A INFLUÊNCIA DA DEFORMAÇÃO NA RECRISTALIZAÇÃOESTÁTICA ENTRE PASSES EM UM AÇO MÉDIO CARBONO

MICROLIGADO AO VANÁDIO

Luzilene Sousa Rosas'Regina Célia de Sonsa'

RESUMO

Neste trabalho, estuda-se o comportamento da recristalização estáticaentre passes, durante deformações múltiplas sob resfriamentocontínuo, através da determinação da Tnr. O material utilizado foi umaço médio carbono microligado ao vanádio. Os ensaios mecânicosforam feitos utilizando-se várias combinações de deformação, taxa dedeformação, tempo entre passes, temperatura de encharque etemperatura de ensaio, simulando seqüências de vinte passes. Osresultados indicam que a Tnr é sensível a deformação por passe.Aumentando-se a deformação a Tnr aumenta, devido ao crescimentodo volume de agregados de átomos de soluto, o qual diminui a fraçãode átomos de vanádio em solução.

Palavras-chave: Aço microligado, recristalização estática, deformação.

ABSTRACT

The behavior of estatic recrystalization between steps duringmultipass deformation under continuous cooling, by determinationthe Tnr, was investigated in this work. The material investigated wasone medium carbon steel containing microlloying additions ofvanadium. The mechanical tests were performed with severalscombination of strain, strain rate, interpass times, soak temperatureand first deformation ternperature for deformation scheduleconstituted of 20 steps. Tnr is dependent on the strain. The Tnrincreases with increasing strain.

Key-words: microlloyed steel, static recystallization, stain.

1 INTRODUÇÃO mento dos fenômenos metalúrgicos queocorrem durante e/ou após a confor-mação desses materiais foram desen-volvidos vários processos detratamentos termomecânicos, entreeles: a laminação controlada convencio-

A conformação mecânica a quen-te pode ser utilizada para melhorar aspropriedades dos materiais metálicosnas condições de uso. Com o conheci-

'Bacharel e Licenciada em Química pela Universidade Federal do Maranhão**Dra. em Ciência e Engenharia de Materiais, Departamento de Física, Universidade Federal do Maranhão

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nalmente, a laminação controlada porrecristalização e a laminação controla-da por recristalização dinâmica(ROBERTS, 1984, p.33; COHEN eHANSEN, 1987, p.61; SAMUEL et al.,1990, p.216). A eficiência do tratamentotermomecânico, depende do controledos fenômenos de encruamento eamaciamento que ocorrem durante aconformação do aço .

.Na conformação mecânica aquente intercalada, o material passa poruma seqüência de passes alternandodeformaçãolrecristalização, onde atemperatura, a deformação e a taxa dedeformação podem variar em cada pas-se. Durante a deformação o númerode defeitos no material aumenta, pro-movendo o encruamento do mesmo eaumentando a tensão necessária paradeformá-Io, com isso os mecanismosde amaciamento: recuperação erecristalização, começam a atuar deforma isolada ou combinada, restauran-do o material durante e/ou nos interva-los entre passes.

Com a necessidade de obtençãode produtos metálicos de boa qualida-'de, tornou-se necessário conhecer comoos parâmetros de deformação atuamna recristalização estática entre passes,bem como nas temperaturas críticas(temperatura de não recristalização,T . temperatura de início de transfor-nr t

mação de fase, ArJ' e temperatura defim de transformação de fase, Arj) quedelimitação as regiões derecristalização e de transformação defases, e dessa forma melhorar as plan-tas de laminação nas indústrias contro-lando todas etapas do processamento.

De acordo com a literatura Bai etaI. (1993, p.2151), para temperaturas

acima da T tem-se a regrao denr

recristalização estática da austenita,onde os mecanismos de amaciamentoatuam com maior intensidade; para tem-peraturas abaixo da Tor e acima da ArJtem-se o achatamento do grãoaustenítico, com o fim ou a diminuiçãoconsiderável da recristalização; paratemperaturas abaixo da ArJ e acima daArj tem-se a coexistência das fasesaustenítica e ferrítica; e fmalmente, paratemperaturas abaixo da Arj tem-seapenas a ferrita.

Através de ensaios de torção aquente interrompidos, sob resfriamentocontínuo, é possível simular no labora-tório todo o processamento a quente deaços McQueen (1982, p.445) e aindaobter informações sobre as interaçõessoluto-recristalização e precipitação-recristalização. Neste trabalho estuda-se o efeito da deformação por passesobre a recristalização estática em umaço médio carbono microligado aovanádio.

2 PROCEDIMENTOEXPERIMENTAL

o material utilizado nos experi-mentos foi um aço com médio teor decarbono microligado ao vanádio. Acomposição química encontra-se naTabela 1.

Tabela 1- Composição química do açoutilizado (% em peso).

Aço

Aço V

Os ensaios de torção foram reali-zados no laboratório de Ensaios

46 Cad. Pesq., São Luís, v. 12, n. 112,p. 45-52, jan.rder. 2001.

Termornecânicos do Departamento deEngenharia de Materiais da Universi-dade Federal de São Carlos (UFSCar).

Os esforços aplicados às amos-tras, na máquina de torção, por ummotovariador com velocidade variandode 25 a 1000 rpm eram medidos poruma célula de carga com capacidademáxima de 1000 kgfxcm (BALANCINe JORGE JÚNIOR, 1990, p.281). Oscorpos de prova com comprimento eraio útil de 20mm e 6mm, respectiva-mente, eram fixados à máquina e aque-cidos por um forno de radiaçãoinfraverrnelha, com 6 kW de potênciamáxima. Através de um controlador,marca Gefran - modelo 3300, eramfeitos a programação e controle da tem-peratura durante os ensaios. A aquisi-ção dos dados foi realizada por ummicrocomputador interfacetado à má-quina que, através de um programa,controlava os ensaios impondo os pa-râmetros de processamento. Para di-minuir os efeitos de oxidação dasamostras foi adaptado à máquina umtubo de quartzo, envolvendo os corposde prova, por onde era injetado um flu-xo contínuo de argônio com 2% de hi-drogênio.

Os ensaios de torção a quente in-terrompidos foram feitos, inicialmente,com o aquecimento e austenitização dasamostras a 1150 °C por 10 mino Após oencharque as amostras eram resfria-das continuamente, com taxas constan-tes, sendo deformadas em seqüênciasde passes com várias combinações dosparâmetros de processamento, Quadro1, sendo que, escolhidos os parâmetros,estes eram mantidos constante duran-te o ensaio.

As deformações eram iniciadasem temperaturas denominadas de tem-peratura de ensaio, Tens'e as deforma-ções consecutivas eram aplicadas acada decréscimo de 20°C na tempera-tura. A esquematização do programade laminação pode ser visto na Figura 1.

Para a determinação das tempe-raturas críticas foi utilizado o métodode Boratto e colaboradores (1987, p.I).Como exemplo, pode-se observar a Fi-gura 2, onde várias curvas de tensãoversus deformação equivalentes sãoilustradas. A tensão média equivalen-te, TME, versus o inverso da tempera-tura absoluta, mostrada na Figura 3, paraos dados experimentais da Figura 2,revela nestas condições a presençada Tnr•

Quadro 2 - Par~etros deprocessamento.

Deformação por passe; E = 0.1, 0.2, 0.3 e 0.4

Tempo entre passe; t= 205Temp. de e ncharque ; Tenc= 1150 °c

Temp. de ensaio; Tens= 1050°C e 1150°cTaxa de deformação, e = 1 s-I

T. de Encbarque600 s

T. de Ensaio

"t3

.,.Resfriadoao ar

Tempo

Fig. 1: Programa de laminação utilizado.

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0,0 0,7 1,4 2,1 2,8

Deformação Equivalente

Fig. 2: Curvas de tensão x deformaçãoequivalentes

200 . 20%T~

'<? 160

~~ 120E-<

80

4~,7 0,8 0,9 1,0 1,1

iooo/r (K')

Fig. 3: Tensão média equivalente (TME)em função do inverso da temperatura

absoluta, calculadas a partir dos dadosexperimentais mostrados na Figura 2.

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os gráficos da TMlix l/T revela-ram que na maioria das vezes os cor-pos de prova quebravam (materialpouco dúctil) antes que os ensaios atin-gissem as temperaturas de transição defase, Ar3 e Arl. Desta forma, só foipossível a determinação da temperatu-ra de não recristalização, T

llr, na maio-

ria dos ensaios.Como ilustrado na Figura 3 a cur-

va da TME versus 1000rr revela uma

48

3,5

mudança na sua inclinação, neste pon-to ocorre a Tnr fronteira entre duas re-giões distintas. A primeira região, paratemperatura maiores que a T

llr, é defi-

nida como região de recristalização,onde a recristalização estática estáocorrendo nos intervalos entre passes,restaurando o aço. Mesmo com oamaciamento do material, a TME con-tinua a aumentar, isso ocorre em fun-ção da diminuição da temperaturadurante o ensaio. A segunda região,para temperaturas abaixo da T nr s arecristalização já não ocorre ou ocorremenos intensa e o acúmulo de defor-mação de um passe para outro provo-ca o encruamento do material, o queeleva de forma mais acentuada o valorda TME.

A Figura 4 mostra as curvas datensão versus deformação equivalen-tes, com taxa de deformação de l s',tempo entre passes de 20 segundos ediferentes deformações por passe etemperaturas de ensaio. Nessas cur-vas observa-se que a tensão de des-carregamento aumenta de um passepara outro. Esse aumento é devido prin-cipalmente ao decréscimo da tempera-tura durante o ensaio, o qual favoreceo encruamento.

Comparando as curvas da Figura4, (a) com (b) e (c) com (d), nota-seque para maior deformação por passeas curvas apresentam uma forma maisacentuada. A Figura 5 mostra esse efei-to com detalhe. Curvas com esse tipode comportamento indicam que oamaciamento, nos intervalos entre pas-ses, ocorre de forma mais eficiente doque em ensaios com deformações me-nores.

Cad. Pesq., São Luís, V. 12, n. 1/2, p. 45-52, jan./dez. 2001.

120 {

'" I"e, 100 .t 116. f' 11

~ 80 ;111 fi I] !/fr J E= 10%~ 6Ov/11 ·~ 40 T =IIS0°C

C!lS

0,0 1,00,5 1,5

Deformação Equivalente(4a)

E=IO%200

0,5 1,0 1,5

Deformação Equivalente

(4c)

120 E=30%

0,0 0,7 1,4 2,1 2,8

Deformação Equivalente

(4b)

3,52,0

2,0

(4d)

Fig. 4: Curvas de deformação versus tensão equivalentes: (4a) e (4b), Tens= 1150 °C e (4c)e (4d),Tcns = 1050 -c

100 100

~90 / !90 //

/ I / .I~~ 80 I s80l 5 /~ ~ ,.

> ~ • >·3 ! ! E= 10% & l .$ 70 70

... 11 .. . E=20%o . . .\ o "...

'~ ! E= I s '~ ,.60 60

. .\

~ TO'=1050°C ~E= 1s

T~=I05O°C50

0,2 0,3 0,4 0,5 5°0,4 0,5 0,6 0,7Deformação Equivalente Deformação Equivalente

(5a) (5b)

Fig. 5: Curvas de tensão x deformação equivalentes para o 3Qe 4Q passes:(5a) e = 10% e (5b) e = 20%.

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Observa-se, ainda na Figura 4 quepara temperaturas abaixo da Tnr, [ Fi-gura. 4(a) - a partir do 9º passe, Figu-ra. 4(b) - a partir do intervalo entre o7º e o 8º passes, Figura. 4(c) - a partirdo 13º passe, Figura.4(d) - a partir do12º passe] as formas das curvas de es-coamento revelam uma tensão de iní-cio de carregamento relativamentebaixa, indicando que a recristalizaçãocontinua a acontecer de forma acentu-ada na região após a Tnr: Esse compor-tamento revela que o material emestudo, aço rnicroligado com médio teorde carbono, comporta-se diferentemen-te dos aços rnicroligados com baixo teorde carbono (BAI, 1993, p.2151), ouseja, a recristalização é pouco afetadapara temperaturas abaixo da Tnr" Deacordo com a literatura (SOUSA, 1996,p.l09) o efeito responsável pelo retar-damento da recristalização em um açornicroligado ao vanádio com médio teorde carbono, para tempos entre passesmenores que 30 s, é o arraste de soluto,que é relativamente fraco em retardara recristalização, quando comparadocom a precipitação.

Na Figura 6, onde tem-se a varia-ção da TME com o inverso da tempe-ratura absoluta, para as curvas deescoamento apresentadas na Figura 4,observa-se que o aumento da deforma-ção levará a uma elevação no valor dar.;

Para verificar melhor o efeito dadeformação por passe sobre a Tnr, fo-ram ensaiadas amostras com deforma-ção de 0.1, 0.2 e 0.4. A taxa dedeformação de ls·1 e tempo entre pas-ses de 20 segundos, foram mantidosconstantes durante os ensaios. Os re-sultados são apresentados na Figura 7.

50

40~~--~~--~--~~--~0,72 0,80 0,88 0,96

lOOOff (K1)

(6a)

~ 80

~ 60

100

4~,7

800

1O%• 30%

• 1O%200 20%

»<: 160

i~ 120l'-<

T~

80

..

0,8 0,9 1,0

l000ff (K 1 )

(6b)Fig. 6: TMExlrr, calculadas a partir de

dados da Figura 4: (a)Tens= 1150 ° C e (b)T = 1050°C.ens

1,1

• T.,.=IOSO"c1100

0,0 o, I 0,2 0,3 0,4Deforrreção por Passe

0,5

Fig. 7: Efeito da deformação por passesobre a Tnr"Tens= 1050 °C, Tenc= 1150 °C,

taxa de deformação de Is' e t = 20 s.

Cad. Pesq., São Luís, v. 12, n. 112, p. 45·52, jarc/dez. 2001.

o comportamento da T nr em fun-ção da quantidade de deformação im-posta em cada passe, ilustrado na Figura7, mostra que a extensão darecristalização diminui com o aumentoda deformação. Como o tempo entrepasses foi de 20s e o retardamento darecristalização foi proporcionado pelovanádio em solução, pode-se entenderque embora a restauração a cada pas-se seja maior para maiores deforma-ções, a medida que a deformação porpasse aumenta, a extensão darecristalização diminui devido ao efeitode pré-precipitação. Com o aumento dadeformação por passe, há formação deum grande número de agregados deátomos, finamente dispersos, que so-mados aos átomos de vanádio em solu-ção vão interagir com os contornos degrãos, reduzindo dessa forma a exten-são da recristalização.

4 CONCLUSÃO

Como resultados obtidos neste tra-balho, pode-se concluir que:

a) a diminuição da temperaturadurante o ensaio favoreceu oencruamento do material, fa-zendo com que a tensão de des-carregamento, de um passepara outro, aumente;

b) para deformações maiores oamaciamento do material nosintervalos entre passes é maiseficiente;

c) a recristalização é pouco afeta-da para temperaturas abaixoda Tnr, devido ao efeito de ar-raste de soluto que é relativa-mente fraco em retardar arecristalização;

d) a T nr aumenta com a deforma-ção imposta, para tempo entrepasses de 20 s;

e) com o aumento. da deformaçãopor passe a extensão darecristalização diminui, em vir-tude do efeito de pré-precipita-ção que é relativamente forteem retardar a recristalização.

REFERÊNCIAS

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52 Cad. Pesq., São Luís, v. 12, n. 112, p. 45-52, jan.rdez: 2001.