UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS INSTITUTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA

DAVID MÁRCIO MACEDO DIAS

CARACTERIZAÇÃO DE LIGAS Fe-Mn-Si-Cr-Ni COM EFEITO MEMÓRIA DE FORMA NA CONDIÇÃO BRUTA DE FUSÃO

Poços de Caldas/MG

2014

DAVID MÁRCIO MACEDO DIAS

CARACTERIZAÇÃO DE LIGAS Fe-Mn-Si-Cr-Ni COM EFEITO MEMÓRIA DE FORMA NA CONDIÇÃO BRUTA DE FUSÃO

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto de Ciência e Tecnologia, da Universidade Federal de Alfenas, como parte dos requisitos para obtenção do título de Engenheiro Químico. Orientador(a): Prof. Dra. Neide Aparecida Mariano

Poços de Caldas/MG

2014

FICHA CATALOGRÁFICA

DAVID MÁRCIO MACEDO DIAS

CARACTERIZAÇÃO DE LIGAS Fe-Mn-Si-Cr-Ni COM EFEITO MEMÓRIA DE FORMA NA CONDIÇÃO BRUTA DE FUSÃO

A banca examinadora abaixo-assinada aprova o Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como parte dos requisitos para obtenção do título de Engenheiro Químico pela Universidade Federal de Alfenas.

Aprovado em:

Professora: Neide Aparecida Mariano Instituição: Unifal - MG Assinatura:

Professora: Erika Coaglia Ramos Instituição: Unifal - MG Assinatura:

Professora: Sandra Nakamatsu Instituição: Unifal - MG Assinatura:

AGRADECIMENTOS

À Deus por ter sempre me abençoado.

À minha família, pelo constante apoio na minha vida.

Aos professores da Unifal-MG, em particular a professora Neide Aparecida Mariano,

pelo incentivo, paciência e colaboração durante o desenvolvimento deste trabalho.

À CAPES, FAPEMIG, CNPQ, FAPESP, ITA, UNIFEI, UFSCar.

Aos amigos, família Poços de Caldas, que direta ou indiretamente fizeram parte da

minha formação, o meu muito obrigado.

RESUMO

Ligas com o efeito de memória de forma podem recuperar seu formato original após

serem deformadas plasticamente, mediante um tratamento térmico específico. No

presente trabalho, foi caracterizada a microestrutura, desempenho térmico e dureza

de um aço inoxidável do sistema Fe-Mn-Si-Cr-Ni com efeito memória. Observa-se na

microestrutura a presença de uma estrutura típica de material fundido com fases

distintas: austenita γ; martensita ε, martensita α, ferrita-δ e fase-chi X. Nos

difratogramas foi determinado os picos das estruturas austeníticas e martensíticas. As

temperaturas de transformação reversa da martensita em austenita têm início a 80°C

e fim a 120°C e as temperaturas de indução martensítica tem início a 35°C e fim a

30°C. O valor médio da dureza foi de 200 ± 3 HV.

Palavras chave: Fe-Mn-Si-Cr-Ni; efeito memória de forma; martensita

ABSTRACT

Shape memory alloys can recovery its original shape after being deformed plastically

by a specific heat treatment. In this work, it was characterized the microstructure,

hardness and thermal performance of a shape memory stainless steel alloy of Fe-Mn-

Si-Cr-Ni. It is observed the presence in the microstructure of a typical structure of the

melt with distinct phases: austenite γ; martensite ε, martensite α, δ-ferrite phase, and

chi-X. In the XRD patterns were determined peaks of austenit and martensit phases.

Temperatures of reverse transformation of martensite into austenite begin at 80 ° C

and ends at 120 ° C and temperatures for martensite starts induction at 35 °C and

ends at 30 °C. The average value of the hardness was 200 ± 3 HV.

Key-words: Fe-Mn-Si-Cr-Ni; shape memory effect; induced martensit

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO......................................................................................................9

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA..........................................................................10

2.1 EFEITO MEMÓRIA DE FORMA...................................................................10

2.2 LIGAS INOXIDÁVEIS Fe-Mn-Si-Cr-Ni COM EMF........................................11

2.3 PROPRIEDADES E APLICAÇÕES..............................................................13

3. MATERIAIS E MÉTODOS..................................................................................16

3.1 ELABORAÇÃO DAS LIGAS.........................................................................16

3.2 PREPARO DE AMOSTRA...........................................................................16

3.3 MICROSCOPIA ÓPTICA..............................................................................16

3.4 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA.......................................17

3.5 DIFRAÇÃO DE RAIOS-X..............................................................................17

3.6 CALORIMETRIA DIFERENCIAL DE VARREDURA (DSC)..........................17

3.7 DUREZA.......................................................................................................18

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES.......................................................................19

5. CONCLUSÕES...................................................................................................24

6. SUGESTOES PARA TRABALHOS FUTUROS.................................................24

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................25

9

1. INTRODUÇÃO

As ligas com o efeito de memória de forma podem recuperar seu formato

original após serem deformadas plasticamente, mediante um tratamento térmico

específico (OTUBO; MEI; KOSHIMIZU, 1994).

O desenvolvimento de ligas inoxidáveis com efeito de memória de forma

(EMF) iniciou-se na década de 90 tendo como base trabalhos anteriores sobre Fe-

Mn e Fe-Mn-Si. (SATO, 1982 e SHIMING, 1991)

Fatores como custo de produção e rotas de processamento com elevada

complexidade, tornam ligas de Ni –Ti serem de elevados custos, sendo assim

necessário o desenvolvimento de ligas Fe-Mn-Si-(Cr-Ni) e Fe-Mn-Si-(Cr-Ni-Co)

como uma alternativa, pois contam com a adição de elementos de liga como o cromo,

níquel e o cobalto para conferir caráter inoxidável e outras propriedades mecânicas

ás tradicionais ligas à base de ferro Fe-Mn-Si, que possuem baixa resistência a

corrosão e recuperação de forma em torno de 4%.

Nas ligas à base de Fe-Mn-Si, o EMF está relacionado com a transformação

martensítica não termoelástica (γ→ε), e ao fato de que próximo à temperatura M1

(temperatura de início de transformação da austenita em martensita no resfriamento)

a martensita ε também pode ser induzida por deformação. A transformação inversa

(ε→γ), Ai, que ocorre durante o aquecimento promove a recuperação de forma

(YANG; CHEN; WAYMAN, 1992).

Nesse sentido, esta pesquisa é de fundamental importância para o

desenvolvimento de ligas as quais são candidatos em potencial para a aplicação no

acoplamento de tubulações sem solda em diversos segmentos da indústria, como

na indústria química, petroquímica e de construção civil, naval, aeronáutica, pelo

fato de apresentarem propriedades atrativas de resistência à corrosão, resistência

mecânica e de efeito memória de forma

10

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 EFEITO MEMÓRIA DE FORMA

Diferente dos metais e das ligas convencionais, que quando deformados além

do seu regime elástico apresentam deformação plástica permanente e não

recuperável, as ligas com efeito memória de forma (EMF), mesmo após serem

deformadas plasticamente, possuem capacidade de recuperar sua forma ou estado

original através de um tratamento térmico adequado, isto é, como se estivesse em

sua memória seu formato original. Essa propriedade de recuperação de forma está

diretamente relacionada com a transformação martensítica durante a deformação e

com a sua reversão durante o aquecimento (OTSUKA; WAYMAN, 1998).

A transformação martensítica é uma classe de transformação no estado sólido

muito importante. Este processo ocorre sem difusão, cujo movimento de átomos é

menor do que uma distância interatômica. Apesar de as transformações não serem

classificadas como sendo de nucleação e crescimento, fisicamente existe um estágio

de nucleação e um estágio de crescimento. Porém, a velocidade de crescimento é

geralmente tão alta que a transformação é controlada pelo estágio de nucleação.

(CHRISTIAN, 1975)

A fase martensítica apresenta uma morfologia em forma de placas distintas,

dentro da matriz austenítica. Quando essas placas afloram na superfície livre,

apresentam relevo, como mostrado na Figura 1 a seguir. (VERHOEVEN, 1975)

Figura 1: Relevo de superfície produzido pela formação da placa de martensita.

(VERHOEVEN, 1975)

11

A transformação martensítica pode ser classificada em dois tipos:

termoelásticas, quando os cristais individuais aparecem e crescem rapidamente para

o tamanho final, e não termoelásticas, que se subdividem em isotérmica, no qual a

nucleação depende da temperatura e do tempo, e a térmica, no qual a nucleação

depende somente da temperatura. (FUNABUKO, 1987)

2.2 LIGAS INOXIDÁVEIS Fe-Mn-Si-Cr-Ni COM EMF

Nas ligas à base de Fe-Mn-Si, dependendo da composição química, a

austenita γ, estrutura cúbica de face centrada (CFC), pode se transformar em

martensita-ε de estrutura hexagonal compacta (HC) ou martensita-α´ de estrutura

tetragonal do corpo centrado ou cúbico de corpo centrado (TCC ou CCC) pelo

simples resfriamento ou por deformação. A Figura 2 mostra a influência do

manganês (Mn em % atômica) na transformação martensítica nos aços baixo

carbono contendo Mn. Nota-se que o teor de Mn influencia tanto a temperatura Mi

como a estrutura da fase martensítica. Dessa forma, quando o teor de Mn é menor

do que 10%, apenas martensita-α´ ocorre, entre 10 a 15% de Mn tanto martensita-

α´ como ε podem ocorrer e, acima de 15% de Mn, a martensita-α´ desaparece e a

transformação (γ→ε) prevalece. Em altos níveis de deformação, a martensita-α´

também pode ser formada a partir da transformação (γ→ε→α´) no interior das placas

de martensita-ε (NISHIYAMA, 1978).

O EMF está diretamente associado à transformação martensítica

cristalograficamente reversível γ (CFC) ↔ ε (HC), a formação de martensita-α´ é

indesejável, uma vez que este tipo de martensita atrapalha a reversão (ε→ γ) no

aquecimento e, além disso, reverte diretamente para a austenita (α´→ γ). (OTUBO;

MEI, 1999)

Figura 2: Diagrama de fases para o sistema Fe-Mn. (NISHIYAMA, 1978)

12

Existe uma relação de orientação entre a fase CFC e a HC nos planos

{111}CFC//{0001}HC e nas direções (110)CFC//(1120)HC, como mostra a Figura 3.

(HUIJUN; DUNNE; KENNON, 1999)

Dessa forma, a reversão ε (HC) → γ (CFC) ocorre durante o aquecimento

através do movimento contrário das discordâncias parciais de Shockley que

participaram da transformação γ (CFC) → ε (HC), gerando novamente uma estrutura

CFC com a mesma orientação e possibilitando a recuperação de forma.

Figura 3: Vista esquemática mostrando a relação de orientação entre as fases γ (CFC) e ε

(HC). (HUIJUN; DUNNE; KENNON, 1999)

Diversos fatores influenciam na recuperação de forma, tais como: composição

química, estrutura inicial, tratamentos termomecânicos, microestrutura, tamanho de

grão e energia de falha de empilhamento (EFE).

Para altos valores de EFE, a distribuição da estrutura de discordâncias na

microestrutura da liga é do tipo celular, devido à elevada mobilidade das

discordâncias parciais pelos mecanismos de deslizamento cruzado e escalagem.

Quando os valores de EFE são baixos, o espaçamento entre as parciais é grande,

dificultando a ocorrência de deslizamento cruzado e escalagem. Nesse caso, a

deformação da estrutura pode ocorrer pela formação de maclas ou pela

transformação de fase induzida pela deformação (PADILHA; SICILIANO, 1996).

A energia de falha de empilhamento para ligas do sistema Fe-Mn-Si-Cr-Ni é

calculada pela Equação 1 (LI; ZHENG; JIANG, 1999):

EFE (mJ

m2) = 28,87 + 1,64% Ni − 1,1% Cr + 0,21% Mn − 4,45% Si (1)

13

O Silício reduz fortemente a EFE, teores acima de 4% (% atômica) podem

promover a formação de fases de baixo ponto de fusão e susceptíveis à formação

de trincas, principalmente na presença de Níquel. O Cromo é capaz de reduzir a

EFE, porém de maneira menos efetiva em comparação ao Silício e seu efeito é mais

significativo para teores próximos de 9%. Acima desse valor, é necessário reduzir o

teor de Si (e, por consequência, aumentar a EFE) para que não ocorra a formação

de fase-σ. O Cr confere o caráter inoxidável da liga, aumentando a resistência à

corrosão do material. O Ni também confere maior resistência à corrosão e

estabilidade à austenita, porém aumenta a EFE e normalmente é adicionado em

pequenas proporções. Por último, o Mn tende a aumentar a EFE, mas é o principal

elemento estabilizador da austenita em baixas temperaturas (LI; LU; JIANG, 1999).

A seguir, a Figura 4, mostra imagens de ligas inoxidáveis do mesmo sistema

porem com rotas diferentes, processo de conformação e tratamentos térmicos

distintos, que a microestrutura apresenta as mesmas fases. a) (DELLA ROVERE et

al, 2011); b) (PENG, H.; WEN, Y.; DU, Y.; YU, Q.; YANG, Q, 2013)

a) b)

Figura 4. a) Imagens em Mev da superfície da liga homogeneizada a

1050°C/Têmpera H2O. b) Microscopia óptica da liga em condição fundida.

14

2.3 PROPRIEDADES E APLICAÇÕES

Atualmente, as ligas inoxidáveis Fe-Mn-Si-Cr-Ni com EMF, através de

diferentes rotas de processamento, podem alcançar uma recuperação de forma de

aproximadamente 4%.

A Tabela 1 mostra outros exemplos de ligas ferrosas com EMF. (OTSUKA;

YAMADA; MARUYAMA, 1990)

Tabela 1: Ligas ferrosas que apresentam o fenômeno do EMF.

Liga Composição

(% em peso)

Estrutura

cristalina da

martensita

Natureza da

transformação

Mi (°C) Ai (°C) AF (°C)

Fe-Pt ± 25at%Pt TCC ou CCC

(α´)

TE - 142 - - 125

Fe-Ni-Co-Ti 23Ni-10Co-10Ti

33Ni-10Co-4Ti

31Ni-10Co-3Ti

TCC ou CCC

(α´)

-

TE

NTE

- 100

- 127

- 80

-30

-

-70

± 170

- 54

235

Fe-Mn-Si

28-33Mn/4-6Si

26-30Mn/6Si/5-7Cr

11-22Mn/5-6Si/8-

12Cr//5-7Ni

HC (ε)

NTE

NTE

NTE

± 47

20 - 28

-30 - -6

± 117

69 - 150

81 - 127

± 177

-

-

TE=Termoelástica; NTE=Não termoelástica

O desempenho mecânico dessas ligas é alterado mediante tratamentos

térmicos e processos de conformação distintos.

Do ponto de vista prático, as propriedades mecânicas e a porcentagem de

recuperação de forma são importantes e devem ser consideradas. A Tabela 2

apresenta as principais propriedades mecânicas e de memória de forma das ligas

inoxidáveis Fe-Mn-Si-Cr-Ni solubilizadas após trabalho a quente. (LI; LU; JIANG,

2000)

15

Tabela 2: Propriedades mecânicas e de EMF das ligas Fe-M-Si-Cr-Ni

Propriedades Unidades Valor

Limite de escoamento a 0,2% de

deformação (ϭe0,2%)

MPa 200 - 300

Limite de resistência à tração (LRT) MPa 680 - 1000

Ductilidade % 16 - 30

Dureza (HV) 190 - 220

Módulo de elasticidade GPa 170,0

Módulo de cisalhamento GPA 65,0

Coeficiente de Poisson 0,359

Recuperação de forma % 2,5 - 4,0

Tensão de recuperação vinculada MPa 150 - 200

Os valores de tensão de recuperação vinculada desenvolvidos quando as

ligas inoxidáveis Fe-Mn-Si-Cr-Ni com EMF são impedidas de recuperar a sua forma,

somados à recuperação de forma da ordem de 2,5-4,0%, indicam que esses

materiais possuem aplicação em potencial no acoplamento de tubos sem solda nas

indústrias química, petroquímica e de construção civil, uma vez que nesse tipo de

aplicação necessita-se de uma recuperação de forma de aproximadamente 3% e de

uma tensão de recuperação vinculada da ordem de 150-200 MPa para garantir o

selamento da junção. (DAI; ZHOU, 2006)

A Figura 4 apresenta uma vista esquemática do processo de acoplamento de

tubos sem solda. Inicialmente, usina-se uma junta com EMF com diâmetro interno

menor do que o diâmetro externo dos tubos que serão acoplados. Em seguida, a

junta é expandida mecanicamente para um diâmetro interno, que é maior do que

diâmetro externo dos tubos a serem acoplados. Na sequência, os tubos são

alinhados e ajustados de topo dentro da junta expandida como mostra a Figura 4 (c).

O passo final é o aquecimento da junta com EMF em temperaturas próximas de

300°C, valor que está acima da temperatura AF (temperatura de fim da transformação

da martensita em austenita) para que a mesma contraia e sele a junção. (DAI; ZHOU,

2006)

16

Figura 4: Vista esquemática do acoplamento de tubos sem solda. (DAI; ZHOU, 2006)

17

3. MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 ELABORAÇÃO DAS LIGAS

A liga foi obtida em forno de indução sem gás de proteção, utilizando-se

cadinho refratário de alumina e o vazamento por gravidade foi realizado em molde

de areia com resina, elaboradas por colaboradores na Universidade Federal de São

Carlos (UFSCAR). A rota foi partindo de um aço inoxidável AISI 304, um aço de baixo

carbono AISI 1010 e elementos de liga como Mn e o Si, porque tona-se assim uma

rota mais convencional e barata, quando comparadas com a maioria dos trabalhos

da literatura os quais a fusão ocorre em fornos com vácuo e atmosfera com gases

de proteção e partindo de elementos de liga com alto grau de pureza, e de modo a

chegar na composição nominal.

As amostras da liga nas condições bruta de fusão foram posteriormente

analisadas com as técnicas de microscopia óptica, microscopia eletrônica de

varredura, espectro de energia dispersiva, calorimetria diferencial de varredura,

difração de raios-x e dureza.

3.2 PREPARO DE AMOSTRA

Para realizar a caracterização do material através de microscopia ótica e

microscopia eletrônica de varredura, as amostras foram preparadas de forma a

favorecer a observação de sua microscopia, tornando a superfície especular para a

realização de posterior ataque químico para revelar a microestrutura. O

procedimento de preparação das amostras envolveu as etapas de corte com

ISOMET BUEHLER 4000, com disco com borda diamantada, embutimento a frio em

resina, lixamento com as lixas de granulometrias variando de 120 a 1200 mesh,

polimento com pasta de diamante de 6,0 µm; 1 µm e sílica coloidal 0,3 µm, e ataque

químico para revelar a microestrutura com o reagente Glicerégia. O preparo do

reagente Glicerégia segue duas etapas, primeiro misturam-se 20 ml de ácido

clorídrico e 15 ml de glicerol, posteriormente adiciona-se10 ml de ácido nítrico,

padrão analítico.

18

3.3 MICROSCOPA ÓPTICA

Foi utilizado o microscópio ótico da marca Zeiss, modelo Axio Scope.A1,

acoplado à câmera de vídeo Axiocam ICc3 e placa digitalizadora conectada a um

computador equipado com software AxioVision 4.8.2 SP2, instalado na UNIFAL-MG,

para analisar a morfologia das microestruturas do aço inoxidável austenítico com

EMF.

3.4 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA

As análises por microscopia eletrônica de varredura (MEV) auxiliaram

observar o material na condição fundida. O equipamento utilizado foi um MEV

modelo VEGA3 TESCAN, acoplado com sistema de microanálises por EDS (Energy

Dispersive Spectroscopy) da marca Oxford do laboratório de Materiais do Instituto

Tecnológico de Aeronáutica – ITA.

3.5 DIFRAÇÃO DE RAIOS-X (DRX)

A difração de raios X foi utilizada para verificar a presença das fases

existentes. As análises foram feitas no difratômetro AXS Analytical X-Ray Systems

Siemens D5005, do Laboratório de Caracterização Estrutural da USP São Carlos

utilizando radiação de Cu Kα. A varredura foi feita em um intervalo de 5° ≤ 20 ≤ 90°,

com passo de 0,033° por segundo. A preparação das amostras será efetuada de

maneira convencional, com lixamento seguido de polimento.

3.6 CALORIMETRIA DIFERENCIAL DE VARREDURA (DSC)

As temperaturas de transformação Ml, MF, Al e Af das ligas foram

caracterizadas por meio de medidas de DSC (Differencial scanning calorimetry). Na

realização do ensaio foram utilizados corpos de prova de aproximadamente 40 mg,

os quais serão extraídos por meio de corte de ISOMET BUEHLER de baixa

velocidade. Antes das medidas de DSC, os corpos de prova foram imersos em

solução de decapagem (HNO3 + HF) para remover a camada de óxido da superfície,

19

em seguida lixados e imersos em ultrassom para remover qualquer partícula ou

impureza.

Os corpos de prova foram aquecidos até 300 °C e em seguida resfriados até

-100 °C. Será utilizada uma velocidade de aquecimento e resfriamento de 10 °C/min.

A aquisição dos dados será obtida através de um microcomputador acoplado a um

calorímetro de Netzsch, modelo DSC 404 C, do ITA e o tratamento dos dados será

realizado utilizando-se o programa Netzsch proteus Thermals Analysis.

3.7 ENSAIOS DE DUREZA

Os testes de dureza foram realizados empregando-se a escala Vickers. Será

utilizado o durômetro de bancada da UNIFAL-MG, modelo RASN (B), analógico, da

marca Pantec Panambra, com penetrador CONE 120° e carga de 0,5 kgf com tempo

de impressão de 15 segundos. Foram realizadas cinco medições nos testes de

dureza.

20

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

A Tabela 3 apresenta a composição química da liga inoxidável com EMF,

obtida por espectrometria de emissão óptica. A EFE calculado para a liga foi de 9,64

mJ/m2, esse valor está abaixo de 16 mJ/m2 , sendo um indicio que a liga apresenta

mecanismo de transformação de fase induzida por deformação.

Tabela 3. Composição química da liga inoxidável com EMF (em % peso).

Elementos

de liga

C Mn Si Cr Ni P S Mo Cu

0,06 14,7 4,19 10,24 4,63 0,017 0,02 0,17 0,41

A Figura 5 apresenta a superfície polida da liga inoxidável com EMF, obtida

por MEV. É possível observar a presença de um grande número de inclusões

metálicas e não metálicas. As inclusões de óxidos são oriundas das reações de

oxidação do banho metálico durante o processo de fundição em forno de indução

sem atmosfera controlada. As inclusões exógenas ricas em alumínio e silício podem

ser provenientes de arraste de produtos de erosão do material refratário da parede

do forno e do molde de areia durante o processo de vazamento da liga.

a)

b)

Figura 5. Imagens em MEV, a), da superfície polida da liga inoxidável com EMF; b) matriz (ponto 1) e inclusão (ponto 2).

A Tabela 4 mostra as análises de Espectro de Energia Dispersiva (EDS)

realizadas na superfície polida da liga inoxidável com EMF, matriz (ponto 1) e

inclusão (ponto 2).

21

Tabela 4. Elementos localizados em pontos específicos da liga inoxidável com EMF

elemento Fe Mn Si Cr Ni O Al Ca S

Matriz

(ponto1)

66,5 14,2 4,6 9,5 5,3 - - - -

Inclusão

(ponto2)

5,6 28 5,0 - - 38,4 21,4 0,9 0,6

Nas imagens obtidas por microscopia ótica e observa-se a presença de uma

estrutura típica de material fundido com a presença de fases distintas: austenita γ

(CFC); martensita ε (HC); martensita α´ (TCC), ferrita-δ (CCC) e fase-chi X. A

austenita γ é a fase matriz, lisa e presente na maior parte da microestrutura, sobre a

austenita observa-se a formação de placas martensita ε com orientações iguais e

também a formação da martensita α´, proveniente do deslocamento de placas de

martensita ε com diferentes orientações. A ferrita-δ é a fase precipitada em posições

interdendríticas da fase austenítica e a fase-chi X é a fase com morfologia de ilhas

distribuídas no interior da matriz e também em regiões interdendríticas. A Figura 6 a

seguir apresentas as micrografias.

a) b)

Figura 6. Micrografias obtidas por microscopia óptica revelando fases distintas presentes na

liga de aço inoxidável com EMF, a) e b)

As difrações de raio-X confirmam a presença das fases austeníticas e

martensíticas, porém não foi possível determinar os picos das outras fases notadas

pela microscopia. A Figura 8 a seguir ilustra o difratograma obtido.

22

Figura 8: Difratograma de raios-x da amostra Fe-Mn-Si-Cr-Ni na condição bruta de fusão

Na análise térmica foi possível determinar as temperaturas de reversão da

martensita em austenita inicial (Ai) e final (Af) no aquecimento, e no resfriamento foi

possível determinar a temperatura de indução da austenita em martensita inicial (Mi)

e final (Mf). A Figura 9 ilustra o comportamento térmico da liga inoxidável com EMF

no aquecimento e resfriamento.

Figura 9: Curvas de DSC da liga inoxidável com EMF: a) aquecimento e b) resfriamento

Analisando as imagens, pode observar que os valores de temperaturas das

transformações de fase são aproximadamente Ai = 80°C, AF = 120°C, Mi = 35°C e

MF = 30°C.

23

Nas medidas de dureza, a liga na condição fundida apresentou valores

médios de 200 ± 3 HV. SIMON, R. W et al determinou valores dureza para ligas de

mesma rota que chegam a 300 HV nas condições deformadas, uma vez que a fase

martensítica é dura e é induzida por deformação.

24

5. CONCLUSÃO

Foi obtida experimentalmente uma liga Fe-14,7Mn-4,2Si-10,2Cr-4,6Ni-0,06C

pela técnica de fundição em forno sem atmosfera controlada e com valor de EFE =

9,64 (mJ/m²), que é o primeiro indicio que a liga apresenta mecanismo de

transformação de fase induzida por deformação. O material, devido à sua

composição rica em elementos de liga e também a sua fusão em um forno sem gás

de proteção, é propenso à formação de fases secundária e fase-chi na condição

bruta de fusão. As temperaturas de transformação reversa da martensita em

austenita tem início em Ai = 80 °C e fim em Af = 120 °C e as temperaturas de indução

martensítica tem início em Mi = 35°C e fim em Mf = 30°C. A liga inoxidável com EMF

possui dureza média de 200 HV.

6. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Para trabalhos futuros, sugere-se a realização de ensaios de efeito de

memória e também ensaios de corrosão em meios altamente oxidantes para

observar a perda de massa e o caráter inoxidável da liga, em condições distintas de

processos de conformação termomecânicos, como por exemplo laminadas a quente

ou homogeneizadas em altas temperaturas.

25

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

CHRISTIAN, J. W; 1975, The theory of transformations in metals and alloys, 2nd

edition, Pergamon Press, Parte 1, Capítulo 1

DAI, P.; ZHOU, L. Investigation on the connecting strength of Fe-Mn-Si-C shape

memory alloy pipe coupling. Journal of Materials Science, v.41, p.3441-3443, 2006.

DELLA ROVERE, C. A. et al. Characterization of passive films on shape memory

stainless steels. Corrosion Science, v. 57, p. 154-161, 2012.

DELLA ROVERE, C. A. et al. Influence of alloying elements on the corrosion

properties of shape memory stainless steels. Materials Chemistry and Physics, v.

133, p. 668-668, 2012.

HUIJUN, L.; DUNNE, D.; KENNON, N,. Factors influencing shape memory effect

and phase transformation behavior of Fe-Mn-Si based shapememory alloys.

Materials Science e Engineering A, v.273, .517-523, 1999.

LI, J. C.;ZHENG, W.; JIANG, Q. Stacking fault energy of iron-base shape memory

alloys. Materials Letters, v. 38, p. 275-277, 1999.

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alloys. Journal of Materials Science Letters, v. 18, p.857-858, 1999.

LI, J. C.; LU, X. X.; JIANG, Q. Shape memory effects in a Fe14Mn6Si9Cr5Ni alloy

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