A Influência Do Teor De Austenita Revertida No .

VOL.37 Nº3 2020A Influência do Teor de Austenita Revertida noComportamento Mecânico do Aço Maraging 250Daniel Fonseca da Cunha*, Alaelson Viera Gomes, Achille Arantes Bassi, Luiz Paulo de Mendonça BrandãoInstituto Militar de Engenharia (IME)Praça General Tibúrcio, 80, 22290-270, Praia Vermelha, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.*danielfonsecacunha@gmail.comRESUMO: RESUMO: Aços maraging possuem limite de resistência etenacidade à fratura superiores aos aços convencionais de alta resistência,sendo classificados como aços de ultra-alta-resistência. Tais propriedadesadvêm da composição desses aços aliada ao processamento termomecânicoaos quais são submetidos. Entretanto, durante o tratamento térmicode envelhecimento, a ocorrência de uma fase austenítica conhecida comoaustenita revertida provoca grande impacto nas propriedades mecânicasdo material.A fim de se determinar a influência desta porção de fase austeníticano comportamento mecânico do aço maraging 250, buscou-se analisarneste trabalho o aumento desta fração em função da temperatura deenvelhecimento e o decréscimo de dureza atrelada a esse aumento.Para tanto, realizou-se uma análise por Difração de Raios X (DRX)a fim de se determinar a porcentagem das fases presentes no materiale ensaios de micro dureza e tração, de acordo com as normas ASTME384 e ASTM E8/E8M.Por fim, conclui-se que a presença da fase martensítica, presente na liga, émaior do que a prevista para o sistema Fe-Ni, com apreciável decréscimodas propriedades analisadas.PALAVRAS-CHAVE: Aço. Maraging 250. Caracterização.1. IntroduçãoA principal característica dos aços Maraging18%Ni é apresentar boas propriedades detração e de tenacidade para vários níveis deresistência, possuindo um vasto campo deaplicações. Essa característica única é obtidaatravés do endurecimento por precipitaçãode compostos intermetálicos em uma matrizmartensítica tenaz, após um simples tratamentoABSTRACT: Maraging steels have higher strength and fracturetoughness limits than conventional high strength steels and are classifiedas ultra-high strength steels. Such properties come from the compositionof these steels allied to the thermomechanical processing to which they aresubmitted. However, during aging heat treatment, the occurrence of anaustenitic phase known as reversed austenite has a major impact on themechanical properties of the material.In order to determine the influence of this austenitic phase portion on themechanical behavior of maraging 250 steel, this work aimed to analyzethe increase of this fraction as a function of aging temperature and thedecrease of hardness and mechanical strength associated with this increase.For this purpose, an X-Ray Diffraction analysis (DRX) was performedto determine the percentage of phases present in the material and microhardness and tensile tests according to ASTM E384 e ASTM E8/E8M standards.Finally, it can be concluded that the presence of martensitic phase presentin the alloy is higher than expected for Fe-Ni system, with appreciabledecrease of the properties analyzed.KEYWORDS: Steel. Maraging 250. Characterizationtérmico de envelhecimento. Dentre os compostosintermetálicos formados estão: Ni3Mo, Ni3Ti,Fe2Mo.Primeiramente o aço é submetido a uma etapade solubilização ou austenitização por volta de820 C com resfriamento ao ar e posteriormentea uma etapa de envelhecimento por volta de480 C [1]. Durante tais tratamentos ocorremtransformações de fases que são determinantespara o comportamento mecânico destes aços.RMCT 75

VOL.37 Nº3 2020Tais transformações podem ser analisadas a partirdo diagrama de fases metaestável do sistemaFe-Ni (figura 1), onde podem ser observadas atransformação da austenita para a martensitadurante o resfriamento e a transformação reversa damartensita para a austenita no aquecimento.A martensita formada durante o resfriamentonos aços maraging possui estrutura cúbica de corpocentrado (CCC), diferentemente da martensitaformada no sistema Fe-C que possui estruturatetragonal de corpo centrado (TCC).Esta transformação de fase ocorre porcisalhamento da rede cristalina e não pordifusão (adifusional) [2]. Como consequênciadisso, a martensita gerada possui densidade dediscordâncias superior à austenita original, o queaumenta o número de sítios preferenciais para anucleação de precipitados intermetálicos durante oenvelhecimento [3].Com relação à reversão da martensitaem austenita, a mesma ocorre durante oaquecimento, onde a temperatura de início daformação da austenita no aquecimento (As) e atemperatura de fim da formação da austenita noaquecimento (Af) são bem superiores às Ms e Mf(temperaturas de início e fim da transformaçãomartensítica, respectivamente), caracterizandouma histerese no ciclo térmico [4].A austenita formada nesta transformaçãoé denominada de austenita revertida e seuaparecimento está ligado a exposição aaltas temperaturas e tempos prolongadosde tratamento térmico de envelhecimento,conhecido como superenvelhecimento. A taxa emque esta reação de reversão ocorre é fortementedependente da composição do aço maraginge está intimamente ligada a diminuição daspropriedades mecânicas destes aços [5].76 RMCTFig. 1 – Diagrama de transformação metaestável no sistemaFe-Ni. Fonte: SILVA; MEI, 2010.A cinética de formação da austenitarevertida é inf luenciada pelos teores de níquel,cobalto, molibdênio e titânio. Maiores teoresde níquel e molibdênio aceleram o processo dereversão, enquanto maiores teores de cobaltoe de titânio retardam esta formação [6] e [7].As propriedades mecânicas dos açosmaraging são determinadas a partir dostratamentos termomecânicos aos quais sãosubmetidos. A tabela 1 apresenta valorestípicos de propriedades mecânicas do açomaraging 250 quando solubilizados a 820 Cpor 1 hora e envelhecidos a 480 C por 3 horas[8].

VOL.37 Nº3 2020Tab. 1 – Propriedades mecânicas típicas do aço maraging250 quando solubilizado e envelhecido.PropriedadesSolubilizadoSolubilizadoe EnvelhecidoLimite de Escoamento (MPa)7991660Limite de Resistência (MPa)10101690Deformação total (%)1911Redução de Área (%)72Dureza (HRC)29e VAR e com composição das amostras, segundocertificado de qualidade fornecido pela referidaempresa, detalhada na tabela 2.Tab. 2 – Composição química do aço maraging 250 fornecidopela Villares Metals S.A.ElementoPercentual emPeso (%)50C0,04Ti0,4749Si0,05Al0,107Mn 0,01B0,018P 0,05Zr0,012Fonte: SILVA; MEI, 2010De acordo com Schmidt e Rohrbach [2], quantomaior for o limite de resistência menor será atenacidade a fratura do material, entretanto, estaspropriedades são superiores para os aços maragingda classe 18% Ni.Com relação à dureza, tanto os testes conduzidosna International Nickel Company [1], quantoas análises de Pardal et al [9] apontam para umexpressivo ganho de dureza do material quandoenvelhecido em comparação com somentesolubilizado.Entretanto, o estudo de Pardal et al [9] apontapara um decréscimo de dureza de aços maragingclasse 300 quando o tratamento térmico é conduzidoa temperaturas mais elevadas que 480 C e por umlongo período de tempo.2. Materiais e métodosA fim de se determinar o aumento da fraçãode austenita revertida em função da temperaturade envelhecimento, realizou-se este processo atemperaturas de 480 C, 510 C, 530 C, 550 C e570 C por um período de 3 horas com posteriorresfriamento a ar.O material analisado encontra-se de acordo comas normas AMS 6512-H [10] e MIL-S-46850-D [11]e foi fornecido pela empresa Villares Metals S.A. Foiproduzido em fornos a vácuo pelos processos VIMPercentual emPeso (%)ElementoS0,011Mg 0,005Co8,49Ca 0,0010Cr0,08N 0,0010Mo5,2O 0,0010Ni18,23FeRestCu0,02A análise do material se deu através da técnica deDifração de Raios X (DRX), que tem por finalidadedeterminar as fases presentes no material de acordocom a temperatura de envelhecimento a qualforam submetidos, onde se procurou identificar oaparecimento e a evolução da austenita revertidapresente nas amostras atrelado ao aumento detemperatura. Além da microdureza do material,através do ensaio de microdureza Vickers e doensaio de tração, foi investigada a mudança depropriedades mecânicas em função do tratamentotérmico submetido.3. Resultados e DiscussõesTab. 3 – Porção das fases martensíticas e austeníticaspresente nas amostras.Temperaturade Envelhecimento ( 91,0783,4376,561,38AustenitaRevertida (%)03,578,9316,5723,538,62RMCT 77

VOL.37 Nº3 2020As figuras 2 a 7 representam o resultadoda análise de DRX com os respectivos planoscristalográficos identificados.Fig. 7 – Difratograma do material envelhecido a 570 C.Fig. 2 – Difratograma do material como recebido.Fig. 3 – Difratograma do material envelhecidoFica evidente o aumento da fase austenítica como aumento da temperatura de tratamento, atravésda identificação dos planos (111), (200) e (220).Fazendo-se uso do diagrama de transformaçãometaestável do sistema Fe-Ni (figura 1), fica evidenteque os resultados obtidos se encontram fora dafaixa de reversão austenítica, como observado nafigura 8. Esse fato pode ser explicado através doefeito dos demais elementos de liga e do processode tratamento térmico empregado, o qual não seutilizou forno com atmosfera controlada.a 480 C.Fig. 4 – Difratograma do material envelhecido a 510 C.Fig. 5– Difratograma do material envelhecido a 530 C.Fig. 6 – Difratograma do material envelhecido a 530 C.78 RMCTFig. 8 – Fração de austenita revertida e sua relação com odiagrama de transformação metaestável no sistema Fe-Ni.Fonte: Adaptado de SILVA; MEI, 2010.

VOL.37 Nº3 2020Com relação ao ensaio de dureza, foi utilizadaa técnica de microdureza Vickers segundo anorma ASTM E384 [12], onde foram efetuadascinco indentações (impressões) em pontosaleatórios em cada amostra com carga aplicadade 0,2 kgf (1,961 N) e duração de 15 s. O ensaiofoi realizado com o durômetro Shimadzu modeloHMV-G2 no Laboratório de Ensaios Mecânicosdo Instituto Militar de Engenharia (IME).A tabela 4 apresenta os valores de durezaobtidos na escala HV.Tab. 4 –Medidas de dureza.Temperaturade envelhecimento ( C)Dureza ,43,29Comorecebido299297295300297297,61,95Os ensaios de tração foram realizados com amáquina universal de ensaio EMIC, modelo EMICDL10000 com célula Trd 28, no Laboratóriode Ensaios Mecânicos do Instituto Militar deEngenharia (IME).Os corpos de prova possuem as dimensões emconcordância com a norma ASTM E8/E8M [13].Foram testados corpos de prova envelhecidosa 480 C por 3 horas e como recebidos (somentesolubilizados). Tal escolha se baseou na intenção deestimar o ganho de resistência mecânica no melhorcenário de tratamento de acordo com o resultadoapresentado nos ensaios de dureza e compará-locom o resultado do material somente solubilizado.Foram confeccionados nove corpos de provade tração e divididos em dois grupos. O grupoA com 4 amostras recebeu somente o tratamentode solubilização e o grupo B com 5 amostras foisolubilizado e envelhecido a 480 C por 3 horas.A tabela 5 mostra os valores encontrados paraos corpos de prova do grupo A. Entretanto, umcorpo de prova teve que ser descartado duranteo ensaio.Tab. 5 – Resultado do Ensaio de Tração para o Grupo A.Corpode Prova 1Corpode Prova2Corpode Prova 3197795124Limite deEscoamento (MPa)873900657810133A tabela 6 mostra os valores encontrados paraos corpos de prova do grupo B.Entretanto, para este grupo, um corpo deprova também teve que ser descartado duranteo ensaio.Tab. 6 – Resultado do Ensaio de Tração para o Grupo 704160917381744169962Limite deEscoamento (MPa)511960169497110344894. ConclusãoApós a análise dos resultados, pode-se dizerque a fração de austenita revertida começa aocorrer a temperaturas em torno de 500 C quandoRMCT 79