JORNADAS SAM/ CONAMET/ SIMPOSIO MATERIA 2003 04-0421 INFLUNCIA DO TEMPO DE RECOZIMENTO E DA DEFORMAO NO REFINO

DE GRO FERRTICO DE UM AO BAIXO CARBONO

Otvio Villar da Silva Netoa e Oscar Balancinb

a,b Departamento de Engenharia de Materiais Universidade Federal de So Carlos DEMa/UFSCar, Rodovia Washington Luiz, Km 235, 13565-905 So Carlos, SP, Brasil.

a pvillar@iris.ufscar.br O refino de gro ferrtico de um ao baixo carbono foi estudado a partir de duas rotas diferentes de recozimento de esferoidizao. Na primeira, foi realizado o tratamento de esferoidizao convencional, no qual o material foi tratado a 670oC por 7 horas, aps ter sido austenitizado a 1100oC e resfriado bruscamente em gua. Aps este recozimento, o material foi deformado, por toro, a uma temperatura de 700oC, seguido de resfriamento ao ar. A segunda rota envolveu o processo de esferoidizao induzido por deformao. Neste caso, o ao foi inicialmente austenitizado a 1000oC e resfriado bruscamente em gua, em seguida foi reaquecido a 700oC, mantido nesta temperatura por tempos variando de 30 a 60 minutos, deformado por toro e resfriado ao ar at a temperatura ambiente. Observaes das microestruturas resultantes dos tratamentos trmicos e termomecnicos indicaram que, em ambos os casos, as microestruturas resultantes apresentavam grande quantidade de partculas finas de cementita (Fe3C). As microestruturas observadas aps os tratamentos termomecnicos mostram que foi desenvolvida na superfcie das amostras deformadas uma microestrutura homognea de gros ferrticos ultra-finos (

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C Mn Si Al S P V Cr B Ni Cu

0,162 1,343 0,459 0,038 0,009 0,019 0,030 0,011 0,0002 0,230 0,012

Tabela I) Composio qumica do ao investigado (%massa).

Rota

Ensaio

Austenitizao

(oC)

Tempo de Encharque

(min)

Resfriamento

Esferoidizao Convencional

(670oC)

Tempo de Espera (min)

(700oC)

&

(s-1) EC C7 1100 10 gua 420min 10 5,0 0,5 EC CC 1100 10 gua 420min 10 2,3 1,0 EA C4 1000 10 gua X 60 2,0 1,0 EA C6 1000 10 gua X 60 5,0 0,1 EA C8 1000 10 gua X 60 5,0 0,5 EA C9 1000 10 gua X 2x30 2x3,0 0,5

Tabela II) Rotas de processamentos termomecnicos aplicadas.

Durante os ensaios de toro, uma mistura de argnio e 2% de hidrognio foi injetada continuamente atravs de um tubo de quartzo envolvendo a amostra. Os dados foram coletados por um programa que controla os parmetros de ensaio tal como deformao, taxa de deformao, temperatura, taxas de aquecimento e de resfriamento e tempo de espera entre deformaes. O trabalho foi desenvolvido com a realizao de duas rotas distintas: uma envolvendo o recozimento de esferoidizao convencional (EC), no qual o material foi reaquecido a 670oC por 7 horas, aps ter sido austenitizado a 1100oC e resfriado bruscamente em gua. Aps este recozimento, o material foi deformado, por toro, a uma temperatura de 700oC, seguido de resfriamento ao ar. A segunda rota envolveu o tratamento de esferoidizao induzido por deformao, aqui chamado de esferoidizao acelerada (EA). Neste caso, o ao foi inicialmente austenitizado a 1100oC e resfriado bruscamente em gua, em seguida foi reaquecido a 700oC, mantido nesta temperatura por tempos variando de 30 a 60 minutos, deformado por toro e resfriado ao ar at a temperatura ambiente. Estes dois tipos de ensaios, ilustrados na Tabela II, foram realizados para analisar a influncia da deformao no processo de esferoidizao e o efeito das partculas precipitadas no refino de gro ferrtico. As observaes microestruturais foram realizadas nas sees transversais das amostras recozidas e nas superfcies das amostras deformadas. Foram utilizadas tcnicas de microscopia tica (MO), com o auxlio de um sistema de anlise de imagens, analySIS PRO 3.1, e microscopia eletrnica de varredura (MEV), as quais foram realizadas em um microscpio PHILIPS XL30. A preparao das amostras foi realizada atravs do lixamento e polimento mecnico, seguidos de ataque com Nital 2%. 3. RESULTADOS E DISCUSSO As presenas de partculas de Fe3C e de gros ferrticos ultra-finos (

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(a) (b)

(c) (d)

Figura 2. Fotomicrografia eletrnica de varredura: (a) ao C4; (b) ao C7; (c) e (d) ao C8. O ensaio C6 ( 11,0 = s& ) resultou em um tamanho de gro de 1,98m, enquanto, aplicando uma 10,1 = s& no ao C4 obteve-se gros ferrticos de 1,66m. Observando a curva de escoamento destes dois ensaios, Figura 3, nota-se que no primeiro caso (C6) a deformao total foi muito maior que no ensaio C4. Assim, partindo de uma ME formada por bainita e martensita, o efeito da taxa de deformao no refino de gro ferrtico passou a ser pronunciado. Nesta rota, EA, a recristalizao dinmica o fenmeno governante do refino de gro. Por outro lado, comparando os ensaios CC e C7, nota-se que o efeito da quantidade de deformao passou a ser significativo, em substituio variao da taxa de deformao, para obteno de gros finos. Utilizando a rota EC, para uma menor taxa de deformao, C7, o tamanho de gro resultante foi de 1,69m, enquanto uma maior taxa, CC, no permitiu reduzir os gros a um tamanho inferior a 2m ( mTG 13,2= ). Com isto, nota-se que partindo de uma ME de ferrita e precipitados de Fe3C, a quantidade de deformao o principal fator responsvel para o refino de gro. Assim, o fenmeno responsvel pelo refino de gro da ferrita, para as amostras processadas na rota EC, passou a ser a recristalizao esttica. As curvas de escoamento da rota EA, apresentadas na Figura 3, tm um comportamento caracterstico do fenmeno de precipitao; queda acentuada da curva aps atingir o pico mximo de tenso, estabilizando, por fim, aps o trmino da precipitao induzida por deformao, como pode ser observado nas curvas C6 e C8 da Figura 3. A ausncia de picos de deformao

nas curvas C7 e CC indcio de que o material no recristalizou dinamicamente. As curvas da Figura 3 indicam que as amostras esferoidizadas por tratamento trmico convencional tm menor dutilidade que as amostras temperadas e deformadas. Tambm, relevante notar que a diminuio da taxa de deformao aumentou a ductilidade, indicando que a recristalizao da ferrita o fenmeno dominante do refino de gro, o qual maximizado pelo aumento dos stios de nucleao estimulados por partculas de cementita precipitadas ao longo dos contornos de gro.

0 1 2 3 4 5 60

50

100

150

200

250

300

Tens

o [M

Pa]

Deformao

C9 C4 C6 C7 C8 CC

Figura 3. Curvas tenso x deformao equivalentes

determinadas para o ao investigado.

O ensaio E9 comprova os efeitos da taxa e da quantidade de deformao no refino de gro. A primeira parte da curva E9 (Figura 3), com ME inicial

JORNADAS SAM/ CONAMET/ SIMPOSIO MATERIA 2003 04-0421 martensita/bainita, caracterstica de precipitao induzida por deformao, enquanto a segunda parte mais estvel, ou seja, neste caso a ME de partida composta por ferrita/cementita. Isto se deve ao fato de que durante a primeira deformao ocorreu recristalizao e precipitao de Fe3C, e aps o tempo de espera a ME mudou de martensita/bainita para ferrita/cementita, permitindo assim um maior nvel de refino que o ensaio C8, ainda que ambos tenham sido deformados com taxa de 0,5s-1 ( mTGC 87,18 = ;

mTGC 66,19 = ). A Figura 4 ilustra a microestrutura de gros ultra-finos (~1,5m) obtida aps a realizao do ensaio C9.

Figura 4. Fotomicrografia tica do ao C9.

Nos ensaios da rota EA, os quais as amostras foram previamente temperadas, a precipitao e disperso de Fe3C ocorreu atravs do processo de recozimento subcrtico, assistido por deformao. Assim, em todos os casos estudados, ocorreu acentuada precipitao de cementita, e conseqentemente, grande refino de gro ferrtico. O sucesso do refino de gro obtido neste trabalho deve-se esferoidizao, que favoreceu a recristalizao a baixa temperatura devido ao aumento de stios de nucleao e, ainda, ao efeito de disperso de partculas de segunda fase precipitadas, as quais promoveram o ancoramento dos contornos de gro. A reduo do tempo para a ocorrncia da esferoidizao torna o processo de refino mais rpido e vivel para ser reproduzido em escala industrial. 4. CONCLUSES As rotas utilizadas foram satisfatrias para produo de tamanhos gros ferrticos menores que 2m. Verificou-se a possibilidade de acelerar a precipitao de Fe3C, bem como obter gros ultra-finos em temperaturas subcrticas. Os fenmenos de recristalizao dinmica e esttica foram os responsveis pelos resultados de refino de gro, sendo este maximizado pelo aumento dos stios de nucleao oriundos da precipitao de cementita.

5. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem s Agncias Brasileiras de Financiamento Pesquisa CAPES, CNPq e FAPESP pelo suporte financeiro. 6. REFERENCIAS [1] K. Nagai, Journal of materials processing technology, 117, 2001, pp. 329-332. [2] H. Mabuchi, T. Hasegawa and T. Ishikawa, ISIJ International, 39, 1999, pp. 477-485. [3] D. H. Shin, K.-T. Park. and Y.-S. Kim, Metallurgical and materials transactions, 32A, 2001, pp. 2373-2381. [4] D. B. Santos, R. K. Bruzszek, P. C. M. Rodrigues and E. V. Pereloma, Materials science engineering, A346, 2003, pp.189-195. [5] J. M. OBrien and W. F. Hosford, Metallurgical and materials transactions, 33A, 2002, pp. 1255-1261. [6] M. Niikura et al., Journal of materials processing technology, 117, 2001, pp. 341-346.