizado em

diferentes posições a partir da interface metal/coquilha. Cinco impressões foram feitas pelo

penetrador em cada amostra para construção das curvas da cinética do amolecimento do

material no estado recozido.

Um microdurômetro de marca Buehler, modelo Micromet 2004, com uma carga de

penetração de 100 gf foi utilizado para as medidas de dureza Vickers. Os ensaios foram

realizados no DEMA-FEM, da UNICAMP.

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4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1 Caracterizações Iniciais

O processo de solidificação direcional (SD) proporciona a obtenção de materiais com

grãos alongados orientados com relação à direção longitudinal do lingote e também a

obtenção de grãos equiaxiais, dependendo da posição em que se encontra no lingote

(conforme Figura 7). Desta forma, o processo de SD proporciona uma estrutura com grãos

propícios para o estudo comparativo das regiões distintas do lingote com relação à

microestrutura apresentada após deformação e recozimento e também com relação à textura

apresentada nessas regiões. Neste trabalho serão apresentados os resultados obtidos após

análises da região colunar do lingote.

Figura 7. Seção longitudinal de um lingote do aço inoxidável AISI 430 obtida por

solidificação direcional.

4.2 Amostras na condição deformada

Para a obtenção das micrografias foi utilizada a técnica de microscopia óptica (MO),

empregando-se o contraste por interferência, também chamado de Nomarski, o qual permite a

obtenção de imagens com relevo acentuado.

A microestrutura apresentada na Figura 8 ilustra a micrografia da região colunar de

uma chapa do aço inoxidável AISI 430, solidificada direcionalmente e laminada a frio até

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78% de redução em espessura. Nesta condição a microestrutura torna-se majoritariamente

lamelar, com os contornos alinhados paralelamente com a direção de laminação (DL). A

dureza Vickers da amostra do aço inoxidável 430 foi igual a 337 8.

Figura 8. Micrografia da região colunar de uma chapa do aço inoxidável AISI 430 solidificada

direcionalmente e laminada a frio até 78% . A seta indica a direção de laminação (MO,

contraste Nomarski).

4.3 Amostras na condição de recozimento

O recozimento realizado nos aços inoxidáveis ferríticos encontra-se em uma ampla

gama de temperaturas, variando de 400 a 900°C [BELYAKOV, KIMURA E TSUZAKI,

2005; CAVAZOS, 2006]. Para o estudo do comportamento do material frente à

recristalização é importante haver um mapeamento referente às várias temperaturas e tempos

de recozimento, pois o material apresentará diferentes frações recristalizadas, uma vez que

esses parâmetros sejam alterados. Neste trabalho, o recozimento foi realizado em vácuo às

temperaturas de 500, 700 e 900°C, a fim de se obter uma variada gama de microestruturas

com relação à fração recristalizada. Os tempos propostos (1, 5, 15, 30, 45 e 60 minutos) são

necessários para a obtenção de diferentes frações e tamanhos de grãos recristalizados, e assim

permitir a construção da curva de amolecimento do material, uma vez que, conforme se

aumenta o tempo de recozimento, considerando-se a mesma temperatura de tratamento

térmico, espera-se que tanto a fração recristalizada quanto o tamanho dos grãos recristalizados

aumentem, causando o amolecimento do material. As condições poderão ser avaliadas a partir

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destes resultados visando à microestrutura mais adequada e a redução de custos (menores

tempos e menores temperaturas).

A Figura 9 apresenta as micrografias do aço inoxidável AISI 430 deformado até 78%

e, em seguida, recozido a 500°C por 1, 5, 15, 30, 45 e 60 minutos. Analisando-se as

micrografias apresentadas, pode-se contatar que o material nessa temperatura se encontra

recuperado, pois não se verificou a presença de grãos recristalizados e a estrutura de grãos não

se alterou com o recozimento nessa temperatura, quando comparada com a estrutura de grãos

do material deformado. Uma diferença importante entre os processos de recuperação e de

recristalização está relacionada ao formato dos grãos. No processo de recuperação não há

alteração no formato dos grãos quando comparado com os grãos do material na condição

deformada (alongados em relação à direção de laminação). No processo de recristalização há

a formação de uma nova estrutura de grãos, os quais são equiaxiais (possuem dimensões

aproximada em todos os eixos) e possuem baixa densidade de defeitos [HUMPHREYS,

2004].

(a) (b)

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(c) (d)

(e) (f)

Figura 9. Micrografias das amostras do aço inoxidável AISI 430 recozidas a 500°C por: (a) 1

min; (b) 5 min; (c) 15 min; (d) 30 min; (e) 45 min e (f) 60 min. (MO, contraste Nomarski).

Nas amostras recozidas a 700°C (Figura 10), até os primeiros 30 minutos de

recozimento não foi verificada a presença de grãos recristalizados, estando as amostras

preferencialmente recuperadas. A partir de 45 minutos de recozimento sob mesma condição

de temperatura, foi verificada a presença de pequenos grãos recristalizados à medida que o

tempo de recozimento aumentou o tamanho dos grãos recristalizados também seguiram essa

tendência, embora ainda fosse possível verificar na microestrutura a presença de regiões

recuperadas, que estão destacadas na Figura 10f.

As amostras recozidas a 900°C por 1 e 5 minutos (Figura 11a e 11b), encontram-se

parcialmente recristalizadas, pois ainda verifica-se a presença de regiões recuperadas (em

destaque na Figura 11a). A amostra recozida por 15 minutos encontra-se totalmente

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recristalizada e os grãos recristalizados possuem tamanho médio igual a 28 3 m. Para a

obtenção do tamanho médio dos grãos foram medidos aproximadamente 500 grãos para que

houvesse boa estatística de medida. A partir de 15 minutos de tempo de recozimento, houve

crescimento normal dos grãos.

O objetivo principal deste trabalho consiste na otimização do tempo e da temperatura

de recozimento do aço inoxidável AISI 430, visando menores tempos e temperaturas de

recristalização total deste aço. Mediante constatações experimentais, verificou-se, portanto,

que o tempo em que o material se encontra totalmente recristalizado foi igual a 15 minutos a

uma temperatura de 900°C (Figura 11c).

Em processos industriais procura-se diminuir custos de produção e otimizar os

processos de fabricação. Utilizando tempos e temperaturas menores, reduzem-se custos de

operação, devido ao menor tempo de utilização de fornos para tratamento térmico.

Durante as operações de laminação a frio geralmente não é possível obter reduções

muito grandes, sem que sejam realizados recozimentos intermediários entre os passes de

laminação. Nos recozimentos intermediários, os processos de recuperação e recristalização

podem ocorrer separadamente ou em conjunto, dependendo da temperatura e do grau de

deformação a frio.

Temperaturas mais baixas e baixas deformações favorecem o processo de recuperação,

enquanto altas temperaturas e altas deformações favorecem o processo de recristalização. No

processo de recuperação há a restauração parcial das propriedades mecânicas, pois a estrutura

de discordâncias não é completamente removida. Já no processo de recristalização, há a

restauração total das propriedades mecânicas, sendo que os valores medidos aproximam-se

dos referentes à amostra sem deformação (condição inicial), pois há uma nova estrutura de

grãos com baixa densidade de defeitos no material, que são chamados grãos recristalizados

[HUMPHRYES, 2004].

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(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

Figura 10. Micrografias das amostras do aço inoxidável AISI 430 recozidas a 700°C por: (a) 1

min; (b) 5 min; (c) 15 min; (d) 30 min; (e) 45 min e (f) 60 min. (MO, contraste Nomarski).

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(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

Figura 11. Micrografias das amostras do aço inoxidável AISI 430 recozidas a 900°C por: (a) 1

min; (b) 5 min; (c) 15 min; (d) 30 min; (e) 45 min e (f) 60 min. (MO, contraste Nomarski).

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As curvas que descrevem a cinética de amolecimento do aço inoxidável AISI 430

foram obtidas para a deformação de 78%, em temperaturas de tratamento térmico de 500, 700,

e 900ºC. A Tabela 1 apresenta os resultados da variação da dureza Vickers das amostras

deformadas por laminação a frio e recozidas. Com esses dados, foi possível construir as

curvas de amolecimento (HV x t) para a deformação de 78%. A Figura 12 apresenta as curvas

de amolecimento para a deformação de 78%.

As curvas de amolecimento (Figura 12) obtidas para a temperatura de 500ºC

apresentam um comportamento diferente, quando comparadas com as curvas referentes às

demais temperaturas de recozimento. Isso se deve ao fato de que, nesta temperatura de

recozimento, o processo de recuperação é dominante, o que explica o motivo pelo qual o

material apresenta uma queda menos acentuada na dureza, nessa temperatura.

Os resultados mostram que a dureza decresce monotonicamente com o tempo para

cada temperatura de recozimento para as amostras deformadas. Para a temperatura de 700°C,

verificou-se que a dureza nessa temperatura decai abruptamente para tempos de recozimento

inferiores a 15 minutos. Após esse tempo, praticamente não há alteração da dureza. Esse

comportamento é observado porque até 15 minutos de recozimento estão ocorrendo os

processos de recuperação e de recristalização em conjunto. Após este tempo, o material já se

encontra recristalizado, e ocorre somente crescimento de grão. Isso explica o porquê da

dureza praticamente não se alterar para tempos de recozimento superiores a 15 minutos.

Para a temperatura de 900°C, verificou-se que a dureza nessa temperatura decai

abruptamente para tempos de recozimento inferiores a 1 minuto e praticamente não há

alteração da dureza após esse tempo. Esse comportamento pode ser explicado devido ao

processo de recristalização ocorrer preferencialmente, quando comparado com o processo de

recuperação, pois conforme foi apresentado anteriormente, após 15 minutos de tempo de

recozimento a 900°C o material se encontra totalmente recristalizado.

Os valores de dureza diminuem com o aumento da temperatura de recozimento, como

esperado, uma vez que os fenômenos de recuperação e recristalização são termicamente

ativados. Tanto a recuperação como a recristalização concorrem para o amolecimento durante

o recozimento, sendo que no processo de recuperação ocorrem rearranjo e aniquilação de

discordâncias sem que haja movimentação dos contornos de alto ângulo, e no processo de

recristalização ocorre aniquilação de discordâncias devido à movimentação dos contornos de

alto ângulo, que “varrem” a microestrutura aniquilando discordâncias. [HUMPHREYS,

2004].

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Tabela 1. Variação da dureza Vickers das amostras do aço inoxidável AISI 430 deformado até

78% e recozido.

Temperatura (°C)

Tempo (min) 500 700 900

0 337 8 337 8 337 8

1 277 8 273 6 169 9

5 279 11 204 6 166 5

15 270 7 168 4 167 6

30 268 11 179 10 161 9

45 253 13 172 9 162 8

60 263 5 179 10 166 8

0 10 20 30 40 50 60 70

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

340

360

380

Tempo (min)

HV

- 1

00

gf,

30

s

500oC

700oC

900oC

Figura 12. Curvas de amolecimento isotérmico do aço inoxidável AISI 430 deformado até

78% e recozido a 500, 700 e 900°C em tempos iguais a 1, 5, 15, 30, 45 e 60 min.

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5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

As análises realizadas neste trabalho são de extrema importância para a contribuição junto

ao desenvolvimento e produção de aço inoxidável ferrítico, proporcionando melhorias

contínuas da produtividade e da qualidade, uma vez que qualquer processo pode ser

melhorado após a avaliação dos critérios analisados.

Foi permitido concluir que o tempo do recozimento não influencia na dureza do material,

porém a diferença da temperatura é mais significante para esta propriedade. Identificou-se que

o amolecimento mais pronunciado das amostras ocorre entre 0 a 10 minutos, ou seja, a

avaliação de uma amostra em um tempo acima de 10 minutos de recozimento é desprezível

para qualquer temperatura, pois a obtenção de resultados é inexpressível, pois estes são

semelhantes durante o intervalo de tempo de 10 a 60 minutos.

Para a temperatura de 500°C não foi observado recristalização dos grãos, e para

700°C, o processo de recristalização não se completou até 60 minutos, pois a dureza

permanece elevada nestas condições. A recristalização total do material só foi obtida na

temperatura de 900°C, com o tempo de 15 minutos. Com isso, pode-se obter uma redução no

tempo do processo da produção deste material, com a certeza da qualidade que o recozimento

traz para estrutura do AISI 430.

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