AÇOS MARAGING 400

UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDEUNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDECENTRO DE CINCIA E TECNOLOGIACENTRO DE CINCIA E TECNOLOGIA

UNIDADE ACADMICA DE ENGENHARA MECNICAUNIDADE ACADMICA DE ENGENHARA MECNICATRATAMENTO TRMICO E TERMOQUMICOTRATAMENTO TRMICO E TERMOQUMICO

Anlise Microestrutural do ao maraging 400 aps tratamentos Anlise Microestrutural do ao maraging 400 aps tratamentos

RENATO LIMA DANTAS RENATO LIMA DANTAS -- ENGENHARIA ENGENHARIA MECNICA 2007.2MECNICA 2007.2

Anlise Microestrutural do ao maraging 400 aps tratamentos Anlise Microestrutural do ao maraging 400 aps tratamentos trmicos e termomecnicostrmicos e termomecnicos

Padial, A. G. F., Monteiro, W. A, Andrade, A. H. P., Silva, L.C.E.

AosAos MaragingMaraging ((MaragingMaraging SteelSteel)) -- No anos 60 e incio dos anos 70foram desenvolvidos os aos maraging, pertencentes a uma classe de aosde altssima resistncia. Esses aos apresentam nveis de resistnciamecnica superior a 1700MPa aliado a uma excelente tenacidade. Essesaos normalmente contm 18% Nquel e outros elementos substitucionais,tais como, Co, Mo e Ti. Normalmente os aos maraging tradicionais sosolubilizados na regio austentica, em torno de 830C, e resfriados at atemperatura ambiente para se obter uma estrutura totalmente martenstica.A caracterstica desses aos com alto teor de nquel que so moles edcteis na condio temperada e endurecveis por meio de um tratamentotrmico de envelhecimento a 480C por tempos de 3 a 4 horas, atingindo


trmico de envelhecimento a 480C por tempos de 3 a 4 horas, atingindoaltos nveis de resistncia mecnica.

AosAos MaragingMaraging 400400 -- FForam desenvolvidos com intuito de se atingiraltos nveis de resistncia mecnica com uma boa tenacidade. Sendo osaos maraging altamente ligados, eles tem uma tendncia de segregaralguns elementos no seu estado bruto de fuso. Essa microsegregao reduzida quanto o material homogeneizado em altas temperaturas porlongo tempo. Os elementos que mais segregam so, o Ti e o Mo.

Mtodos ExperimentaisMtodos ExperimentaisO material utilizado foi uma bolacha com dimenses de 150mm de dimetro e34 mm de espessura de ao maraging 400 retirado de um lingote fabricado porfuso sob vcuo (VIM) e refundido em uma escria eletrocondutora (ESR) comintuito de se obter propriedades mecnicas satisfatrias. A composio qumicadesta liga apresentada na tabela I.Foram tiradas trs amostras do lingote, P1 (amostra da regio superficial dolingote), P2 (amostra da regio intermediria ou meio raio) e P3 (amostra da regiocentral), nas quais foram utilizadas vrias tcnicas para se determinar o grau desegregao, propriedades mecnicas e resistividade eltrica do material. Amacrosegregao foi determinada utilizando-se a tcnica de fluorescncia deraios X (FRX); e a microsegregao no material foi analisada por meio demicroscopia eletrnica de varredura (MEV) acoplado com a microanlise porEDS e a resistividade eltrica. Para avaliar-se a resistncia mecnica do material


EDS e a resistividade eltrica. Para avaliar-se a resistncia mecnica do materialutilizou-se a tcnica de microdureza Vickers.Em seguida realizou-se no lingote um tratamento trmico de homogeneizao a1200C por 30 horas objetivando a dissoluo de elementos segregados. Aps ahomogeneizao o material foi tratado termomecanicamente (forjamento) a1200C obtendo-se as dimenses de 100mm de largura, 15 mm de espessura e400 mm de comprimento. Para a verificao do grau de microsegregao e ainfluncia do tratamento trmico de homogeneizao foi utilizado o ndice desegregao (Is) definido conforme a frmula abaixo:Is = CM/Cm,onde CM a concentrao mxima e Cm a concentrao mnima

ComposioComposio QumicaQumica dodo AoAo MaragingMaraging 400400


Tabela I Composio qumica do ao maraging 400

Resultados e DiscussoResultados e Discusso Determinao da MacrosegregaoDeterminao da Macrosegregao

Os resultados da anlise de fluorescncia de raios X do material noestado bruto de fuso, nas regies P1, P2 e P3 do lingote somostrados na tabela II.


Tabela II Anlise do material bruto de fuso atravs da FRX

Por meio dos resultados verifica-se que o material no temtendncias de macrosegregao dos elementos de liga. Aspequenas oscilaes esto de acordo com a preciso da tcnica daanlise utilizada, que est na faixa de 1 a 2%.

Resultados e DiscussoResultados e Discusso Determinao da MicrosegregaoDeterminao da Microsegregao

Os resultados foram obtidos por meio do clculo do ndice de segregao(tabela III), do material bruto de fuso, mostram que os elementos de liga quemais segregam so Mo e Ti.


Tabela III ndice de segregao (Is) dos elementos de liga mais segregveis no material bruto de fuso (maraging 400)

Verifica-se que esta segregao mais pronunciada quanto mais prxima aocentro do lingote.

Resultados e DiscussoResultados e Discusso Determinao da MicrosegregaoDeterminao da Microsegregao

Com a finalidade de minimizar esta microsegregao, realizou-se otratamento trmico de homogeneizao para acelerar o processo dedifuso no material. A tabela IV mostra os valores do ndice desegregao referentes as trs regies estudadas.


Tabela IV ndice de segregao (Is) dos elementos de liga mais segregveis no material homogeneizado (maraging 400)

Esses resultados comparando-se com os dados da tabela III, indicamque houve uma reduo significativa da microsegregao aps otratamento de homogeneizao a 1200C por 30 horas. O tratamentode homogeneizao no foi satisfatrio para obter-se uma estruturaplenamente homogeneizada.

ResultadosResultados ee DiscussoDiscusso DeterminaoDeterminao dada MicrosegregaoMicrosegregao dodo MaterialMaterial ForjadoForjado

A anlise da microsegregao do material forjado (tabela V) teve comoobjetivo verificar se o forjamento contribui para reduzir o ndice desegregao.


Tabela V ndice de segregao (Is) dos elementos de liga mais segregveis no material forjado

Observa-se que a reduo da microsegregao mais evidente comrelao ao elemento Ti. Com relao aos outros elementos essamicrosegregao praticamente no existe, e esse ndice mostra que adiferena entre a mxima e mnima segregao quase nula.

ResultadosResultados ee DiscussoDiscusso Efeito dos tratamentos trmicos sobre as propriedades mecnicas

(dureza) e resistividade eltrica no ao maraging 400


Figura 1 Grfico da resistividade e microdureza em funo do tratamento trmico do material.

ResultadosResultados ee DiscussoDiscusso Efeito dos tratamentos trmicos sobre as propriedades

mecnicas (dureza) e resistividade eltrica no ao maraging 400Observa-se que quanto mais dissolvidos esto os elementos de liga maior a resistividade e menor a dureza. No material bruto de fuso (I) observa-seque a resistividade eltrica baixa devido a microsegregao dos elementosde liga nos espaos dendriticos. Quando o material homogeneizado (II), oselementos de liga so dissolvidos na matriz fazendo com que a resistividadeeltrica aumente e a microdureza diminui ( figura 1). O material forjado (III)apresentou um ligeiro aumento na resistividade, indicando que estetratamento contribui para a dissoluo dos elementos de liga. No materialforjado e tratado termicamente a 835C (IV) verificou-se uma quedaacentuada na resistividade e um aumento da microdureza, indicando queacentuada na resistividade e um aumento da microdureza, indicando queocorreu uma precipitao. Essa queda na resistividade devido ao acumulodos elementos de soluto, tais como, Ni, Ti e Mo a partir da soluo slida.Nos tratamentos trmicos seguintes, ou seja, de 900 (V), 950 (VI), 1000(VII) e a 1050C(VIII) observa-se (figura 1) um aumento na resistividadedevido a dissoluo dos elementos de liga na matriz e uma queda namicrodureza Vickers. Na temperatura de 1050C nota-se a mximaresistividade e a mnima dureza, indicando a solubilizao total do material.


ResultadosResultados ee DiscussoDiscusso Efeito dos tratamentos trmicos sobre as propriedades

mecnicas (dureza) e resistividade eltrica no ao maraging 400


Figura 2 Variao da resistividade eltrica em funo do tempo de envelhecimento nos diversos tratamentos trmicos empregados.

ResultadosResultados ee DiscussoDiscusso Estudo Microestrutural

Observa-se a estrutura martensitica em forma de ripas com uma altadensidade de discordncias, sem a presena de precipitao.


3a 3bFiguras 3a e 3b - Micrografias eletrnicas de transmisso do material forjado;

ripas de martensita com alta densidade de discordncias.


A figura 4 mostra a micrografia eletrnica de transmisso do material forjadoque foi tratado termicamente a 835C por 1 hora. Observa-se nesta micrografiaa presena de precipitados finos no interior dos gros do tipo Ni3Mo e Ni3Ti.


Figura 4 - Micrografia eletrnica de transmisso do material forjado e tratado termicamente a 835C por 1 hora.


A figura 5 mostra a micrografia eletrnica de transmisso do material forjadoque foi tratado termicamente a 1050C por 1 hora. Essa micrografiaapresenta uma estrutura martenstica em forma de ripas, com uma altadensidade de discordncia, sem a presena de precipitado.


Figura 5 - Micrografia eletrnica de transmisso do material forjado e tratado termicamente a 1050C por 1 hora


Por intermdio dos resultados verificou-se que o material forjadoapresentava uma estrutura martenstica em forma de ripas sem apresena de precipitados, porm quando tratado termicamente a835C tende a formar precipitados no interior dos gros, fazendo comque o material tenha uma menor resistividade e um aumento dadureza.Os tratamentos trmicos em altas temperaturas ocasionam uma


Os tratamentos trmicos em altas temperaturas ocasionam umaprecipitao intensa a 835C, precipitao e incio de coalescimento a900C, precipitao e coalescimento a 950C, dissoluo ecoalescimento dos precipitados a 1000C e finalmente a solubilizaoa 1050C, mostrando que o ao maraging 400 apresenta umatemperatura de solubilizao bem superior aos aos maragingtradicionais, que ocorre a 830C.

ConclusesConcluses O material bruto de fuso apresenta intensa segregao

interdendrtica dos elementos Mo e Ti; A homogeneizao ocorre a 1200C por 30 horas mas no muito

efetiva; O tratamento trmico a 835C ocasiona, precipitao, aumento da

microdureza e uma queda na resistividade eltrica; Quando o material envelhecido entre 480 e 600C observa-se

uma queda muito acentuada na resistividade;


uma queda muito acentuada na resistividade; O tratamento trmico a 1050C ocasiona a solubilizao do

material, havendo com isso diminuio na microdureza e umaumento na resistividade.

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