Formação de fase sigma em aço inoxidável dúplex SAF
2205 - efeito de rápido aquecimento entre 700 e 900ºC.
Autor: MAURÍCIO MAGALHÃES
e-mail: [email protected]
Orientador: Prof. Dr. Rodrigo Magnabosco
www.fei.edu.br
e-mail: [email protected]
Departamento de Engenharia Mecânica
Objetivos
Resultados e Discussão
Definir os mecanismos que governam a formação de fase
sigma no aço inoxidável dúplex SAF 2205 em temperaturas
variando de 700ºC a 900ºC, por tempos de 1 a 10 minutos,
descrevendo as reações de formação, o crescimento de fase
sigma e o desenvolvimento das microestruturas associadas a
esta fase. O trabalho de caracterização microestrutural se
mostra de grande importância uma vez que a formação de
fase sigma neste aço é prejudicial tanto às propriedades
mecânicas como à resistência a corrosão.
Caracterização microestrutural:
Micrografia 1: Amostra solubilizada
a 1120ºC. Ferrita (escura), austenita
(cinza). Ataque: Behara modificado.
Micrografia 2: Envelhecimento por
1 minuto a 850ºC. Ataque: KOH,
seletivo a fase sigma (0,18%).
Micrografia 3: Envelhecimento por
10 minutos a 850ºC. Ataque: KOH,
seletivo a fase sigma (9%).
Micrografia 4: Envelhecimento por 5
minutos a 850ºC. Ferrita (escura),
austenita (cinza) e sigma (branca)
(3,3%). Ataque: Behara modificado.
Micrografia 5: Envelhecimento por
8 minutos a 850ºC. Ferrita (escura),
austenita (cinza) e sigma (branca)
(4,7%). Ataque: Behara modificado.
Micrografia 6: Envelhecimento por
10 minutos a 850ºC. Ferrita (escura),
austenita (cinza) e sigma (branca)
(9%). Ataque: Behara modificado.
Materiais e métodos
Material em estudo: Aço inoxidável SAF 2205 (UNS S31803).
Composição química média:
Tratamento térmico e preparação das amostras:
Cinco séries de amostras foram produzidas através de
envelhecimento isotérmico a 700ºC, 750ºC, 800ºC, 850ºC e
900ºC, por tempos de 1 a 10 minutos, através de imersão em
banho de alumínio fundido, acondicionado em cadinho
refratário, no forno Carbolite BFL 18/8 (Figura 1). Os corposde-prova metalográficos sofreram lixamento de 220, 320 e 500
mesh e polimento utilizando pasta de diamante de diâmetros
6 m, 3 m, e finalmente 1 m. Para ambas as etapas foi
utilizada a politriz automática Struers Abramin (Figura 2).
(a)
(b)
Micrografia 7: Comparação das seções transversais da amostra solubilizada (a) e envelhecida a 850°C por 10 minutos
(b), mostrando maior formação de sigma em regiões onde a microestrutura de ferrita é mais grosseira. Ataque
eletrolítico: em (a), ácido oxálico 10%; em (b), solução 10% KOH.
Caracterização quantitativa da microestrutura:
Figura 1
Figura 2
Figura 3
Caracterização quantitativa da microestrutura:
50
340
45
Microdureza (HV 0,5)
14
12
10
8
6
4
2
0
ferrita (%)
sigma (%)
Para caracterização da microestrutura foi realizado ataque de
Behara modificado nas amostras polidas. A fração
volumétrica de fase sigma foi determinada por estereologia
quantitativa após ataque eletrolítico em solução de KOH (10%)
realizado no equipamento Struers Lectropol (Figura 3), a 2
Vcc durante um minuto. Na sequência foram submetidas a
análise de imagens através do software Qmetals, parte
integrante do sistema de análise de imagens LEICA Q500/W,
conectado ao microscópio LEICA DMLM (Figura 4). Foram
analisados
144
campos
por
amostra,
colhidos
seqüencialmente ao longo da seção transversal. A fração
volumétrica de ferrita foi obtida com o auxílio de um
ferritoscópio Fischer (figura 5). Para verificar a dureza após o
envelhecimento foi utilizado o microdurômetro Shimadzu
(Figura 6).
%amostra solub.
40
35
30
25
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
1
2
3
Tempo (min)
Gráfico 1: Fração volumétrica de
sigma em função do tempo de
envelhecimento a 850ºC.
300
280
260
amostra solub.
240
20
0
320
4
5
6
7
8
9
10
Tempo (min)
Gráfico 2: Fração volumétrica de
ferrita em função do tempo de
envelhecimento a 850ºC.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tempo (min)
Gráfico 3: Microdureza em função
do tempo de envelhecimento a 850ºC.
Conclusões preliminares
No envelhecimento a 850ºC pode-se constatar que a cinética
de precipitação da fase sigma é muito rápida e que em apenas
um minuto há presença de fase sigma, atingindo máximo de
9% de fase sigma em 10 minutos de envelhecimento.
Nas amostras de 800ºC a precipitação de sigma não é tão
rápida quanto nas de 850ºC e a mesma forma-se a partir de 3
minutos em pequena fração (0,016%), atingindo no máximo 2%
em 10 minutos de envelhecimento.
O aumento da dureza segue o aumento da fração de sigma.
 Constatou-se que o principal mecanismo de formação de fase
sigma no intervalo de temperaturas e tempos estudado é a
precipitação a partir da ferrita.
Próximas etapas
Finalizar a caracterização microestrutural do envelhecimento a
800ºC.
Realizar a caracterização microestrutural e quantitativa das
amostras tratadas a 700°C, 750°C e 900°C.
Elaboração do relatório final de atividades.
Figura 4
Figura 5
Figura 6
Agradecimentos:




Ao Centro Universitário da FEI pelo patrocínio do projeto e concessão de bolsa de iniciação científica ao aluno Maurício Magalhães.
Ao Prof. Dr. Rodrigo Magnabosco pela orientação e estímulo no decorrer do projeto.
Aos técnicos do Laboratório de Materiais pela colaboração.
Aos meus pais, irmãos e minha namorada pelo incentivo que me vem sendo dado.