A partir da década de 70 as pesquisas envolvendo o processo de transformação de fases, através de tratamentos térmicos isotérmicos e intercríticos, se intensificaram, alcançando resultados promissores com os acos bifásicos, principalmente para aplicações em componentes automobilísticos.

Tratamentos térmicos ou termomecânicos, além da composição química, são utilizados para controlar as diversas fases que podem se formar na microestrutura do aço, bem como controlar a morfologia e o tamanho de grão .

O microconstituinte bainítico tem recebido nos últimos anos um destaque especial, por um lado por apresentar uma complexidade em seu processo de formação e uma variedade de tipos de bainita passíveis de serem produzidas, por outro lado, por apresentar características de resistência e dureza intermediária entre a fase ferrita e a martensita, possibilitando uma alternativa para melhorar a tenacidade do aço. Os aços ferríticos-bainíticos, por exemplo, tem sido utilizados em tubulações submetidas a baixas temperaturas.

Os aços 300M surgiram mais recentemente como uma evolução tecnológica dos aços 4340, apresentando um teor de carbono semelhante ao dos aços 4340, diferencia-se principalmente por conter uma pequena porção de vanâdio e um alto teor de silício. Estes elementos permitem que os aços 300 M atinjam níveis de resistência mecânica mais elevados.

Como alternativa aos roteiros de tratamentos térmicos utilizados tradicionalmente pela indústria aeronáutica (têmpera e revenimento), neste trabalho são propostos tratamentos térmicos onde se introduzam na microestrutura do aço a fase ferrita e/ou bainita, além da austenita retida. A microestrutura multifásica, combinando microconstituintes duros e dúcteis, permite ajustar a resistência mecânica e a ductilidade de forma a melhorar a tenacidade do aço.

Objetivos: ● Formar microestruturas multifásicas através de tratamentos térmicos específicos;● Estudar as propriedades mecânicas do aço 300M com diferentes condições microestruturais;● Caracterizar a microestrutura dos aços tratados termicamente;● Correlacionar parâmetros microestruturais como: morfologia e fases presentes com as propriedades mecânicas de tração e fadiga.

INTRODUÇÃO

EXPERIMENTAL

RESULTADOS E DISCUSSÃO

AbstractNeste trabalho são apresentados roteiros de tratame ntos térmicos capaz de modificar a microestrutura d e um aço 300 M com conseqüentes alterações nas prop riedades mecânicas. São

realizadas análises microscópicas ópticas, por micr oscopia eletrônica de varredura (MEV) e por microsc opia de força atômica para caracterizar a microestr utura e correlacionar os parâmetros microestruturais e as propriedades mecânicas. Para avaliar as propriedades mecânicas foram realizados ensaios de tração e fadiga.

ANTONIO JORGE ABDALLA, ROBERTO MASATO ANAZAWA, WALT ER MIYAKAWA

Instituto de Estudos Avançados /CTA - São José dos Ca mpos - SP

CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL EM AÇO 300 M SUBMETIDO A DIFERENTES TRATAMENTOS

CONCLUSÕES

Con

fecç

ão d

os

Cor

pos-

de-p

rova

fadiga

tração

ASTM E 466

ASTM E 8

• Ensaios:

- realizados em uma MTS, modelo 810.23M;

- Temperatura ambiente;

- freqüência de 25 Hz;

- R = 0

1min

D E A

1min 15min

B C

10min

15min

20 min

320

370

760

900

Tem

pera

tura

(°C

)

Tempo (min)

Meio utilizado para têmpera final: Óleo – tratamento C Água – Tratamentos A, B, D e E

Tratamentos Térmicos Aplicados

Microscopia Óptica

Amostras de cada tratamento foram embutidas, polidas e atacadas com três

reagentes diferentes para revelar as fases presentes na microestrutura

Ataque com Nital - 3%(20 seg)

Ataque com metabissulfito de sódio-10 % (60 seg)

Ataque com Le Pera Modificado

MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE

VARREDURA (MEV)

Equipamento LEO 1460 VP, operando no modo eletrons retro-espalhados.

→Análise de detalhes microestruturais;

→ Análise da superfície de fractura.

Microscopia Eletrônica Microscopia de Força Atômica

Microscópio F. A. da Shimadzu modelo SPM-9500 J3 (modo contato)

MICROSCOPIA DE FORÇA ATÔMICA

→ Análise qualitativa das fases presentes.

1. Microscopia óptica

escura : martensita+bainita

branca :ferrita+austenita

a -

N i

t a

l

Aço recozido

Outras fases -escura

Destacando a austenita retida :- branca

b -

Met

abis

sulfi

to

de s

ódio

Tratamento E

Martensita + austenita- clara

Bainita – marromFerrita - azul

b –

Le P

era

(áci

do p

ícric

o +

m

etab

issu

lfito

de

sódi

o)

Tratamento C Tratamento B Tratamento D

2. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

fornecida Tratamento A Tratamento B

3. Microscopia de Força Atômica (AFM)

Tratamento C - Imagem de MFA tridimensional

Ferrita

Austenita retida + Martensita

Detalhe da região com austenita retida + martensita e ferrita

194Martensita

141Austenita Retida

60Bainita

42Ferrita

Altura média (nm)

Fase

4. Ensaios Mecânicos

3729,610,715921387E

454,11,923222180D

4124,414,821542035C

2918,77,315881372B

3917,25,822151982A

3235,317,716731531Recozido

Dureza(Rockwell C)

Estricção(%)

Alongamento(%)

Limite de Resistência

(MPa)

Limite de Escoamento

(MPa)

Tratamentos Térmicos Aplicados

Ensaios de Tração e Dureza

Ensaios de Fadiga

10000 100000 1000000700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

N [ciclos]

300MRecozidotrat Ctrat E

Sm

áx [M

Pa]

Cur

vas

de v

ida

em

fad

iga

do

aço

300M

recozido tratamento C tratamento E

● Os tratamentos térmicos modificaram a microestrutur a com alterações nas propriedades mecânicas;

● Deve-se evitar microestruturas predominantemente ma rtensítica, como as formadas nos tratamentos A e D, pois, apesar do alto nível de resistência provocaram uma drástica r edução na ductilidade;

● A condição microestrutural C mostrou-se bastante in teressante para aplicações estáticas. Ocorreu uma i nteressante combinação: a) A fase ferrítica, formada na tempera tura intercrítica, manteve este aços com boa ductil idade e, b) a formação da martensita e bainita, no resfriamento contínuo, pro piciou que nesta condição, o aço alcançasse elevado s níveis de resistência.

● Microestruturas predominante bainíticas (B e D), ap resentaram limites de resistência e escoamento seme lhante ao aço recozido, porém o a vida em fadiga foi superior à co ndição C (matriz bainítica/martensítica – ilhas de f errita). Este fato ocorreu principalmente devido a presença da fase ferrítica, sua incompatibilidade com as fases duras martensit a/bainita tornaram-na sítios preferenciais para a nucleação e crescimento de trincas em fadiga.