ESTUDO DOS AÇOS 300M E MARAGING VISANDO A APLICAÇÃO NA INDUSTRIA AEROESPACIAL

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1 XIV CONGRESSO NACIONAL DE ESTUDANTES DE ENGENHARIA MECÂNICA Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Engenharia Mecânica ESTUDO DOS AÇOS 300M E MARAGING VISANDO A APLICAÇÃO NA INDUSTRIA AEROESPACIAL Fabiano Almeida de Souza UNESP Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, Avenida Brasil, 56 Centro CEP Ilha Solteira - SP Fasouza@aluno.feis.unesp.br Valderci José Giacomelli IAE Instituto de Aeronáutica e Espaço Divisão de Mecânica, Praça Marechal Eduardo Gomes, 50 Vila das Acácias CEP São José dos Campos - SP valderci@iae.cta.br Miguel Ângelo Menezes UNESP Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, Avenida Brasil, 56 Centro CEP Ilha Solteira - SP miguel@dem.feis.unesp.br, miguelm@ita.br Resumo: A Missão Espacial Completa Brasileira (MECB) é um programa integrado, visando o projeto, o desenvolvimento, a construção e a operação de satélites de fabricação nacional, a serem colocados em órbitas baixas por um foguete projetado e construído no país e lançado de uma base situada em território brasileiro. Este trabalho de iniciação envolve um estudo de alguns aspectos relacionados ao conhecimento do comportamento mecânico dos aços 300M e maraging visando suas aplicações na industria aeroespacial, particularmente na fabricação de envelopes motores do Veículo Lançador de Satélites, VLS-1, atualmente sendo desenvolvido pelo CTA/IAE. Palavras-chave: Aços Maraging, Aços 300M, Comportamento Mecânico, Envelopes Motores, Propriedades Mecânicas. 1. INTRODUÇÃO O Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), órgão pertencente ao Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial, tem como missão realizar pesquisa e desenvolvimento no campo aeroespacial. Para atender a este fim, o IAE desenvolveu uma série de veículos de sondagem e o Veículo Lançador de Satélites, VLS-1, sendo este o projeto mais importante em andamento. O VLS-1, ver Figura 1., é um lançador de satélites lançado a partir de plataforma terrestre. Na decolagem, o comprimento do veículo é de 19 m, a massa é de 50 toneladas e o empuxo de 1000 kn. A propulsão principal é fornecida por propulsores a propelente sólido, em todos os estágios, com massa total de 41 toneladas de combustível. O VLS-1 foi projetado para a inserção de satélites, com massa de 100 a 350 kg, em órbitas circulares de 250 a 1000 km, em larga faixa de inclinações, desde as equatoriais às polares, VLS-1 Descrição Técnica, (2005). Por sua natureza a área espacial envolve alto desempenho e confiabilidade de seus componentes. Portanto, o produto ou resultado dos processos e seu controle devem ser conhecidos o mais profundamente possível, bem como o ambiente o qual o mesmo será submetido. Este conhecimento é importante para estabelecer tolerâncias, julgar adequação ao uso e manter controle do processo.

2 Motor S40 (usado no 3º estágio) Motores S43 (usados no 1º e 2º estágios) Figura 1: VLS-1 e envelopes motores S40 e S43; VLS-1 Descrição técnica, (2005). Enquanto que existem processos controlados durante o seu andamento, isto é, medidas de características indicativas da qualidade do produto, que são tomadas durante seu processamento, possibilitando que um controle efetivo seja executado (usinagem, por exemplo); nos processos chamados especiais, caso, por exemplo, do tratamento térmico, os resultados são verificáveis somente ao seu final, não havendo possibilidade de avaliação do resultado parcial do produto e de intervenção no processamento do mesmo. Em decorrência desta peculiaridade, a interpretação efetiva do resultado de um processo especial assume um caráter especialmente importante, Sakai et al (2007). Um exemplo de componente espacial que sofre a ação de um importante processo especial é o envelope motor. O envelope motor de um veículo espacial a propelente sólido tem como função principal conter o grão propelente e é normalmente construído em aço (1º, 2º e 3º estágios) ou compósito (4º estágio). Envelopes motores em aço mais comumente usados são submetidos a tratamento térmico de têmpera e revenimento. Entretanto, o tratamento térmico, em especial a têmpera, induz deformações no produto e o conhecimento do grau dessas deformações em estruturas de geometria um pouco mais complexa não é de obtenção evidente. Os envelopes motores, por suas dimensões e geometrias, estão sujeitas a essas deformações e têm reflexos nas funções principais do produto e restritivas como características propulsivas, na integração com outros envelopes motores e subsistemas, dinâmica de vôo, estrutural e segurança. Atualmente o emprego do aço 300M já é uma realidade para fabricação de envelopes motores, depois de um vasto estudo do CTA em conjunto com algumas empresas nacionais. Com vista à produção industrial foi estabelecido um programa conjunto envolvendo CTA/ELETROMETAL, hoje VILLARES METALS/USIMINAS/ACESITA. Além do ciclo de produção, havia a necessidade de se conhecer o ciclo de seu tratamento térmico, tratamento esse necessário para definir a resistência mecânica adequada aos envelopes motores a serem produzidos. Devido à limitação da capacidade de fornos brasileiros que permitissem a realização de tratamento térmico em atmosfera controlada de envelopes motores, o CTA em um projeto conjunto para esse fim, envolvendo CTA/WOTAN/AICHELIN desenvolveram estudos para viabilização de tratamentos térmicos em envelopes motores menores. Em função dessa investigação, foi comprovada a viabilidade de se realizar tratamentos térmicos, em forno tipo poço, de envelopes motores construídas de aço 300M. Como um resultado dessa parceria, baseado em projeto original da empresa alemã AICHELIN, um forno foi desenvolvido e implantado pela empresa ELETROMETAL, hoje Villares Metals, para tratar envelopes motores de 1,5 m de diâmetro e comprimento de 7,0 m, para atender às necessidades dos envelopes motores do VLS-1. 2

3 O aço 300M é um aço de ultra-alta resistência, que resultou de um melhoramento do aço AISI 4340, com o propósito de se evitar empenamentos, apresentando como característica uma tenacidade superior, pois permite o emprego de baixas temperaturas de revenido, como boa soldabilidade. O aço 300M, tratado termicamente, pode apresentar limite de escoamento de 1750Mpa e sua aplicação para fabricação de envelopes motores, em substituição ao aço AISI 4340, deveu-se aos excelentes resultados obtidos na determinação dos parâmetros de tratamentos térmicos e de soldagem realizados. Por outro lado, o aço MARAGING, é um aço de alta resistência martensítico, mais estável com relação a tratamentos térmicos (endurecimento por precipitação), que como característica tem baixíssimo teor de carbono, o que lhe confere excelente soldabilidade, podendo apresentar limite de escoamento aproximadamente igual a 2100Mpa. Fato, que pode determinar sua aplicação na área espacial (pode atingir elevadas propriedades de resistência com notável tenacidade e dutilidade, muito superior a dos aços de alta resistência ferríticos); muito embora no Brasil ainda não haja muitos fabricantes, tampouco seja muito explorado. O presente trabalho, ainda em processo de iniciação, envolve um estudo de alguns aspectos relacionados ao conhecimento do comportamento mecânico e propriedades, dos aços 300M e, sobretudo do aço MARAGING, visando suas aplicações na industria aeroespacial; particularmente na fabricação de envelopes motores do Veículo Lançador de Satélites, VLS-1, atualmente sendo desenvolvido pelo CTA/IAE, Guimarães Santos, (2001). 2. AÇO 300M 2.1 Propriedades Mecânicas dos Aços 300M A classe de aços de alta resistência foi desenvolvida para aplicação aeroespacial, mas estendeuse a outros setores da indústria. Devem ter limite de escoamento superior a MPa, boa tenacidade, elevada resistência à fadiga, boa soldabilidade e resistência específica. Um aço AISI 4340 de ultra-alta resistência, temperado em óleo e revenido a 727 C possui resistência à tração em torno de MPa e limite de escoamento de MPa. Pode-se aumentar a resistência através de: uma elevação no teor de carbono, aumentando-se com isto a quantidade de perlita; pela adição de elementos endurecedores da ferrita, provocando precipitação de carbonetos e nitretos; do refino de grão, através de tratamentos térmicos durante a fabricação; por deformação a frio (encruamento); ou revenimento a temperaturas baixas e endurecimento secundário. Aços de baixa e media liga, ultra-resistentes podem atingir valores da ordem de MPa quando devidamente temperados e revenidos, como é o caso do aço AISI 4340 temperado e revenido a ( ) C, usados em componentes de trem de pouso de aviões. O inconveniente é a baixa tenacidade, que pode ser parcialmente sanada com adição de elementos de liga. Um exemplo é o aço AISI 4340 modificado, com adição de Mo, V e Si, que atingem resistência da ordem de MPa, aplicados em temperaturas próximas à ambiente. Este problema também pode ocorrer no aço AISI 300M. Este aço difere do AISI 4340 pelo alto teor de silício, teores de carbono e molibdênio ligeiramente maiores, além da adição de vanádio. O silício proporciona maior temperabilidade, aumento de endurecimento por solução sólida e melhor resistência mecânica a altas temperaturas. Esse aço tratado termicamente apresenta limite de escoamento de MPa e limite de resistência a tração de Mpa, sendo normalmente empregado como: fixadores de alta resistência, carcaças de motores e motores de mísseis, como o VLS Veiculo Lançador de Satélite (o AISI 4340 foi substituído pelo aço 300M em função de sua superioridade com relação aos parâmetros de tratamento térmico e de soldagem usados para este aço), trens de pouso, tubos de canhão, parafusos, pinos e componentes estruturais de aviões, eixos, engrenagens componentes de bombas, vasos de pressão, eixos de equipamento de conformação, etc. 2.2 Histórico do Tratamento Térmico do Aço 300M 3

4 Como enfatizado anteriormente, de maneira a concluir o ciclo de produção do aço 300M havia necessidade de se conhecer o ciclo do seu tratamento térmico, tratamento esse necessário para dar resistência mecânica adequada aos envelopes motores a serem produzidos. Como não havia no país fornos com capacidade de realização de tratamento térmico de têmpera em atmosfera controlada, o CTA decidiu consultar empresas na França, Inglaterra e Estados Unidos. Foi escolhida a empresa LINDBERG Corp. dos Estados Unidos, que realizou os tratamentos térmicos dos envelopes motores destinados ao foguete Sonda IV e dos envelopes motores destinados ao VLS em três campanhas distintas, apresentadas a seguir: 1ª Campanha: realizada em 1982, nas instalações da empresa em Los Angeles, para o tratamento térmico de quatro envelopes motores em aço 300M 2ª Campanha: realizada em 1985, em Chicago, com o tratamento térmico de nove envelopes motores em aço 300M; e 3ª Campanha: realizada parcialmente em 1990, em Los Angeles; nessa campanha foi tratado somente o primeiro lote de sete estruturas, devido a problemas internacionais. Temeroso pela pressão internacional o CTA, já vinha estudando, desde 1982, o ciclo de tratamento térmico para peças menores com a empresa WOTAN, com fornos projetados pela empresa alemã AICHELIN. Com os trabalhos desenvolvidos com essa empresa nos tratamentos térmicos realizados com dois envelopes motores menores, foi comprovada a viabilidade de se realizar os tratamento térmicos, em forno tipo poço, dos envelopes motores construídos em aço 300M. Por essa razão, foram iniciados em 1982, os estudos para a realização do projeto e implantação de um forno similar, porém com capacidade para tratar envelopes motores de 1,5 m de diâmetro e comprimento de 7,0 m, para atender às necessidades dos envelopes motores do VLS. É evidente que a implantação desse forno tornou-se imprescindível após o embargo decretado pelos Estados Unidos. Esse forno foi finalmente implantado na empresa VILLARES METALS, com projeto original da empresa alemã AICHELIN, e nele vem sendo realizado o tratamento térmico dos envelopes motores do VLS. 2.3 Tratamento Térmico do Aço 300M Um aço 300M de composição química determinada pelo Laboratório de Análises Químicas da Divisão de Materiais do Instituto de Aeronáutica e Espaço do Centro Técnico Aeroespacial, foi tratado termicamente. Os resultados da análise química em massa deste aço são: (C 0,39; S 0,0005; P 0,009; Si 1,78; Mn 0,76; Cr 0,76; Ni 1,69; Mo 0,40; Al 0,003; V 0,08; Cu 0,14). - Condição A: aquecimento a 900 C, mantido por 20 minutos, transferido para um forno mantido a 370 C, mantido por 1 minuto, e resfriado em água; - Condição B: aquecimento a 900 C, por 20 minutos, transferido para um forno mantido a 370 C, mantido por 15 minutos, e resfriado em água; - Condição C: aquecimento a 900 C, mantido por 20 minutos, transferido para um outro forno a 760 C, mantido por 10 minutos, e resfriado em óleo; - Condição D: aquecimento a 900 C, mantido por 20 minutos, transferido para um outro forno a 320 C, mantido por 1 minuto, e resfriado em água; - Condição E: aquecimento a 900 C, mantido por 20 minutos, transferido para um outro forno a 320 C, mantido por 15 minutos, e resfriado em água; Nos fornos mantidos a 370 C e 320 C foram utilizados banhos de sal fundido. Estes tratamentos térmicos aplicados podem ser visualizados no esquema da Figura 2. 4

5 Figura 2: Gráfico esquemático dos tratamentos isotérmicos e intercríticos aplicados; Anazawa R.M.; Abdalla A.J.; Hashimoto T.M.; M.S. Pereira ; Observação: conversão da unidade de tempo usada para o SI, 1minuto= 60 segundos A Tabela 1 mostra os resultados obtidos nos ensaios de tração para o aço 300M. Observa-se que os tratamentos A, C e D aplicados para a formação de microestruturas multifásicas provocaram um aumento no limite de escoamento e de resistência. Ocorreu uma pequena redução no limite de resistência e de escoamento do aço estudado na condição E, mais acentuadamente na condição B, se comparado com o aço 300M com microestrutura recozida. Nos tratamentos térmicos B e E, onde o tempo de permanência na temperatura na região de formação bainítica foi maior (15 minutos), ocorreu uma redução nos limites de escoamento e de resistência. No caso B, onde a temperatura é mais elevada (370ºC) esta redução é mais acentuada devido à formação da bainita superior, de menor resistência. Na condição E, temperatura menor (320ºC), ocorre simultaneamente pequeno ganho na resistência mecânica devido à formação da bainita inferior, de maior resistência e aparece também um aumento na ductilidade, favorecida pela formação de maior percentual de austenita retida devido à redução na temperatura de transformação isotérmica. Tratamentos Térmicos Aplicados Tabela 1: Resistência Mecânica do Aço 300M. Limite Alongamenmento de (%) Resistência (MPa) Limite de Escoamento (MPa) Estricção (%) Recozido ,7 35,3 A ,8 17,2 B ,3 18,7 C ,8 24,4 D ,9 4,1 E ,7 29,6 Os aços com microestruturas multifásicas, formados através dos tratamentos A e D, atingiram valores elevados de limite de escoamento e de resistência (principalmente a condição D que atingiu os maiores valores), porém, apresentaram uma redução drástica na ductilidade medida pelo alongamento e estricção. Este fato mostra que o tempo de permanência de apenas 1 minuto nas temperaturas isotérmicas de 370 e 320ºC não foi suficiente para formar uma fração volumétrica significativa de bainita ou de estabilizar uma parcela de austenita suficiente para melhorar a ductilidade. O tratamento C produziu na microestrutura do aço 300M alterações bastante interessantes, a formação da fase ferrítica através do tratamento intercrítico a 760ºC contribuiu para melhorar a ductilidade do material. A martensita e a bainita foram formadas no resfriamento contínuo e permitiram ao aço alcançar níveis de resistência bastante elevados, um pouco abaixo 5

6 apresentados nos aços tratados nas condições A e D, porém, com uma boa ductilidade medida pelo alongamento e estricção. Destes tratamentos podemos concluir, de forma compacta, que: Os tratamentos térmicos aplicados contribuíram para melhorar as propriedades mecânicas do aço 300M. Deve-se evitar, no entanto, uma microestrutura predominantemente martensítica, como as formadas nos tratamentos térmicos A e D, pois, apesar de alto nível de resistência provocaram drástica redução da ductilidade; Os tratamentos térmicos B e E, com formação de microestrutura predominante banítica, não contribuíram para melhorar a resistência mecânica, se comparados com a microestrutura recozida; O tratamento térmico C mostrou-se bastante interessante devido a dois aspectos: a) ao introduzir a fase ferrítica, formada na temperatura intercrítica, manteve um bom nível de ductilidade e, b) a formação da martensita e bainita, no resfriamento contínuo em óleo, propiciou que o aço 300M alcançasse elevados níveis de resistência. 3. AÇO MARAGING 3.1 Propriedades Mecânicas dos Aços MARAGING s Esses aços são ligas de Fe-Ni e são chamados MARAGING (MARTENSITE+AGE HARDENING) porque são considerados martensíticos mesmo no estado recozido e conseguem um aumento muito grande da dureza quando envelhecidos. Estes aços são projetados para atingir limites de escoamento na faixa de 1000 a 2500 MPa. Existem vários tipos de aços maraging com 18% Ni, dentre os mais importantes podemos citar : 18 Ni(200), 18 Ni (250), 18 Ni (300), 18 Ni (350). Em contraste com a maioria dos aços, os maraging são endurecidos por uma reação que não envolve o carbono. Esses aços são endurecidos pela precipitação de compostos intermetálicos (durante um tratamento de envelhecimento) em uma matriz martensítica de baixo carbono. Do ponto de vista de aplicação, a característica mais importante dos aços maraging é atingir elevadíssimas propriedades de resistência associada com alta tenacidade e ductilidade, bastante superior a dos aços de ultra-alta resistência, como mostra a Figura 3. Figura 3: Tenacidade à fratura para vários tipos de aços, em função do limite de escoamento. Retirado de Silva,(1953) Observação: : conversão da unidade de tenacidade usada para o SI, 1 N mm = 10 N m Sob o ponto de vista de aplicação, outras duas características destes aços merecem destaque: a) A variação dimensional que acompanha o endurecimento, isto é, a precipitação, é mínima, o que facilita a fabricação de peças complexas (de alta resistência) endurecidas somente após a usinagem; b) Em vista do baixíssimo teor de carbono, tem excelente soldabilidade. 6

7 Particularmente, essas duas características favorecem a aplicação dessa família de aços em dois campos importantes: a) Na área aeroespacial, em razão da elevada resistência específica aliada à sua alta tenacidade e boa soldabilidade, podem ser empregadas em carcaças de mísseis, forjados aeronáuticos, molas especiais, engrenagens de aviões, trem de pouso, matrizes para forjamento e extrusão; b) Como ferramentas, em função da ausência de distorções no envelhecimento, além evidentemente, das excepcionais propriedades mecânicas; c) como também, tendo em vista tais características, poderia ser investigada a sua aplicação na construção de envelopes motores. Como nos aços maraging a porcentagem de carbono é muito baixa, a martensita formada é isenta de carbono, relativamente mole e dútil, podendo ser reaquecida sem sofrer queda de dureza. Da mesma forma, a martensita isenta de carbono, permite a obtenção de excelentes propriedades mecânicas após um tratamento térmico, sem grandes cuidado quanto a descarbonetação ou oxidação excessiva. Na condição de envelhecimento, o aço Maraging pode ser trabalhado a frio e/ou a quente, usinado e/ou soldado com facilidade por processos convencionais. Assim como o níquel, outros elementos de liga abaixam a temperatura de início da transformação martensítica M I, com exceção do cobalto. Uma das importantes funções do cobalto nestes aços é garantir que o M I se mantenha elevado e, portanto, se tenha a reação martensítica concluída à temperatura ambiente.o cobalto é útil também para reduzir a solubilidade do molibdênio na matriz, o que aumenta a fração volumétrica do precipitado rico em molibdênio. Com a presença de molibdênio e titânio, Ni 3 Mo, Ni 3 Ti e Fe 2 Mo são precipitados. A presença de cobalto reduz a solubilidade do molibdênio o que aumenta a quantidade de precipitados contendo este elemento. A maioria dos aços maraging tem M I na faixa de C e, portanto, são completamente martensíticos à temperatura ambiente. A martensita obtida é cúbica de corpo centrado, com baixíssimo teor de carbono (nestes aços o carbono é considerado um residual indesejável) e, com alta densidade de discordâncias; tem dureza de Rc, sendo relativamente fácil de usinar. No tratamento de envelhecimento, em função da histerese, não há formação de austenita mas sim a precipitação de fases intermetálicas, acelerada pela influência da alta densidade de discordâncias na difusividade dos elementos substitucionais. O envelhecimento é um processo de endurecimento conseguido através da precipitação de solução sólida. A condição necessária para que ocorra a precipitação num sistema de liga é que a solubilidade aumente com o aumento da temperatura. O propósito da solubilização é dissolver o mais possível a segunda fase ou mais fases presentes no material, de modo a se obter uma solução sólida homogênea e então reter tal condição até a temperatura ambiente. O endurecimento do material se dá por precipitação do soluto da solução sólida supersaturada. Quando este endurecimento se dá à temperatura ambiente, diz-se que houve envelhecimento natural; quando a precipitação é acelerada por novo aquecimento a temperatura conveniente, diz-se que houve envelhecimento artificial. No envelhecimento artificial pode-se combinar tempo e temperatura de modo a se conseguir o efeito desejado. Tempos muitos longos a uma dada temperatura muito elevada podem causar o super-envelhecimento e, neste caso, as propriedades conseguidas são inferiores as do envelhecimento, quer natural quer artificial, pois além do aumento de tamanho e perda de coerência dos precipitados, transformações de fase no sentido do equilíbrio podem ocorrer, formando-se austenita e ferrita. Carbono e enxofre são as impurezas mais importantes nestes aços e requer um rigoroso controle. Elementos com Sn, Sb, As, importantes para a fragilidade de revenido dos aços de ultraalta resistência não são tão perniciosos nos aços maraging. Para garantir propriedades satisfatórias, normalmente estes aços são submetidos à fusão e refusão sob vácuo (VIM + VAR), Sakai; Moreira Filho; Fazolli e Menezes, (2007). 7

8 3.2 Teoria Para o Mecanismo de Endurecimento Por Precipitação e a Histerese Térmica Teoria do Lattice Coerente, de acordo com esta teoria a primeira etapa durante a precipitação é a formação de um aglomerado de átomos de soluto em pontos da matriz, segundo uma flutuação estatística dentro da solução sólida, conforme mostrado na figura 4A. Na etapa seguinte, os átomos de soluto migram para os aglomerados existentes dando-lhes a característica de núcleos da fase que deve precipitar. Durante os primeiros estágios da precipitação, pode ocorrer a formação de uma estrutura cristalina intermediária (lattice de transição), que cresce conservando certa coerência com a estrutura da matriz. A figura 4B. mostra o esquema de tal processo. A coerência entre as duas estruturas implica em distorções no lattice da solução sólida. Figura 4 -Esquematização da precipitação Em muitos sistemas endurecidos por precipitação o sistema cristalino intermediário (lattice de transição), não chega a se formar antes que apareça o precipitado. Após essa fase podemos dizer que o material sofreu endurecimento por precipitação, como pode ser visualizado na figura 4C. A etapa posterior, será a perda da coerência entre a estrutura do lattice e da matriz. Quando isto ocorre a região de distorção é reduzida, o que implica num aumento das distâncias entres as partículas do precipitado, conseqüentemente redução da dureza e resistência mecânica; esta etapa é chamada de superenvelhecimento, que se completa pelo coalescimento das partículas. Em aços ao níquel a transformação do ferro gama em ferro alfa ocorre em temperaturas tanto mais baixas, quanto mais elevado for o teor do níquel, como mostrado na figura 5. Figura 5: Diagrama de transformação Fe-Ni; Silva, A. L., (1953). Observação: 1 k é igual a -272,15 C Quando se está resfriando um aço com 18% de Ni, a transformação austenita-martensita começa em torno dos 260 C e termina próximo dos 200 C. Entretanto, quando esse mesmo aço é aquecido, a reversão martensita-austenita inicia-se somente a 550 C e termina a 600 C. Desta maneira a transformação austenita-martensita ou martensita-austenita se manifesta num grande 8

9 intervalo de temperatura de aproximadamente 400 C. Esta histerese térmica, permite então neste tipo de aço, aplicar um envelhecimento artificial em temperaturas muito altas e acima daquelas da transformação austenita-martensita, sem o perigo de criar-se uma estrutura austenítica. Enquanto a transformação austenita-martensita ocorre, no resfriamento, a temperaturas da ordem de C para uma liga com 20% Ni, por exemplo, a temperatura para a reversão martensita-austenita desta liga é de cerca de 595 C. Esta temperatura é suficientemente alta para permitir um tratamento de envelhecimento da matriz martensítica, a temperaturas da ordem de 480 C, sem que ocorra reversão. Seria importante notar, também, que mesmo resfriamentos muito lentos, nestas ligas, resultam apenas em formação de martensita. 3.3 Composição Química dos Aços Maraging O primeiro aço maraging apareceu em 1960, como um resultado de estudos feito por Bieber, do Insternational Nickel Company. Em seguida a esse desenvolvimento, houve um entendimento cada vez maior do mecanismo de endurecimento destes aços. O endurecimento depende substancialmente da transformação completa de austenita em martensita, seguido por precipitação de compostos intermetálicos durante o envelhecimento, como já discutido. Quatro composições padrão são listadas na Tabela 2. Tabela 2: Composição típica dos aços maraging. Maraging C Mn Si Ni Mo Co Ti Al 200 0,03max 0,01max 0,01max 18,0 3,25 8,5 0,20 0, ,03max 0,01max 0,01max 18,0 4,90 8,0 0,40 0, ,03max 0,01max 0,01max 18,0 4,90 9,0 0,65 0, ,01max 0,01max 0,01max 17,5 3,75 12,5 1,80 0,15 Pouco cuidado deve ser exercido com relação a variações volumétricas, pois o trabalho de envelhecimento é baixo, o que determina um alongamento uniforme mínimo da martensita, em torno de1 a 3%. A composição básica é essencialmente 18% Ni; 8% Co; 5% Mo. De modo a assegurar uma alta dureza, tem-se que combater os elementos residuais de P, S, C e N, que devem ser o mínimo possível. O processo envolve o aquecimento do lingote à aproximadamente 1250 C. Os aços em seguida são austenitizados a 850 C, resfriados a temperatura ambiente e, então posteriormente envelhecidos por um tempo e temperatura adequados. O principal agente de envelhecimento é o NiMo ortorrômbico. Este é acompanhado pela formação de partículas esféricas de FeTi tetragonal. Ambas partículas têm dimensões aproximadas de 10nm. O efeito na resistência pelo cobalto aparentemente surge através de pequenos intervalos ordenados. Níquel é rejeitado das regiões de Fe-Co ordenadas, e este efeito do tamanho das partículas de Ni 3 Mo atua na mudança de solubilidade local do Mo. As regiões reduzidas em Ni servem como local de nucleação para precipitação do FeTi. A resistência pode ser prejudicada pela precipitação ou segregação no grão da austenita. Os principais causadores são Ti (C,N) e Ti 2 S. A rigidez e a resistência destes aços aumentam rapidamente com o envelhecimento e, as elevadas tensões alcançadas acreditam-se que sejam causadas pela formação de zonas de precipitações de Ni 3 Mo e Ni 3 Ti. Cada tipo de aço maraging tem um tempo e uma temperatura de envelhecimento ótima, que sendo ultrapassada, apenas irá reduzir a dureza do aço. Como exemplo, o aço 18Ni(250) atinge dureza máxima em torno de 3 horas a 482 C, podendo apresentar uma ótima combinação entre resistência e tenacidade, com alongamento total de 6%,. Smith, (1993), Leslie, (1982) e Honeycombe (1982). 4. COMENTÁRIOS E METODOLOGIA 9

10 A pesquisa envolvendo o presente trabalho está ainda em uma fase inicial de levantamento minucioso de informações acerca do estado da arte dos aços maraging. Entretanto, por todos os dados e fatos apresentados com relação aos aços maraging, e ao conhecimento já incorporado em relação aos aços de ultra-alta resistência, particularmente devido à extraordinária combinação entre resistência e tenacidade que oferecem, se acredita serão bem aceitos nos diversos setores industriais no Brasil, particularmente para uso na industria aeroespacial. A metodologia do trabalho que se desenvolve envolverá: Análise química, ensaios de dureza,ensaios de tração,ensaios metalográficos e definições de parâmetros de conformabilidade e soldabilidade. Para realização das experiências com o aço Maraging, se atenderá os interesses do CTA/IAE, que deverá disponibilizar uma variedade de amostras de ligas Maraging s, fornecidas pela Villares Metals, com condições e dimensões específicas, de interesse aeroespacial. 5. CONCLUSÕES O presente trabalho apresenta um estudo envolvendo alguns aspectos relacionados ao conhecimento do comportamento mecânico e propriedades, dos aços 300M e sobretudo aquelas referentes aos aços maraging s, visando suas aplicações na industria aeroespacial; particularmente na fabricação de envelopes motores do Veículo Lançador de Satélites, VLS-1, atualmente sendo desenvolvido pelo CTA/IAE. Não obstante o estagio parcial que se encontra a pesquisa associada ao presente trabalho, pode-se inferir que devido à extraordinária combinação entre a resistência e a tenacidade que oferecem os aços maraging s, com alongamento total em torno de 6% sejam bem aceitos para uso na industria aeroespacial. 6. AGRADECIMENTOS Os autores gostariam de agradecer ao IAE/CTA, e a UNESP pelo suporte ao trabalho desenvolvido até aqui. 7. REFERÊNCIAS Anazawa R.M.; Abdalla A.J.; Hashimoto T.M.; M.S. Pereira ; Efeito dos Tratamentos Intercrítico e Isotérmico sobre as Propriedades Mecânicas e a Microestrutura no Aço 300M ; Guimarães Santos, Paulo R., 2001 Estudo do Processo de Transferência de Tecnologia do Programa Espacial Brasileiro para a Indústria Nacional: O Caso do Segmento Veículo Lançador de Satélites, Monografia da UNITAU, Taubaté SP Leslie, William C., 1982 The Physical Metallurgy of Steels, Editora; McGraw-Hill; Honeycombe,R. W. K., 1982 Aços, Microestrutura e Propriedades Fundação Caluste Gulbenkian, Avenida de Berna, Lisboa; Sakai, Paulo R.; Moreira Filho, Lindolfo A.; Fazolli, Silvio e Menezes, Miguel A., 2007, Análise da Deformação de Envelopes Motores Foguete Devido à Ação do Tratamento Térmico, COBEF, Águas de São Pedro, SP Silva, A. L., 1953 Aços e Ligas Especiais - 2º ed. Eletrometal S.A Metais Especiais, Sumaré, SP; Smith, William F., 1993 Structure and Properties of Engineering Alloys 2 ed, Editora, McGraw-Hill; VLS-1 Descrição técnica, 2005, São José dos Campos: IAE. Acesso em:12 de Abril de