21º CBECIMAT Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais ESTIMATIVA DA FRAÇÃO DE AUSTENITA RETIDA POR METALOGRAFIA ÓPTICA E POR MAGNETIZAÇÃO DE SATURAÇÃO EM AÇO AISI 4340 TRATADO ISOTÉRMICAMENTE. R.Del Sant 1 T.M.Hashimoto 2 rdelsant@yahoo.com.br 1 Universidade Anhanguera Santo André 2 UNESP Campus Guaratinguetá RESUMO A presença de austenita retida em aços multifásicos desempenha grande importância para a manutenção do equilíbrio entre resistência, tenacidade e ductilidade de um aço multifásico, na medida em que é essencial para a aplicação do efeito TRIP. A estimativa de sua fração percentual foi feita por metalografia óptica e por saturação magnética, e os valores encontrados foram comparados. Verificouse que a equação básica do processo magnético requer uma revisão, e um fator de correção foi proposto para ser considerado. Palavraschave: austenita retida, efeito TRIP, saturação magnética. INTRODUÇÃO É patente o interesse industrial na utilização de aços que combinam resistência, ductilidade e tenacidade.sabese que as propriedades mecânicas dos aços multifásicos estão intimamente relacionadas com os percentuais das fases que a constituem, e entre estas fases a austenita retida favorece a ductilidade (15). Assim, a quantificação da austenita retida é prioridade na metalurgia destes aços. O presente trabalho visa estimar a fração de austenita retida em um aço AISI 4340 tratadoisotermicamentepelo método magnético, e comparálo com o método metalográfico, antes e após deformação plásticaa temperatura ambiente (efeito TRIP), e propor uma renovada relação entre a fração de austenita retida com a magnetização de saturação. 5011
21º CBECIMAT Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais MATERIAIS E MÉTODOS O aço escolhido foi o AISI4340, cuja composição química está relacionada na Tabela 1. Tabela 1 Composição percentual básica do aço AISI 4340. C Mn P S Si Cr Ni Mo 0,40 0,70 0,04 0,04 0,22 1,80 0,25 Inicialmente foram confeccionados 12 corpos de prova para ensaio de tração, sendo aquecidos a 740 ºC durante 30 minutos. Metade deles foi resfriada rapidamente até 450 ºC (rota A), enquanto a outra metade foi resfriada até 350 ºC (rota B), sendo todos mantidos nestas temperaturas por 30 minutos. Os ensaios de deformação foram realizados em uma máquina eletromecânica EMIC MEM 10000, com tração uniaxial aplicada na razão de 2 mm/min. A metalografia óptica utilizou solução aquosa contendo 10% de metabissulfito de sódio, cuja propriedade é destacar a austenita das demais fases. Em seguida, 30 imagens por amostra e ampliadas 200 vezes foram capturadas por um microscópio óptico Nikon Epiphot 200. Finalmente, mediuse a magnetização de saturação de todas as amostras através de um Magnetômetro de Amostra Vibrante modelo 4500, com 2% de incerteza nas medidas. O método magnético padrão para determinação da fração de austenita retida, compara os valores da magnetização de saturação das amostras ligadas com o valor de uma amostra tomada como erência e com a mesma composição química, mas desprovida de austenita retida. A fórmula básica deste processo é (6) : onde Bsat Bsat f 100 (A) B B sat é a magnetização de saturação da amostra de erência e amostra ligada. sat liga liga B sat da 5012
21º CBECIMAT Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais Cada amostra foi identificada de acordo com a rota, sendo a rota (A) em 450 o C e a (B) em 350 o C, com a deformação ocorrendo em sentido crescente nas amostras de 1 a 6. RESULTADOS E DISCUSSÕES Os resultados obtidos estão na Tabela 2. Tabela 2. Fração de austenita retida f, medida por metalografia óptica, magnetização de saturação de cada amostra, (A) antes e após a deformação (definida pela razão o, entre tensão aplicada e limite de escoamento). amostra f (met) o (emu/g) A1 (A) A2 (A) A3 (A) A4 (A) A5 (A) A6 (A) B1 (A) B2 (A) B3 (A) B4 (A) B5 (A) B6 (A) 1,03 1,14 1,24 1,30 1,61 1,65 1,07 1,10 1,29 1,50 1,57 1,64 6,6 5,8 7,3 5,7 7,1 6,3 6,8 5,6 5,6 4,2 12,0 6,5 7,0 3,8 5,5 5,3 6,5 4,6 6,7 5,0 4,9 4,0 17,3 6,0 220,77 224,18 219,99 226,28 212,54 231,79 223,91 217,00 225,75 221,50 221,24 226,38 222,33 227,47 224,14 227,77 217,90 230,52 229,41 232,66 207,62 218,52 225,11 233,07 5013
21º CBECIMAT Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais Aplicando na equação (A) o valor do campo de saturação da ferrita pura, já conhecido como 2,16 T (7), e a composição apresentada na Tabela 1, obtémse para a amostra de erência o valor de 1,9 T, equivalente a 191,78 emu/g.contrariando a expectativa, é um valor inferior aos obtidos em todas as amostras, inviabilizando assim a aplicação da equação (A). Na tentativa de induzir um fator corretivo, os valores da fração de austenita retida medidos metalograficamente foram aplicados na equação (A), de modo a se obter os valores esperados para a magnetização de saturação, conforme se vê na Tabela 3. Tabela 3. Valores de magnetização de saturação esperados e medidos, onde p esperado corresponde a um fator de correção dado por. obtido amostra esperado (emu/g) obtido (emu/g) p A1 (A) A2 (A) A3 (A) A4 (A) A5 (A) A6 (A) 179,11 180,65 177,77 180,84 178,15 179,69 178,73 181,03 181,03 183,72 168,76 179,30 220,77 224,18 219,99 226,28 212,54 231,79 223,91 217,00 225,75 221,50 221,24 226,38 0,84 0,78 0,83 0,83 0,76 0,79 B1 (A) B2 (A) B3 (A) B4 (A) B5 (A) B6 (A) 178,35 184,48 181,22 181,61 179,30 182,95 178,92 182,18 182,37 184,10 158,60 180,26 222,33 227,47 224,14 227,77 217,90 230,52 229,41 232,66 207,62 218,52 225,11 233,07 0,82 0,79 0,78 0,78 0,88 0,84 0,70 0,77 5014
21º CBECIMAT Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais Notase uma grande aproximação entre os valores de p e em torno de, com pouca ou nenhuma relação com as rotas e deformações consideradas. Inserindo este fator p na equação (A), obtémse: liga Bsat p Bsat f com 0,7 p 0, 9 (B) B sat Considerando o valor médio de p como e aplicando a equação (B) para os valores de magnetização obtidos, obtêmse para as frações de austenita retida os valores mostrados na Tabela 4 ao lado dos valores medidos metalograficamente. Tabela 4. Fração de austenita retida medida por metalografia óptica e calculada pela equação (B). Metal. Eq.B Metal. Eq.B A1 (A) 6,6 7,9 B1 (A) 7,0 7,3 5,8 6,5 3,8 5,1 A2 (A) 7,3 8,2 B2 (A) 5,5 6,5 5,7 5,6 5,3 5,0 A3 (A) 7,1 11,3 B3 (A) 6,5 9,1 6,3 3,3 4,6 3,8 A4 (A) 6,8 6,6 B4 (A) 6,7 4,3 5,6 9,5 5,0 2,9 A5 (A) 5,6 5,8 B5 (A) 4,9 13,4 4,2 7,6 4,0 8,8 A6 (A) 12,0 7,7 B6 (A) 17,3 6,1 6,5 5,6 6,0 2,8 Vêse que a introdução de um fator corretivo na equação (A) em muito diminuiu a diferença entre os valores calculados com os medidos por metalografia óptica. Além disso, a confirmação do efeito TRIP foi flagrante, enquanto os valores obtidos por metalografia óptica apresentaram boa aproximação com os resultados esperados. 5015
21º CBECIMAT Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais CONCLUSÕES O presente trabalho finaliza com as seguintes conclusões: a) o método metalográfico, apesar de suas limitações, continua sendo uma alternativa viável para estimar a fração de austenita retida, bem como para avaliar qualitativamente o efeito TRIP. b) o método magnético para quantificação da austenita retida, tido como de boa precisão, requer uma reavaliação, no sentido de considerar causas capazes de afetar a magnetização de saturação, além da simples comparação com uma amostra de erência desprovida de austenita, conforme propõe a equação (A). Dentre estas causas prováveis, ressaltam eventuais reservas energéticas provenientes de trabalho a frio e difusão de elementos ligantes, principalmente cromo, da fase ferrítica. c) experimentos envolvendo os principais parâmetros que definem a microestrutura de um aço multifásico são aconselhados para melhor definir o parâmetro p ou outros que eventualmente venham a contribuir para aprimorar a equação (B). REFERÊNCIAS 1.YAN, Y.H., KAI, G.Y., JIAN, M.D.Materials Science and EngineeringA 441 (2006) p.331. 2. YANQIU, H. et al., Materials Science and Engineering, A 438440 (2006) p.158. 3. FERRER, M. H., HUPALO, M.F., DALLABONA, A.R., TSCHIPTSCHIN, A.P., 8o Congresso Iberoamericano de Engenharia Mecânica, Cusco (2007). 4. SUGIMOTO, K., NAGASAKA, A., KOBAYASHI, M., HASHIMOTO, S. ISIJ International, vol.39 (1999), No1., p.56. 5. IUNG, T., DRILLET, J., COUTURIER, A., OLIER, C., Steel Research 73 (2002) No 6+7, p.218. 5016
21º CBECIMAT Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais 6.P. J. JACQUES et al, Materials Science and Technology, Vol.25, No.5 (2009), p.567. 7. R. V. MARTIN, F.J.G. LANDGRAF, H. GOLDENSTEIN, R. CUMINO, M.F. DE CAMPOS, In. 17o CBECIMAT (2006). ESTIMATE OF THE FRACTION OF THE RETAINED AUSTENITE BY OPTICAL METALLOGRAPHIC AND MAGNETISM OF SATURATION WITH THE INCREASE OF DEFORMATION APPLIED IN AISI 4340 STEEL TREATED ISOTHERMICALLY ABSTRACT The presence of retained austenite in multiphases steels represents great importance to the maintance of the balance among resistance tenacity and ductility from a multiphase steel as it is essential to the application of the TRIP effect. The estimate of its percentual fraction was made by optical metallographic and magnetic saturation and the values obtained were compared. It was observed that the magnetic process requires a revision and a correction factor was proposed to be considered in the basic equation of this process Keywords: retained austenite, TRIP effect, saturation magnetization. 5017