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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
ii
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
iii
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.
iv
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.
v
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.
vi
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
vii
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
viii
Lista de Tabelas
Tabela 1. Variação da dureza Vickers das amostras do aço inoxidável AISI 430 deformado
até 78% e recozido. .............................................................................................................. 26
ix
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.
x
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
1
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
2
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.].
3
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
4
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
5
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.
6
(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.
7
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
8
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.
9
(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.
10
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
11
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
12
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].
13
(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
14
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
15
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
16
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
17
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.
18
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
19
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
20
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)
21
(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
22
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].
23
(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).
24
(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).
25
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].
26
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.
27
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.
28
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