INTERAÇÃO ENTRE OS MECANISMOS DE ENDURECIMENTO NOS AÇOS MICROLIGADOS*

Juno Gallego e Hans-Jürgen Kestenbach* Departamento de Engenharia Mecânica, UNESP-Ilha Solteira

C. P. 31 - Ilha Solteira-SP, CEP 15.385-000, Brasil – gallego@dem.feis.unesp.br *Departamento de Engenharia de Materiais, DEMa-UFSCar, São Carlos-SP, Brasil

RESUMO As propriedades mecânicas dos aços microligados são provenientes do efeito combinado entre

a adição de pequenas quantidades de elementos formadores de carbonitretos, como nióbio, titânio e

vanádio, com o processamento termomecânico controlado desses materiais. Deste modo o limite de

escoamento, por exemplo, pode ser interpretado como o resultado da ação de diversos mecanismos

de endurecimento como discordâncias, solução sólida, refino de grão ferrítico e precipitação de

carbonitretos. Embora existam modelos que expressem quantitativamente o efeito de cada

mecanismo, a dificuldade em se obter os parâmetros metalúrgicos necessários para a sua

determinação torna escassa a disponibilidade de dados experimentais na literatura. Neste trabalho

realizou-se a caracterização microestrutural de dois aços comerciais microligados ao vanádio,

utilizando-se microscopia eletrônica de transmissão como principal técnica de análise. Foi

determinada a densidade de discordâncias, assim como a fração volumétrica e o tamanho dos

carbonitretos, cuja origem foi identificada por difração de elétrons. Comparando-se os parâmetros

microestruturais obtidos neste estudo com outros resultados extraídos da literatura, pôde-se também

discutir a interação entre as contribuições dadas pelos diversos mecanismos de endurecimento e

como estas podem se relacionar com o limite de escoamento obtido experimentalmente. Os

resultados obtidos mostraram que a precipitação de carbonitretos em diferentes estágios do

processamento contribuiu efetivamente para incrementar o limite de escoamento, uma propriedade

mecânica que mostrou poder ser expressa quantitativamente pelo efeito cumulativo entre os

mecanismos de endurecimento investigados.

Palavras-chave: aços microligados, mecanismos de endurecimento, precipitação de carbonitretos,

microscopia eletrônica de transmissão.

INTRODUÇÃO As propriedades mecânicas dos aços microligados são resultantes da interação entre os

diferentes mecanismos de endurecimento envolvidos. O refino de grão ferrítico é favorecido pela

precipitação de carbonitretos durante o processamento termomecânico industrial (DeArdo, 2001). O

endurecimento por precipitação é um mecanismo extensivamente explorado nesses materiais, no

qual as partículas bloqueiam, total ou parcialmente, a movimentação de discordâncias em seus

planos de deslizamento. Deste modo, esperam-se significativos aumentos de resistência mecânica

com a formação de carbonitretos durante ou após a transformação da austenita para ferrita

(Honeycombe, 1988).

Há décadas, modelos matemáticos tem sido desenvolvidos com o propósito que quantificar o

efeito causado por diversos parâmetros metalúrgicos sobre as propriedades mecânicas dos aços.

Pickering (1978a) explorou a importância da adição dos elementos de liga e do tamanho de grão

ferrítico d sobre o limite de escoamento “básico” (∆σo) de aços com baixo-carbono, que poderia ser

calculado por

+⋅+⋅+⋅=∆

dSiMno

13,14,51,25,34,15σ (1)

onde ∆σo é expresso em MPa; Mn e Si correspondem à % peso dos elementos e d deve ser usado

em milímetros. Para aços com médio teor de carbono a equação mais adequada seria (Pickering,

1978b)

( ) SiS

fd

Mnfo

o ⋅+

+⋅−+

+⋅+⋅=∆ 1,638,36,17814,175,584,35 3/13/1

αασ (2)

onde fα corresponde a fração volumétrica de ferrita e So é o espaçamento interlamelar, expresso em

milímetros. O bloqueio à movimentação de discordâncias, causado por dispersões de partículas

incoerentes e de tamanho médio D [nm], promove um incremento de resistência ∆σp que pode ser

estimado quantitativamente pelo modelo de Orowan-Ashby (Gladman, 1997a)

)63,1ln(10800 DDf

p ⋅⋅⋅=∆σ (3)

na qual f é a fração volumétrica dos carbonitretos. A contribuição das discordâncias ∆σd [MPa] ao

endurecimento dos aços microligados pode ser calculado pelo modelo proposto por Keh (1965)

ρσ ⋅⋅=∆ −4101,8d (4)

onde a densidade de discordâncias ρ é expressa em cm-2.

No presente trabalho fez-se a determinação quantitativa dos mecanismos de endurecimento

em dois aços microligados comerciais, sendo um deles processado industrialmente como tira a

quente e o outro fabricado como barras para peças forjadas da indústria automobilística. Para

obtenção dos parâmetros microestruturais, técnicas de metalografia quantitativa foram empregadas

em amostras observadas por microscopia ótica e eletrônica (MET). Deste modo aspectos

metalúrgicos da estrutura ferrítico-perlítica, origem e tamanho dos carbonitretos identificados e

densidade de discordâncias foram investigados e a influência que estes parâmetros mostraram sobre

o limite de escoamento tem sido discutida neste texto.

MATERIAIS E MÉTODOS No desenvolvimento deste trabalho foram utilizados dois aços microligados produzidos em

escala industrial, nos quais houve a adição de diferentes teores de vanádio. O aço identificado como

NbTiV foi fabricado pelo processamento industrial empregado para as tiras a quente, produtos

siderúrgicos que são comumente utilizados na manufatura de componentes estruturais que requerem

elevados níveis de resistência mecânica e tenacidade. O aço V é usado na fabricação de

componentes forjados para a indústria automobilística como, por exemplo, virabrequins. A

composição química desses aços é apresentada na Tabela 1.

Tabela 1: Composição química dos aços comerciais investigados (% peso).

aço C Mn Si Nb Ti V N

NbTiV 0,137 1,38 0,25 0,041 0,044 0,031 0,0080

V 0,370 1,39 0,62 0,005 0,004 0,092 0,0130

O processamento industrial do aço NbTiV consistiu na solubilização da placa a 1523K,

seguindo-se uma seqüência de passes em laminador de desbaste. A laminação de acabamento foi

realizada em um trem de laminação com seis cadeiras, cujos passes ocorreram entre 1293 e 1168K e

resultaram em uma chapa com 3,2 milímetros de espessura. Após a saída do trem de acabamento a

chapa foi resfriada com jatos de água numa taxa de 10 K.s-1 até a temperatura de bobinamento

empregada (943K), seguindo-se o resfriamento da bobina ao ar. A solubilização do lingote do aço V

ocorreu a 1553K durante 7 horas, vindo a seguir a laminação de desbaste que originou um bloco com

seção quadrada de 180 milímetros. A laminação de acabamento, finalizada em temperatura próxima

a 1273K, resultou na obtenção da forma final do produto. Após o processamento termomecânico as

barras laminadas, cujas seções circulares possuíam diâmetro nominal de 89 milímetros, foram

resfriadas ao ar.

Os mecanismos de endurecimento atuantes nos aços NbTiV e V foram investigados na

condição laminada, utilizando-se amostras que foram preparadas para a caracterização mecânica e

microestrutural. As propriedades mecânicas foram estimadas por ensaios de tração e por medidas de

dureza Vickers, no qual a carga padrão empregada nos ensaios foi de 196 N. A preparação de

amostras para análise por microscopia ótica seguiu o procedimento tradicional, que consistiu no

desbaste até a lixa #600 e polimento final com alumina 0,3 µm. Para revelação da microestrutura dos

aços investigados empregou-se nital a 2%. Técnicas de metalografia quantitativa foram aplicadas

para a determinação do tamanho de grão ferrítico e da fração volumétrica da perlita. Para as medidas

do tamanho de grão usou-se o método do intercepto linear médio, no qual foram contadas as

interseções de linhas-teste retilíneas com os contornos de grão da ferrita (ASTM, 1991a). A estimativa

da fração volumétrica de perlita foi feita pela contagem de pontos de uma grade padrão, conforme

procedimento estabelecido pela norma ASTM E562 (ASTM, 1991b). Para as medidas realizadas foi

estipulado um limite de confiança estatístico de 95%.

Amostras de lâmina fina, empregadas para observação no microscópio eletrônico de

transmissão, foram elaboradas a partir de discos finos cortados de cilindros usinados com 3 mm de

diâmetro. A seguir os discos foram cuidadosamente lixados até se conseguir espessuras próximas a

50 µm. Para a obtenção de áreas finas foi realizado o polimento eletrolítico dos discos, no qual

empregou-se um equipamento adequado (Struers, modelo Tenupol 3). Bons resultados foram

verificados quando foi usado um eletrólito a base de ácido crômico resfriado a 288K, sob tensão de

50 volts para o aço NbTiV e 25 volts para o aço microligado V (Gallego, 2003). A precipitação de

carbonitretos foi caracterizada por difração de elétrons, técnica que permitiu determinar se as

partículas observadas haviam sido nucleadas na austenita ou durante a transformação de fase γ - α.

Com as micrografias conseguidas a partir das lâminas finas foi também possível determinar a

parâmetros como o tamanho e a fração volumétrica dos carbonitretos, a densidade de discordâncias

e o espaçamento interlamelar da perlita do aço V. A espessura das amostras foi estimada pela

técnica de contagem de franjas de espessura (Kestenbach e Morales, 1998), sendo a densidade de

partículas por unidade de volume Nv calculada por

)( tDANNv +⋅

= (5)

onde N é o número de partículas, cujo diâmetro médio é D, que foram observadas sobre a área

projetada A da amostra com espessura t. A fração volumétrica dos carbonitretos fv foi determinada

pela expressão

3

6DNf vv ⋅⋅=

π (6)

RESULTADOS O limite de escoamento é uma das principais propriedades mecânicas utilizadas na

engenharia. Nos aços microligados investigados esta propriedade mostrou ser o resultado da

interação entre diversos mecanismos de endurecimento, promovidos pelos variados fatores

metalúrgicos que serão apresentados a seguir.

CONTRIBUIÇÃO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA E DA MICROESTRUTURA

A microestrutura dos aços microligados NbTiV e V após o processamento industrial mostrou

ser constituída de ferrita e perlita, como pode ser constatado pelas micrografias apresentadas na

Figura 1. Em ambos os casos a morfologia da ferrita pró-eutetóide foi poligonal. Na Tabela 2 estão

indicados os valores experimentais de alguns parâmetros metalúrgicos, como o tamanho de grão

ferrítico (d), a fração volumétrica de perlita (fp) e o espaçamento interlamelar da perlita (λ), este último

estimado após a análise no microscópio eletrônico de transmissão. Ainda na mesma tabela estão os

valores do limite de escoamento (L.E.) e dureza Vickers (HV) medidos nas amostras preparadas.

Como foi destacado na introdução, equações empíricas tem sido desenvolvidas para expressar

o limite de escoamento “básico” ∆σo de aços comerciais. Aplicando os dados da tira a quente

apresentados nas Tabelas 1 e 2 na expressão (1) foi estimado em 402 MPa a resistência atribuída ao

tamanho de grão da ferrita e a composição química do aço NbTiV, valor correspondente a 67% do

limite de escoamento experimental. Analogamente o uso da expressão (2) permitiu avaliar em 426

MPa o valor de ∆σo para o aço V, cerca de 69% do valor experimental da propriedade mecânica.

Figura 1: Micrografias óticas apresentando a microestrutura ferrítico-perlítica observada nos

aços NbTiV (a) e V (b), revelada pelo ataque da superfície polida com nital a 2%. Aumento: 500 X.

Tabela 2: Parâmetros microestruturais e propriedades mecânicas dos aços investigados.

aço d [µm] fp λ [nm] L.E. [MPa] HV [MPa]

NbTiV 3,8 ± 1,0 0,125 ± 0,025 n.d. 600 2293

V 5,5 ± 1,2 0,602 ± 0,030 170 ± 25 620 2685

PRECIPITAÇÃO DE CARBONITRETOS NOS AÇOS MICROLIGADOS

A caracterização da precipitação de carbonitretos nos aços NbTiV e V só foi possível com um

extensivo trabalho de observação no microscópio eletrônico de transmissão. As análises realizadas

tanto na tira a quente quanto no aço para forjamento comprovaram que os carbonitretos foram

precipitados na austenita ou formados durante a transformação da austenita para a ferrita

(precipitação interfásica). Não foi observada a presença de partículas que poderiam ter sido

nucleadas devido à supersaturação da ferrita, o que seria confirmado se os carbonitretos

apresentassem as três variantes de Baker-Nutting na área analisada por difração de elétrons (Baker e

Nutting, 1959). Semelhantes resultados também foram observados em um trabalho congênere (Jian

et al, 1990).

A formação de carbonitretos na austenita do aço NbTiV mostrou ter ocorrido sobre sítios

preferenciais. Partículas mais grosseiras e esparsas, cujos tamanhos variavam entre 8 a 12 nm,

provavelmente tenham sido nucleadas em temperaturas elevadas durante a laminação de desbaste.

A laminação de acabamento promoveu uma intensa precipitação de carbonitretos, favorecendo a

nucleação devido à formação da subestrutura austenítica mas não o crescimento das partículas,

limitado pela menor temperatura. A grande concentração de partículas irregularmente dispersas

delineou o que seriam os antigos subcontornos de grão da austenita, como mostram os exemplos da

Figura 2. Os subgrãos não apresentam precipitação em seu interior, uma evidência da notória falta de

substratos (discordâncias) nessa região. A deformação da subestrutura austenítica durante os passes

de acabamento implicou no freqüente achatamento dos subgrãos, muitos dos quais mostraram

orientação com a direção de laminação (pancaking). A Tabela 3 sintetiza os aspectos quantitativos

relacionados à presença da precipitação na austenita observados nos aços sob investigação.

Figura 2: Micrografias em campo escuro geradas por feixes de elétrons difratados por

carbonitretos formados na austenita do aço NbTiV em (a) e do aço V em (b). Aumento: 100.000 X.

Tabela 3: Precipitação de carbonitretos na austenita.

Aço Parâmetro

NbTiV V

Campos analisados (n) 14 10

Partículas observadas (N) 6486 2295

Diâmetro médio das partículas (D) [nm] 5,6 7,8

Densidade de partículas por unidade de volume (Nv) [µm-3] 7114 2308

Fração volumétrica das partículas (fv) 5,45 ⋅ 10-4 5,34 ⋅ 10-4

A observação de partículas distribuídas em fileiras regulares facilitou a identificação da

precipitação interfásica, devidamente comprovada por difração de elétrons – os carbonitretos

estavam orientados de acordo com apenas uma das variantes de Baker-Nutting (Davenport e

Honeycombe, 1971). Em alguns casos foi possível identificar uma outra forma de dispersão das

partículas, que apresentavam uma distribuição aleatória. A Figura 3 apresenta um interessante

exemplo onde é possível visualizar, em um mesmo grão ferrítico, ambas as formas de dispersão

características da precipitação interfásica (fileiras e aleatória). Os resultados da caracterização da

precipitação interfásica em grãos de ferrita são apresentados na Tabela 4 a seguir.

Figura 3: (a) Micrografia em campo claro mostrando grão ferrítico do aço NbTiV com

precipitação interfásica, cujas partículas estão dispersas tanto em fileiras (região superior à esquerda)

como aleatoriamente (região inferior à direita). As setas indicam a região de transição entre os

arranjos. O campo escuro em (b) apresenta o típico aspecto da precipitação interfásica em fileiras

visto no aço V. Aumentos de 125.000 vezes em (a) e 200.000 vezes em (b).

Tabela 4: Precipitação interfásica de carbonitretos.

Aço Parâmetro

NbTiV V

Campos analisados (n) 12 17

Partículas observadas (N) 4882 10674

Diâmetro médio das partículas (D) [nm] 3,9 4,3

Densidade de partículas por unidade de volume (Nv) [µm-3] 17824 20270

Fração volumétrica das partículas (fv) 5,17 ⋅ 10-4 7,28 ⋅ 10-4

As contribuições da precipitação de carbonitretos ao endurecimento dos aços microligados

pode ser determinado pelo modelo de Orowan-Ashby, descrito pela equação (3). Considerando-se os

valores determinados para o tamanho e a fração volumétrica das partículas formadas pela

precipitação na austenita e interfásica (Tabelas 3 e 4, respectivamente) pôde-se estimar as parcelas

de endurecimento da ferrita para cada modo de precipitação, como mostra a Tabela 5. Embora não

tenha sido feito um estudo mais detalhado espera-se que um efeito semelhante seja esperado na

perlita, pois a precipitação de carbonitretos nas lamelas de ferrita da perlita foi identificada tanto no

aço NbTiV quanto no aço V (Gallego, 2003).

Tabela 5: Endurecimento por precipitação de carbonitretos, segundo Orowan-Ashby.

Endurecimento por precipitação [MPa] Aço

Austenita (∆σγ) Interfásica (∆σIF)

NbTiV 100 116

V 80 130

EFEITO DAS DISCORDÂNCIAS SOBRE O LIMITE DE ESCOAMENTO

A densidade de discordâncias (ρ) na ferrita foi determinada pela técnica descrita por Ham

(1961), na qual era necessária a contagem do número de interseções entre linhas-teste paralelas e

as discordâncias. Deste modo foram utilizados para a análise 20 grãos ferríticos do aço NbTiV e 13

para o aço com médio carbono microligado ao vanádio. Para a tira a quente os valores de ρ variaram

entre 1,2 a 9,7 ⋅ 109 cm-2, sendo a densidade média estabelecida em 5 ⋅ 109 cm-2. Para o aço V as

estimativas realizadas estavam compreendidas entre 1,1 a 5,4 ⋅ 109 cm-2, com valor médio calculado

em 3 ⋅ 109 cm-2. A aplicação dos resultados acima ao modelo de endurecimento proposto por Keh

(1965), equação (4), permitiu estimar em 55 e 44 MPa o acréscimo ∆σd que seria proporcionado pelas

discordâncias ao limite de escoamento dos aços NbTiV e V, respectivamente.

DISCUSSÃO A PRECIPITAÇÃO DE CARBONITRETOS APÓS O PROCESSAMENTO INDUSTRIAL O processamento termomecânico aplicado ao aço NbTiV promoveu a precipitação de

carbonitretos na austenita. Embora a análise por difração de elétrons não tenha possibilitado verificar

a composição das partículas, é bem provável que os carbonitretos tenham sido constituídos

principalmente por nióbio, considerando-se a solubilidade do vanádio e a extensiva quantidade de

titânio (cerca de 60%) consumida na formação de eutéticos. A favor dessa suposição pode-se ainda

destacar que a precipitação de Nb(C,N) induzida por deformação ocorre intensamente no intervalo de

temperaturas onde os tratamentos termomecânicos são normalmente realizados (Hong et al, 2002). A

presença da precipitação de carbonitretos na austenita indicou que não houve recristalização na

etapa de acabamento da tira a quente, o que contribuiu eficazmente para o refino de grão ferrítico

observado e está em conformidade com o prognóstico dado por Boratto e colaboradores (1988).

Devido a sua maior solubilidade em relação ao titânio e ao nióbio, o vanádio possivelmente

teve um papel de destaque na precipitação interfásica observada no aço NbTiV, quando a nucleação

das partículas ocorreu na interface da ferrita recém transformada e o crescimento subseqüente tenha

se dado durante o longo resfriamento após o bobinamento a 943K. Neste caso haveria um

crescimento competitivo entre os carbonitretos formados anteriormente na austenita com aqueles

nucleados durante a transformação de fase. Tal comportamento, aliado a uma baixa quantidade de

sítios preferenciais para nucleação, daria uma explicação plausível para explicar a ausência da

precipitação de carbonitretos na ferrita supersaturada. Verificou-se também que o crescimento

competitivo não inviabilizou a ocorrência dos dois modos de precipitação dos carbonitretos

(austenita/interfásica) em um mesmo grão de ferrita (Gallego, 2003).

A precipitação de carbonitretos na austenita do aço V mostrou ser, qualitativamente, mais

grosseira e irregularmente dispersa que a correspondente encontrada na tira a quente, cuja causa

estaria associada à eliminação dos sítios para nucleação (subcontornos) pela recristalização da

austenita. O elevado teor de nitrogênio (130 ppm) na composição química do aço V promoveria a

formação de nitretos de vanádio, cuja solubilidade é inferior à do carboneto nas temperaturas típicas

de processamento termomecânico. Estima-se que aproximadamente 52% do total de vanádio

adicionado ao aço para forjamento tenha sido consumido na formação de VN, o que resultaria numa

fração volumétrica máxima de 7,9 ⋅ 10-4 .

Há muito tempo vincula-se a adição de microligantes aos aços comerciais com a precipitação

de carbonitretos coerentes na ferrita, que causariam um significativo o aumento de resistência

mecânica desses materiais (Morrison, 1963). Para este fim o vanádio seria o microligante mais

indicado para a formação de partículas coerentes, pois o desajuste cristalográfico (lattice mismatch)

destas com a matriz seria mínimo se comparado com os carbonitretos de nióbio ou titânio.

Considerando-se que a precipitação na austenita é reconhecidamente incoerente (DeArdo, 1998), a

investigação da coerência dos carbonitretos foi realizada sobre as partículas formadas pela

precipitação interfásica. Através da análise do contraste gerado pelas partículas no microscópio

eletrônico de transmissão, verificou-se que não haviam campos de deformação elástica associados

aos carbonitretos – ou seja, o tamanho das partículas em campo claro e escuro eram os mesmos – e

que a precipitação interfásica era, também, incoerente com a ferrita (Morales et al, 2003).

O EFEITO COMBINADO DA PRECIPITAÇÃO NA AUSTENITA E INTERFÁSICA SOBRE O

ENDURECIMENTO

Os cálculos do endurecimento por precipitação, estimados pelo modelo de Orowan-Ashby,

mostraram que a formação de carbonitretos na austenita e durante a transformação de fase γ - α teve

efeito significativo nos aços analisados. Entretanto pôde-se constatar que a utilização destes

resultados não deve ser feita diretamente sobre o limite de escoamento, que neste caso se tornaria

superestimado como mostra a Tabela 6.

Como destacado anteriormente, ambos os modos de precipitação mostraram ser incoerentes

com a matriz ferrítica. Neste caso seria descabido imaginar que uma discordância, movimentando-se

em seu respectivo plano de deslizamento, sofreria apenas o bloqueio causado pela precipitação

interfásica. Caberia aqui enfatizar que o acréscimo de resistência dado pelo mecanismo de Orowan-

Ashby considera apenas o espaçamento entre as partículas medido no plano de deslizamento, em

geral muito maior que a distância aparente mostradas geralmente nas precipitações interfásica e na

austenita. Na Figura 4 são mostradas indícios da interação entre os carbonitretos e discordâncias

(bowing), onde é possível verificar que a distância aparente (projetada) entre as partículas é menor

que o afastamento entre os pontos da discordância que foram “ancorados” pelos carbonitretos.

Tabela 6: Contribuições ao aumento do limite de escoamento dos aços NbTiV e V, calculadas

para os diferentes mecanismos de endurecimento.

Incremento [MPa] Mecanismo de Endurecimento

Aço NbTiV Aço V

Contribuição dada pelo endurecimento “básico” (∆σo) 402 426

Contribuição dada pela precipitação interfásica (∆σIF) 116 130

Contribuição dada pela precipitação na austenita (∆σγ) 100 80

Contribuição dada pelas discordâncias (∆σd) 55 44

Efeito acumulado sobre o limite de escoamento (Σ ∆σi) 673 680

Limite de escoamento experimental 600 620

Figura 4: Micrografias em campo claro que mostram evidências da interação entre os

carbonitretos e discordâncias existentes na ferrita. Os aumento usados foram 300.000 vezes em (a) e

125.000 vezes em (b).

Deste modo, as discordâncias têm grande probabilidade de interagir efetivamente com uma

distribuição global de carbonitretos, que seria constituída pela reunião dos dois grupos de partículas

(austenita e interfásica). Esta consideração levaria a uma diminuição no espaçamento médio entre os

carbonitretos, que poderia ser calculada seria expresso por (Lapointe e Baker, 1982)

222

111

IFg LLL+=

γ

(7)

onde Lg, Lγ e LIF são as distâncias entre carbonitretos média (ou global), na austenita e interfásica,

respectivamente. Se for multiplicado ambos os membros da equação (7) pelo produto (G ⋅ b)2, sendo

G o módulo de cisalhamento da matriz e b o vetor de Burgers, não será alterada a igualdade

2

2

2

2

2

2 )()()(

IFg LbG

LbG

LbG ⋅

+⋅

=⋅

γ

(8)

A expressão (8) acima significa que o efeito global da precipitação de carbonitretos seria resultante

de uma interação entre os modos de precipitação observados (austenita e interfásica), ou seja,

22IFg σσσ γ ∆+∆=∆ (9)

Aplicando os resultados da Tabela 5 na equação (9) pôde-se estimar que a precipitação

“global” ∆σg tenha contribuído com o aumento de 153 MPa no limite de escoamento de ambos os

aços investigados.

A INTERAÇÃO ENTRE OS MECANISMOS DE ENDURECIMENTO

A Tabela 6 apresentou sumariamente as contribuições atribuídas a cada um dos mecanismos

de endurecimento envolvidos com os aços microligados. Através dela constatou-se que o limite de

escoamento do aço NbTiV estaria superestimado em 73 MPa (12%) se fosse considerado o efeito

acumulativo da precipitação na austenita com a interfásica, enquanto no aço V esta consideração

traria conseqüências semelhantes (limite de escoamento 60 MPa superior ao valor determinado

experimentalmente). Entretanto, verifica-se um excelente ajuste entre os limites de escoamento

calculado e medido se as parcelas da Tabela 6 referentes ao endurecimento por precipitação

(austenita e interfásica) forem substituídas pela contribuição dada pela precipitação “global”. Neste

caso o limite de escoamento calculado pelo efeito cumulativo seria 610 MPa para o aço NbTiV,

enquanto para o aço V o valor estimado para a propriedade mecânica seria 623 MPa – cálculos cujas

diferenças seriam inferiores a 2% do valor experimental do limite de escoamento.

Visando comparar os resultados conseguidos na análise dos mecanismos de endurecimento

atuantes nos aços NbTiV e V com outros aços microligados, efetuou-se uma busca de resultados

experimentais na literatura (Campos et al, 2001; Jian et al, 1990; Lapointe & Baker, 1982; Baker,

1983). São relativamente poucos os trabalhos que exploraram detalhadamente o assunto,

considerando as dificuldades experimentais envolvidas. A Figura 5 foi construída com base em

alguns dos dados coletados, sobre os quais foi considerado que o efeito de cada mecanismo de

endurecimento seria cumulativo e linear. A análise por regressão linear mostrou que a conformidade

entre os valores calculados e medidos do limite de escoamento foi muito satisfatória, considerando o

coeficiente de correlação estimado (0,91), de maneira que a propriedade mecânica analisada pode

ser fisicamente interpretada pela totalização dos mecanismos de endurecimento envolvidos.

100 200 300 400 500 600 700

100

200

300

400

500

600

700 (Jian et al, 1990) (Lapointe & Baker, 1982) (Campos et al, 2001) (Baker, 1983) aço NbTiV aço V

Referências

Lim

ite d

e es

coam

ento

cal

cula

do [M

Pa]

Limite de escoamento medido [MPa]

Figura 5: Compilação de resultados que mostram a boa conformidade entre o efeito da

interação cumulativo entre os mecanismos de endurecimento, que constituem o limite de escoamento

calculado, e o limite de escoamento medido em diversos aços microligados.

CONCLUSÕES A análise dos diversos mecanismos de endurecimento envolvidos com o limite de escoamento

dos aços NbTiV e V levou às seguintes conclusões:

Somente dois modos de precipitação de carbonitretos, na austenita e interfásica, foram

identificados nas lâminas finas observadas por microscopia eletrônica de transmissão.

Carbonitretos formados na austenita e pela precipitação interfásica podem estar presentes em

um mesmo grão de ferrita, seja na tira a quente NbTiV ou no aço V.

A presença de vanádio, por si só, não determinou que com o processamento industrial fosse

obtida a formação de carbonitretos coerentes com a ferrita, apesar deste microligante possuir o

menor desajuste cristalográfico em relação ao nióbio e titânio.

O endurecimento por precipitação mostrou ser resultante de um efeito combinado entre a

formação de carbonitretos na austenita e a precipitação interfásica, o qual pode ser determinado

matematicamente pela equação (9).

O cálculo do limite de escoamento pode ser expresso pelo efeito cumulativo das contribuições

de cada um dos mecanismos de endurecimento, cujo resultado mostrou boa conformidade com o

limite de escoamento medido experimentalmente.

AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a FAPESP, ao CNPq e a FUNDUNESP pelos apoios financeiros

concedidos e também as siderúrgicas COSIPA e VILLARES, que gentilmente cederam as amostras

dos aços microligados utilizados neste estudo.

REFERÊNCIAS 1. American Society for Testing and Materials. Standard test methods for determining average

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INTERACTIONS BETWEEN STRENGTHENING MECHANISMS IN MICROALLOYED STEELS

ABSTRACT In present work a quantitative microstructural characterization in microalloyed steels was carried out.

For that two commercial microalloyed steels were used, being one of them a Nb-Ti-V hot strip steel

and the other was a medium-carbon V-microalloyed steel. Optical and Transmission Electron

Microscopy were used to reveal the ferrite grain structure, fine carbonitride precipitation and

dislocation substructures. Well-known microstructural models were employed to determine actual

strength contributions, in an effort to understand the major strengthening mechanisms that explain the

higher levels of yield strength. An important strengthening contribution was attributed to “global”

carbonitride precipitation which was formed by austenite and interphase particle distribution. It was

found that the cumulative effects of the calculations made from solid solution, grain size, dislocation

and “global” precipitation hardening showed excelent agreement with tensile testing results.

Key-words: microalloyed steels, strengthening mechanisms, carbonitride precipitation, transmission

electron microscopy.