Trygghet og personlig utvikling i et dynamisk samfunn

A condição microestrutural da austenita antes da transformação é caracterizada por: (i) estrutura recristalizada ou encruada; (ii) tamanho de grão austenítico; (iii) quantidade de defeitos planares, tais como bandas de deformação e maclas; (iv) distribuição de precipitados e elementos químicos em solução sólida.

Quando a austenita está encruada, é comum utilizar-se o parâmetro Sv, dado pela área total disponível para nucleação da ferrita por unidade de volume, para descrever o estado microestrutural104. Nesse parâmetro estão incluídas as parcelas relativas aos contornos de grão da austenita e dos defeitos planares105. Se a austenita encontra-se recristalizada, tal parâmetro ainda pode ser usado, sendo calculado por relações simples a partir do tamanho de grão austenítico recristalizado6,84-85,92. Portanto, Sv pode ser usado como uma variável independente no estudo da transformação da austenita, abrangendo os efeitos citados nos itens (i), (ii) e (iii) no parágrafo anterior.

Uma forma alternativa, e ainda mais simples, de estudar o efeito dessas variáveis é considerar a quantidade de deformação na austenita, normalmente chamada deformação retida ou deformação residual. Esse nome deriva do processo de laminação, onde parte da deformação total aplicada na etapa de laminação de acabamento fica retida na estrutura, devido à não recristalização completa do material. Nesse caso, são considerados diretamente os efeitos do tamanho de grão austenítico e da deformação aplicada na região de não-recristalização, esta última sendo válida se não ocorrer amaciamento significativo entre o final da deformação e o início da transformação. Essa abordagem é válida, uma vez que a quantidade de defeitos planares na austenita encruada é proporcional à deformação residual105.

A influência da distribuição de precipitados e de elementos em solução sólida na transformação da austenita tem sido tratada na literatura indiretamente através das condições de encharque dos corpos-de-prova e do tratamento termomecânico6,13,55,56,80,106, uma vez que análises tanto teóricas quanto determinações experimentais esbarram em problemas de precisão e de dificuldades de execução.

Assim, para uma dada composição química e uma rota de processamento termomecânico, a condição prévia da austenita pode ser considerada, de forma direta e simples nos modelos de transformação, pela quantidade de deformação e pelo tamanho de grão austenítico. Estes dois parâmetros determinam, sobremaneira, a cinética de transformação da austenita e os produtos de transformação em aços microligados. Deve- se destacar que existe uma interação entre esses parâmetros, e ainda entre eles e a taxa de resfriamento.

É interessante ainda observar que estudos fundamentais sobre a influência da deformação da austenita na cinética de transformação têm sido realizados em aços CMn107, para bloquear o efeito do Nb. Entretanto, para o contexto proposto no presente estudo, toda a discussão apresentada refere-se ao efeito da condição prévia da austenita em aços microligados ao Nb. Nesses aços, o efeito da deformação da austenita tem sido objeto de numerosos estudos5,39,87-89,108-114. Por outro lado, o efeito do tamanho de grão inicial tem sido menos estudado38,40,111-113.

O aumento do tamanho de grão austenítico desloca a transformação para temperaturas mais baixas, resultado de uma menor taxa de nucleação devido ao menor valor de Sv.

Também a cinética de transformação, que pode ser avaliada pelo tempo necessário para a transformação se completar, torna-se mais lenta com o tamanho de grão austenítico nas transformações difusionais, uma vez que as distâncias de difusão são maiores. Portanto, o aumento do grão austenítico diminui tanto a taxa de nucleação quanto a velocidade de crescimento16. A ferrita, que normalmente nucleia no contorno de grão, sendo chamada ferrita alotriomórfica, passa a nuclear também no seu interior, sendo chamada de ferrita idiomórfica, se o grão austenítico for muito grande64,101-102.

O efeito da deformação retida na austenita é mais complexo que o do tamanho de grão. Tamura92 postulou que a deformação aumenta os locais de nucleação da ferrita por três razões: (i) aumento da área de contorno de grão da austenita pela deformação, sendo um efeito geométrico; (ii) criação de ledges no contorno aumentando seu potencial para nucleação; (iii) formação de defeitos planares intragranulares, tais como bandas de deformação. A nucleação intragranular tem sido observada por diversos pesquisadores41,92,107, porém Khlestov et al.110, através de observações experimentais e cálculos da taxa de nucleação, mostraram que ela não é significativa. Nesse caso, o

aumento da taxa de nucleação observado experimentalmente seria devido ao aumento do potencial de nucleação no contorno, ou seja, em razão da proposição (ii) de Tamura. A nucleação intragranular somente seria significativa no caso de grãos muito grandes.

O efeito observado do aumento da taxa de nucleação com a deformação da austenita resulta em temperaturas de início de transformação mais altas, comparando-se com material não deformado. Porém, o efeito da deformação na cinética de transformação não é claro. Manohar et al.108 verificaram um ligeiro aumento do tempo de transformação com a deformação, enquanto que Pandi et al.19 observaram o contrário. Uma possível explicação para essa falta de consenso é que a energia armazenada na deformação, que aceleraria a transformação, possa ser dissipada antes e durante a transformação.

A Figura 3.17, obtida do trabalho de Nakata e Militzer112, mostra os efeitos do tamanho de grão austenítico prévio e da deformação aplicada, por compressão, em corpo-de- prova de um aço microligado ao Nb e Ti, na cinética de transformação da austenita. À medida que o tamanho de grão aumenta, a região de transformação se desloca para temperaturas mais baixas, uma vez que menor quantidade de sítios de nucleação da ferrita estão disponíveis. A deformação aplicada na austenita, ao contrário, aumenta as temperaturas de transformação, devido ao aumento da quantidade de sítios por unidade de volume disponível para a nucleação da nova fase.

A Figura 3.17 fornece uma idéia clara, mas muito sucinta, dos efeitos do tamanho de grão e da deformação aplicada. Na verdade, uma vez que a cinética de transformação é alterada, todas as características microestruturais do material transformado podem ser influenciadas, ou seja, as fases/constituintes formados, suas composições químicas e características dimensionais. Uma maneira mais interessante de visualizar tais efeitos é através da construção de diagramas CCT.

(a)

(b)

Figura 3.17 - Efeitos do tamanho de grão inicial dγ, (a), e da deformação aplicada , (b), na cinética de transformação da austenita em resfriamento contínuo112. Na Figura 3.18, diagramas CCT obtidos por Cizek et al.38 mostram o efeito da aplicação de uma deformação de 0,47 por compressão a 875°C, antes de iniciar o resfriamento contínuo do corpo-de-prova de um aço microligado ao Nb e Ti. O estudo destes autores envolveu uma caracterização completa da microestrutura obtida após transformação, relacionando-a aos efeitos da deformação aplicada, da taxa de resfriamento e da composição química. O aspecto de destaque nessa figura é que a deformação da austenita ampliou o campo de formação de ferrita poligonal (PF), em detrimento da formação de constituintes de baixas temperaturas tais como ferrita granular (GF) e ferrita bainítica (BF). Nesse estudo, as temperaturas de início de transformação elevaram-se ligeiramente com a deformação aplicada.

Temperatura (°C) Fraçã o t ra n sf o rma da Temperatura (°C) Fraçã o t ra n sf o rma da

(a) (b)

Figura 3.18 - Diagramas CCT de um aço baixo carbono microligado ao Nb e Ti, obtidos a partir da austenita recristalizada, em (a), e deformada, em (b), mostrando a ampliação do campo da ferrita poligonal com a deformação38.

Os resultados da Figura 3.18 estão de acordo com um fato patente em vários estudos já realizados37,108,110, em que a deformação da austenita antes da transformação favorece a formação da ferrita poligonal. Isso está associado à elevação da temperatura de início de transformação devido ao aumento da densidade de sítios de nucleação. Assim, a difusão de C e, eventualmente de elementos substitucionais, fica favorecida, provocando aumento da quantidade de ferrita poligonal, que é formada por mecanismos difusionais.

Por outro lado, para a formação de produtos de baixa temperatura de transformação o efeito da deformação da austenita não está claro. Os resultados obtidos por Cizek et al.38 não indicaram efeito da deformação nas temperaturas de formação nem na amplitude dos campos dos constituintes aciculares, enquanto que Yamamoto et al.40 concluíram que a deformação da austenita acelera a formação da ferrita bainítica. Adicionalmente, eles concluíram que o tamanho de grão inicial não altera essa transformação, chamando atenção de que isso é uma evidência de que a transformação bainítica não é controlada por processos difusionais.

Bengochea et al111 analisaram os efeitos da deformação, do tamanho de grão inicial e da taxa de resfriamento sobre a fração volumétrica de ferrita e o tamanho de grão ferrítico de um aço microligado ao Nb (Aço S1) e de um aço microligado ao Nb e V (Aço S2). A deformação foi aplicada por torção numa seqüência de passes simulando a laminação de chapas grossas. A Figura 3.19 mostra o efeito do tamanho de grão austenítico na fração

Tempo de resfriamento a partir de 875°C (s) Tempo de resfriamento a partir de 875°C (s)

Tempe

ratura (°C)

Tempe

volumétrica de ferrita e no tamanho de grão ferrítico. O tamanho de grão ferrítico foi sempre menor no caso da amostra deformada, mesmo para valores equivalentes de Sv da austenita, nas condições deformada (deformação verdadeira = 1) e não deformada. Além disso, a fração volumétrica de ferrita foi sempre superior no caso da amostra deformada.

Tamanho de grão austenítico (μm)

Figura 3.19 - Tamanho de grão ferrítico médio (símbolos cheios) e fração volumétrica de ferrita (símbolos vazios) em função do tamanho de grão austenítico inicial, para a austenita deformada e não deformada111.

Porém, como mostra a Figura 3.20, à medida que a deformação da austenita aumenta, o efeito do tamanho de grão inicial diminui, tornando-se desprezível para deformações verdadeiras da ordem de 1,5. Isto significa que uma grande deformação implica em aumento significativo de locais para nucleação da ferrita, compensando a redução da quantidade de contornos da austenita disponíveis.

Fração v o lu métri ca de ferrita Não deformada Não deformada Deformada Deformada Tama nh o de grão ferrític o ( μ m)

Figura 3.20 - Influência da deformação acumulada, εac, no tamanho de grão ferrítico

para diferentes tamanhos de grão austenítico inicial111.