LAMINAO DE AOS TRIP

Estudou-se a cintica das transformaes de fase em resfriamento contnuo e em tratamentos isotrmicos de cinco ligas de aos TRIP microligados com Nb, contendo teores variveis de Mn e Si, atravs de ensaios dilatomtricos, de caracterizao morfolgica dos produtos de transformao e de clculos termodinmicos e simulaes numricas usando os programas Thermocalc e Dictra. Foram determinados os diagramas RC para a transformao da austenita, e foi estudada a influncia da precipitao de ferrita pr-eutetide e de bainita na frao volumtrica de austenita retida. Atravs dos diagramas de resfriamento contnuo foi possvel delimitar a extenso do campo intercrtico dos cinco aos analisados, com determinao da janela de resfriamento e seus intervalos de temperaturas. Isso permitiu projetar os ciclos de resfriamento controlado a serem aplicados durante o processamento termomecnico dos Aos TRIP-D, TRIP-E e TRIP-H. Os clculos pelo modelo numrico de redistribuio de carbono e de elementos substitucionais na interface ferrita/austenita, bem como as medidas de microanlise qumica por WDS e EDS permitiram verificar que a taxa de crescimento da ferrita pr-eutetide controlada pela difuso do carbono na austenita. Para tempos curtos de tratamento, o modelo de crescimento que melhor se ajusta o do equilbrio local com partio negligvel de soluto. Verificou-se atravs de tratamentos isotrmicos no campo baintico, que o silcio atrasa a precipitao de carbonetos durante a reao baintica, o que justifica o aumento da estabilidade da austenita retida no ao de maior Si (TRIP-H), quando comparado com o ao de menor Si (TRIP-E). Baseado nos resultados dos estudos das transformaes de fase por resfriamento contnuo foram selecionadas as ligas TRIP-D, TRIP-E e TRIP-H, para simular dois esquemas de laminao controlada por meio de ensaios de toro a quente. Nesses ensaios foram variados o grau de deformao e a temperatura de acabamento, de modo a estudar os efeitos dos parmetros de deformao mecnica na frao transformada dos diferentes constituintes microestruturais, e em particular na frao volumtrica de austenita retida. O primeiro ensaio refere-se laminao controlada por recristalizao esttica (LCRE) e o segundo laminao convencional (LCC), com temperatura de acabamento de 1030C e 850C, respectivamente. O resfriamento consistiu em dois tratamentos isotrmicos consecutivos: o primeiro no campo intercrtico (austenita + ferrita), e o segundo no campo baintico. O aumento do grau de deformao na simulao por toro a quente da laminao controlada por recristalizao esttica, levou a um aumento da porcentagem de austenita retida obtida durante o resfriamento controlado (de 9 a 14,0 %). O acmulo de energia de deformao abaixo da TNR na simulao do processo de laminao controlada convencional provocou uma diminuio da frao volumtrica de austenita retida bem como da concentrao de carbono contido nela. Os perfis de Mn e C obtidos a partir de anlises qumicas com EDS e WDS em amostras do ao TRIP-E, deformadas com deformao total de 2,1 e deformao total de 2,8, mostram a contribuio do refinamento de gro para a difuso destes elementos na frente da interface ferrita/austenita, durante a precipitao de ferrita pr-eutetide.

Aos TRIP

Aos TRIP so aqueles que adquirem maior plasticidade mediante a ocorrncia de transformao de fase induzida geralmente por deformao plstica. No caso, a sigla TRIP em ingls significa Transformation Induced Plasticity. Do ponto de vista microestrutural, estes aos, inicialmente austenticos, apresentam composio qumica que permite a transformao desta austenita em martensita atravs da deformao, resultando em resistncia mecnica mais elevada e, simultaneamente, maior ductilidade, devido ao aumento do coeficiente (taxa) de encruamento, associada a este tipo de transformao, uma vez que o aumento da taxa de encruamento (n) resulta em maior deformao plstica uniforme, ou seja, o material capaz de se deformar em maior grau antes da estrico (empescoamento), e assim deforma-se mais antes de fraturar [1-2].

O tratamento termomecnico no campo austentico (ausforming, por exemplo) resulta em elevada densidade de discordncias na austenita [1]. As temperaturas de incio e final de transformao austenticas so assim ajustadas de forma que a austenita se transforma em martensita durante o ciclo trmico normal de fabricao. Embora o teor de carbono ideal de 0,30 % tenha sido inicialmente adotado, posteriormente teores mais baixos foram admitidos, da ordem de 0,05 a 0,20 % C [2].

Uma seqencia tpica de processamento para a produo de aos TRIP envolve os seguintes passos: a) Recozimento a 1200 C e tmpera; b) Deformao da ordem de 80 % de reduo em espessura a 450 C (acima de Mi) para deformar a austenita e precipitar carbetos finos; c) Deformao plstica (laminao: reduo de espessura) temperatura ambiente (abaixo de Mi) para transformar alguma austenita em martensita [1].

Entretanto, a literatura [2] menciona dois mtodos principais para a produo de aos TRIP, embora variaes destes possam ser aplicadas:

a) A composio qumica do ao ajustada de modo que este austentico temperatura ambiente, mas a temperatura Mi est acima desta temperatura. O ao ento tratado termomecanicamente a uma temperatura acima de Mi, com elevadas deformaes da ordem de 80 % em temperaturas na faixa de 250 a 550 C. Esta deformao da austenita eleva a temperatura Mf e conseqentemente a temperatura Mi, mas a austenita deformada ainda estvel durante o resfriamento at a temperatura ambiente. Entretanto, ao deformar temperatura ambiente, grande parte da austenita se transforma em martensita, e este aumento de plasticidade induzida por transformao de fase resulta em grande plasticidade aliada alta resistncia mecnica da austenita. Este tipo de tratamento pode ser aplicado a muitas variedades de aos, mas em cada variedade a composio qumica e o tratamento termomecnico utilizado podem ser crticos. Uma faixa de teores de carbono de at 0,3 % pode ser usada para proporcionar uma faixa de nveis de resistncia mecnica. Propriedades tpicas de um ao contendo 0,3 % C; 2 % Mn; 9 % Cr; 8,5 % Ni e 4 % Mo aps reduo a frio por laminao plana a 425 C so: resistncia trao = 1500 MPa, resistncia ao escoamento = 1430 MPa, alongamento = 50 %.

Tambm possvel laminar a frio o material tratado termomecanicamente por uma reduo de espessura da ordem de 15 %, permitindo aumentar a resistncia mecnica para uma resistncia trao da ordem de 1750 MPa e resistncia ao escoamento de 1620 MPa, porm com ductilidade muito reduzida.

b) O segundo mtodo requer que o ao contenha elementos formadores de carbonetos e que o teor de carbono seja da ordem de 0,3 % e que a composio qumica seja ajustada para que as temperaturas Mi e Mf fiquem abaixo da temperatura ambiente. Aps tratamento de solubilizao o ao est austentico e ento submetido a tratamento termomecnico uma temperatura entre 250 e 550 C, com um grau de deformao de cerca de 80 %. Este procedimento no apenas deforma a austenita mas tambm provoca a precipitao de carbetos, sendo que ambos os fatores elevam as temperaturas Mi e Mf. Nesse caso a temperatura Mf permanece abaixo da temperatura ambiente, porm a temperatura Mi fica acima desta temperatura. A deformao temperatura ambiente ento leva a austenita a se transformar em martensita com consequente aumento de resistncia mecnica e de ductilidade devido plasticidade induzida por deformao. Novamente o ao pode ento ser trabalhado a frio com reduo de espessura da ordem de 15 % temperatura ambiente aps a deformao termomecnica. Por esses processos a resistncia ao escoamento atinge valores de at 2000 MPa com alongamentos de cerca de 20 a 25 %.

Este mtodo de transformao controlada pode adicionalmente ser complementado por um tratamento de resfriamento a 196 C para transformar a austenita em martensita aps deformao termomecnica, seguido por revenido ou envelhecimento a aproximadamente 400 C. Isso se traduz numa combinao de ausforming com transformao controlada.

Embora o fenmeno de plasticidade induzida por deformao seja bem conhecido h muito tempo, o considervel aumento de ductilidade com elevados nveis de resistncia mecnica continua sendo explorado, assim como o acentuado ganho de tenacidade fratura.

Apesar da elevada resistncia mecnica e da boa ductilidade obtidas nesses aos, eles apresentam algumas desvantagens que limitam suas aplicaes: a) Custo da matria-prima, principalmente devido grande quantidade de nquel (teores que podem chegar a 20 %) com resistncia corroso geralmente no to elevada como a dos aos inoxidveis contendo 17 % de cromo; b) Dificuldade de controlar a composio qumica para proporcionar o correto comportamento de transformao; c) Alto custo de processamento, envolvendo desgaste3 de ferramentas de conformao devido baixa temperatura de transformao e elevados graus de deformao introduzidos; d) Restries quanto ao tipo de material que pode ser processado para formar produtos laminados planos e arames [2].

Uma grande variedade de composies qumicas e processamentos pode sem ser utilizados, resultando em excelentes combinaes de resistncia ao escoamento e alongamento total. Devido ao alto custo dos elementos de liga, dificuldade de deformao plstica em baixa temperatura e problemas na juno de partes, esses aos somente so usados em aplicaes especiais de produtos laminados planos ou arames [1].

Aplicaes potenciais incluem carenagem de foguetes, prendedores inoxidveis de alta resistncia mecnica, agulhas cirrgicas, blindagem inoxidvel e cabos e fios de alta resistncia mecnica [2].