CARACTERIZAÇÃO DA MICROESTRUTURA DO AÇO COMPLEX PHASE VIA TÉCNICAS DE MICROSCOPIA ÓPTICA

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1 CARACTERIZAÇÃO DA MICROESTRUTURA DO AÇO COMPLEX PHASE VIA TÉCNICAS DE MICROSCOPIA ÓPTICA E.X. Dias 1 ; M.S. Pereira 1 Av. Dr. Ariberto Pereira da Cunha, 333, Guaratinguetá, SP, Brazil ericaximenes@yahoo.com.br 1 UNESP, Faculdade de Engenharia - Campus de Guaratinguetá, Guaratinguetá, SP, Brazil RESUMO O desenvolvimento dos aços avançados de alta resistência tornou-se muito importante na produção de automóveis com redução de peso, redução da emissão de gases poluentes, maior segurança e viabilidade econômica. Dentre os aços avançados de alta resistência destacam-se os aços Complex Phase (CP) que são caracterizados por apresentarem alto limite de escoamento (superiores a 550 MPa); alta resistência à tração e elevado alongamento (entre 10 a 20%). Eles são considerados aços multifásicos por apresentarem uma microestrutura complexa formada por ferrita, bainita, martensita e austenita retida. Este trabalho teve como objetivo utilizar diferentes técnicas de microscopia óptica como iluminação em campo claro; iluminação em campo escuro; método de luz polarizada e contraste por interferência diferencial (DIC), utilizando o reagente químico Nital 3% para caracterizar a microestrutura do aço Complex Phase, a partir de uma análise qualitativa, para a identificação das fases presentes neste aço e de uma análise quantitativa, para a quantificação destas respectivas fases. Os resultados, de maneira qualitativa, foram eficazes quanto à identificação das fases presentes no aço CP para as quatro condições de microscopia óptica tais como iluminação em campo claro; iluminação em campo escuro; método de luz polarizada e contraste por interferência diferencial (DIC); de maneira quantitativa, mostraram-se eficientes e coerentes na determinação da fração de área da fase ferrita austenita retida, cuja média variou entre 64,7 a 67,3%; e da fração de área da fase bainita martensita, cuja média variou entre 37,1 a 39,0%, para as quatro condições de microscopia óptica. 4635

2 Palavras-chave: aço Complex Phase, caracterização microestrutural, microscopia óptica. INTRODUÇÃO O setor automotivo é o maior cliente da indústria siderúrgica. Cerca de 10% do aço produzido no mundo é canalizado ao setor automobilístico. O aço representa de 55 a 60 % do peso do veículo e cerca de 4 a 6% do preço final do carro, ou seja, ele constitui a maior parte dos automóveis, e é pouco provável que um dia ele seja completamente excluído deste mercado. Isso estimulou as siderúrgicas a acionar mecanismos capazes de antecipar tendências em termos de novos materiais, buscando agregar maior conteúdo tecnológico ao aço consumido pelo setor automotivo (1). Hoje em dia, o foco das indústrias automotivas aliadas às indústrias siderúrgicas é conseguir uma redução do peso total da estrutura, suas peças e componentes produzidos em aços de seus veículos; visando assim, uma maior segurança e um melhor conforto; uma diminuição do consumo de combustível e da emissão de gases poluentes (2). A partir de estudos feitos, as montadoras passaram a substituir os aços convencionais, tais como, aços de alta resistência e baixa liga e de baixo carbono, pelos aços avançados de alta resistência, tais como, aços Dual Phase (DP); aços TRIP (Plasticidade Induzida por Transformação) e aços Complex Phase (CP) (2). O que diferenciou os aços convencionais de alta resistência dos aços avançados de alta resistência foi a sua microestrutura. Aços convencionais apresentam microestruturas ferríticas; Aços avançados de alta resistência apresentam microestruturas multifásicas, ou seja, contendo ferrita, bainita, martensita e/ou austenita retida. Os aços Complex Phase apresentam uma morfologia bastante peculiar de fases duras (martensita e bainita) e de menor dureza intercaladas, combinadas com precipitados finos e dispersos entre as fases (3). A aplicação dos aços Complex Phase é favorecida pela sua alta capacidade de absorção de energia e resistência à fadiga, estas classes são particularmente adequadas para os componentes de segurança do automóvel (tais como pilares, vigas de impacto lateral e de pára-choque) exibindo boa resistência ao impacto, sendo apropriados também para componentes do sistema de suspensão (4). 4636

3 MATERIAIS E MÉTODOS O aço Complex Phase foi cedido pela indústria automobilística Renault. É um aço multiconstituído de baixo carbono e baixa liga. Ele apresenta alto limite de resistência, entre 800 e 950 MPa, limite de escoamento entre 600 a 720 MPa e alto alongamento entre 10 a 20%. Para caracterizar a microestrutura do aço de fases complexas (Complex Phase) foram utilizadas outras técnicas de microscopia óptica como iluminação em campo escuro, método de luz polarizada e contraste por interferência diferencial (DIC), além da técnica mais clássica que é a iluminação em campo claro. As técnicas de microscopia óptica foram executadas a partir de técnicas metalográficas para a preparação das amostras tais como, seccionamento; embutimento a frio; lixamento e polimento e com a utilização de ataque químico com o reagente químico Nital 3%. RESULTADOS E DISCUSSÃO A análise metalográfica para caracterizar a microestrutura do material mostrou ter eficiência tanto de maneira qualitativa como quantitativa, pois a partir das fotomicrografias obtidas por microscopia óptica, não houve nenhuma deformação e risco na superfície da amostra. 1) Técnica qualitativa: Nesta primeira etapa foram apresentados e discutidos os resultados obtidos neste trabalho, sob um aspecto qualitativo, referente à identificação das fases presentes no aço de fases complexas. - Reagente Químico: Nital 3% Na Figura 1(a), a amostra foi atacada com Nital 3%, utilizando-se o método de ataque por esfregamento, por um tempo de 15s, no sentido longitudinal paralelo à laminação e seca ao ar frio forçado a uma distância de aproximadamente 10cm da superfície da amostra, onde se evidenciou duas tonalidades das fases presentes, uma mais clara e uma mais escura. Para a iluminação em campo claro, a mais clara corresponde à fase ferrita e austenita retida, enquanto a mais escura corresponde à martensita e bainita. Foi possível delinear os contornos de grãos, os quais para o aço de fases complexas são mais refinados. Na Figura 1(b), a amostra foi atacada também utilizando-se o método de ataque por esfregamento com o reagente químico Nital 3% em iluminação em campo escuro, pode-se observar o inverso das 4637

4 tonalidades das fases presentes. A mais escura corresponde à fase ferrita e austenita retida enquanto a mais clara corresponde à fase martensita e bainita. Pode-se observar contornos de grãos bem definidos e homogêneos. Fig. 1 - (a) Ataque com Nital 3% por 15s em campo claro. Ampliação 500X. (b) Ataque com Nital 3% por 15s em campo escuro. Ampliação 500X. Na Figura 2(a), a amostra foi atacada por esfregamento com Nital 3% por 15s, usando o contraste por interferência diferencial (DIC), pode-se observar pequenas diferenças de topografia ou de altura na superfície da amostra. Foi possível definir os contornos de grãos, os quais são homogêneos e refinados. Destacou-se a fase ferrita e austenita retida nos pontos de topografia e a fase bainita e martensita nos pontos que não há topografia. Na Figura 2(b), a amostra foi atacada com o reagente químico Nital 3%, usando o método de luz polarizada, identificou-se tonalidades de cinza, em que o cinza mais claro representa à fase ferrita e austenita retida e o cinza mais escuro representa à fase bainita e martensita. Foi possível observar grãos mais refinados, característica do aço de fases complexas. 4638

5 Fig. 2 - (a) Fotomicrografia de DIC após ataque com Nital 3% por 15s. Ampliação1000X. (b) Fotomicrografia de luz polarizada após ataque com Nital 3% por 15s. Ampliação 500X. 2) Metalografia quantitativa: Nesta segunda etapa do trabalho serão apresentados e discutidos os resultados obtidos referentes à quantificação das fases presentes no aço Complex Phase. Utilizando-se ferramentas de processamento digital de imagens foi possível calcular as frações de área da fase ferrita austenita retida e da fase bainita martensita, a partir dos campos obtidos pelos ataques químicos com o reagente químico Nital 3%. Para o processamento digital de imagens utilizou-se o software Image J. O nível de segmentação ou também chamado de threshold significa o limiar em que toda a fase, ou seja, o local certo da quantificação é demarcada pelo usuário, de maneira que o software Image J possa contabilizar a área selecionada. - Nital 3% (Fase ferrita austenita retida): Com os valores das frações de área obtidos no Image J, como mostrado na Tabela 1, pode-se notar que a porcentagem da fase ferrita austenita retida variou entre 60,7% até 70,6%, e a partir destes valores, foi calculada a média e o desvio padrão, cujos valores são respectivamente, 64,7% e 3,1. Tab. 1 - Porcentagem de ferrita austenita retida para Nital 3%. 4639

6 - Nital 3% (Fase bainita martensita): Com os valores das frações de área obtidos no Image J, como mostrado na Tabela 2, pode-se notar que a porcentagem da fase bainita martensita variou entre 34,4% até 43,0%, e a partir destes valores, foi calculada a média e o desvio padrão, cujos valores são respectivamente, 39,0% e 3,1. Tab. 2 - Porcentagem de bainita martensita para Nital 3%. Com este gráfico pode-se notar uma linearidade bastante grande das médias com seus respectivos desvios padrões tanto para uma porcentagem de ferrita austenita retida como para uma porcentagem de bainita martensita, o que mostra que a variação do número de campos para cada condição de microscopia óptica não afeta na eficiência e coerência dos resultados. Pode-se observar que os desvios padrões variaram entre 2,0 e 3,

7 Fig. 3 - Gráfico das médias em função de seus respectivos desvios padrões para uma porcentagem de ferrita austenita retida e de bainita martensita. CONCLUSÕES Pode-se concluir que: Modos de secagem: - Utilizando ar frio forçado a uma distância de aproximadamente 10 cm da superfície da amostra foi eficaz para ataque químico com Nital 3%. Modos de ataques químicos: - O modo de esfregamento foi eficiente para ataque químico com Nital 3%. Técnica Qualitativa: - Nital 3%: os resultados foram eficazes quanto à identificação das fases presentes no aço Complex Phase. Metalografia Quantitativa: - Nital 3%: Com relação à fração de área da fase ferrita austenita retida se mostraram eficientes. - Nital 3%: Com relação à fração de área da fase bainita martensita foram coerentes e eficazes. REFERÊNCIAS 1. VEIGA, J. P. C.; COVINO, M. Da Carroça ao estado da arte. Metalurgia e Materiais, v. 56, n. 500, p , Jul MARTINS, M.S. Caracterização em Impacto e Fadiga do Aço Estrutural de Fases Complexas, utilizado na Indústria Automotiva. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica na Área de Projetos e Materiais) UNESP, Campus de Guaratinguetá, FUKUGAUCHI, C.S. Metodologia para caracterização metalográfica de um aço TRIP por microscopia óptica. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica na área de Materiais) UNESP, Campus de Guaratinguetá, BHATTACHARYA, D., FONSTEIN, N., GIRINA, O., GUPTA, I., YAKUBOVSKY, O., A Family of 590 MPa, Advanced High Strength Steels with Various Microstructures. 45th MWSP Conference Proceedings, Vol. XLI. MS&T,

8 CHARACTERIZATION OF COMPLEX PHASE STEEL MICROSTRUCTURE VIA OPTICAL MICROSCOPY TECHNIQUES ABSTRACT The development of advanced high-strength steels became very important in the production of automobiles with weight reduction, reduction of emission of polluting gases, greater security and economic viability. Among the advanced highstrength steels are steels Complex Phase (CP) that are characterized by high yield (over 550 MPa); high tensile strength and high elongation (between 10 to 20 percent). They are considered multiphase steels for presenting a complex microstructure consisting of ferrite, Bainite, martensite and retained austenite. This work aimed to use different optical microscopy techniques as bright field lighting; dark field lighting; polarized light method and differential interference contrast (DIC), using the chemical reagent Nital 3% to characterize the Complex Phase steel microstructure, from a qualitative analysis, in order to identify the phases present in this steel and a quantitative analysis for quantification of these respective phases. The results of qualitative way, were effective as the identification of phases present in steel CP to the four conditions such as optical microscopy in brightfield illumination; dark field lighting; polarized light method and differential interference contrast (DIC); quantitative way, proved to be efficient and consistent in determining the fraction of ferrite phase area retained austenite, whose average ranged from 64.7 to 67.3%; and the fraction of Bainite/martensite phase area, whose ages ranged from 37.1 to 39.0%, to the four conditions of optical microscopy. Keywords: Complex Phase Steel, Microstructural characterization, Optical microscopy. 4642