Fabio Stagetti Angelo Fernando Padilha
Clara Herrera Pulgarín
ESTUDO COMPARATIVO DO ENCRUAMENTO E DA RECRISTALIZAÇÃO DOS AÇOS RÁPIDOS
AISI M2 E ABC III
1. INTRODUÇÃO
2. MATERIAIS E MÉTODOS
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4. CONCLUSÕES
INTRODUÇÃO
Os aços rápidos mantém dureza elevada (1000 HV – 65 a 75 HRC) durante o corte de materiais em altas velocidades.
São utilizados para fabricação de ferramentas de corte (fresas, brocas, serras etc.) que necessitam de elevada resistência ao desgaste e manter a dureza elevada em altas temperaturas (48 HRC em 593ºC).
Quando temperados e revenidos apresentam microestrutura composta de carbonetos primários e uma matriz de martensita reforçada de carbonetos secundários.
Classificação AISI (American Iron Steel Institute):
•Grupo M – aços rápidos ao molibdênio ou molibdênio-tungstênioPrincipais elementos de liga: Mo, W, Cr, V, Co e C.
•Grupo T – aços rápidos ao tungstênioPrincipais elementos de liga: W, Cr, V, Co e C.
Atualmente, aços semi-rápidos, contendo menores quantidades de elementos de liga são bastante utilizados devido a sua favorável relação custo/benefício.
A produção dos aços rápidos envolve fusão, fundição, deformação plástica a quente e a frio e tratamentos térmicos.
A microestrutura bruta de fundição é constituída de dendritas de austenita e de uma rede de carbonetos primários interdendríticos.
Para otimizar a microestrutura, as propriedades e o desempenho do material, os lingotes são trabalhados mecanicamente para quebrar a rede de carbonetos.
Como resultado, o material trabalhado e recozido apresenta carbonetos dispersos numa matriz ferrítica.
Principais tipos de carbonetos:
•MC – Principalmente vanádio (pode ter Zr, Nb e Ti) São carbonetos primários. Estrutura CFC
•M6C – Principalmente tungstênio e molibdênio (pode ter Cr e V) Também são carbonetos primários. Estrutura CFC
•M23C6 - Geralmente é cromo, mas pode dissolver W e Mo São carbonetos secundários. Estrutura CFC
•M2C - Principalmente tungstênio e molibdênio São carbonetos secundários. Estrutura HC
Microestrutura do aço AISI M2 recozido
Ataque eletrolítico com 1% ácido crômicoAumento: 2000 x
Processo de laminação a frio: Produto – serra fita para metais
Durante a laminação a frio dos aços, ocorre endurecimento por deformação (encruamento), a dureza aumenta e a ductilidade diminui, dificultando a deformação.
Os aços rápidos apresentam um encruamento muito alto devido à alta quantidade de carbonetos, que dificultam a mobilidade das discordâncias.
Após a deformação a frio, com o intuito de amolecer o material encruado, é realizado um recozimento sub-crítico, abaixo da temperatura Ac1, no qual ocorre a recristalização.
As temperaturas de transformação Ac1 e Ac3, para o aço M2 são, respectivamente 810ºC e 850ºC.
MATERIAIS E MÉTODOS
Materiais utilizados:
Aços rápidos denominados AISI M2 e ABC III de procedência alemã.
AISI M2: espessura do material laminado a quente: 3,20 mmABC III: espessura do material laminado a quente: 2,90 mm
Especificação de composição química: DIN EN ISO 4957(% em massa)
C Mn P S Si Cr Mo V W
M2 0,86 a 0,94
0,40 máx.
0,03máx.
0,03 máx.
0,45 máx.
3,80 a 4,50
4,70 a 5,20
1,70 a 2,10
5,90 a 6,70
ABC III 0,95 a 1,03
0,40 máx.
0,03 máx.
0,03 máx.
0,45 máx.
3,80 a 4,50
2,50 a 2,90
2,20 a 2,50
2,70 a 3,00
Curvas de endurecimento por deformação:
Os aços foram laminados em temperatura ambiente, com reduções de espessura variando entre 3% e 50%, em um laminador industrial. As amostras obtidas foram usadas para determinar as curvas de endurecimento por deformação.
Ensaio de dilatometria:
Objetivo foi determinar as temperaturas de transformações dos aços. A partir das tiras laminadas a quente, foram usinados corpos-de-
prova com formato cilíndrico. Cada amostra foi aquecida até 1050°C, permanecendo por 1 minuto e, em seguida resfriada ao ar. Foi utilizada taxa de aquecimento de 1°C/s para cada amostra.
Curvas de recozimento isotérmico:
Foram determinadas curvas de recozimento isotérmico, onde as amostras com 25% de redução foram recozidas a 750°C, com duração de 15, 30, 60, 120, 240 e 480 minutos.
Curvas de amolecimento:
Amostras com 25% de redução foram submetidas a recozimentos com duração de 1 hora, em temperaturas entre 100ºC e 750ºC. Foi utilizado forno mufla de laboratório com aquecimento resistivo e o resfriamento foi em água.
Caracterização microestrutural:
Foram realizadas com o auxílio de microscopia eletrônica de varredura, onde foram utilizados elétrons secundários (SE) e retro-espalhados (BSE). Foram realizadas também análise por dispersão de energia (EDS) para caracterização dos carbonetos e (EBSD) para verificar detalhes microestruturais da evolução da recristalização.
Ensaios mecânicos:
Foi realizado ensaio de tração para caracterização das amostras no estado “como recebido”. O ensaio de dureza foi realizado na determinação das curvas de endurecimento por deformação e na avaliação das amostras após recozimento. A carga utilizada foi de 10 kg.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Caracterização das amostras no estado “laminado a quente”:
Composição química: (% em massa)
O aço AISI M2 apresenta maiores teores de Mo e W, enquanto que o aço ABC III apresenta maior teores de C e V.
Demais elementos apresentam teores similares.
C Mn P S Si Cr Mo V W
AISI M2 0,904 0,365 0,026 0,001 0,294 4,310 4,500 1,780 6,710
ABC III 0,950 0,473 0,022 0,002 0,319 4,090 2,720 2,280 2,810
Caracterização das amostras no estado “laminado a quente”:
Microscopia eletrônica de varredura: AISI M2 e ABC III
ABC III – Nital 3% - Aumento: 3000x
AISI M2 - Nital 3% - Aumento: 3000x
Caracterização das amostras no estado “laminado a quente”:
Microscopia eletrônica de varredura (SE e BSE) : AISI M2
BSE – Nital 3% - Aumento: 3000x
SE – Nital 3% - Aumento: 3000x
Caracterização das amostras no estado “laminado a quente”:
Identificação dos carbonetos (EDS): AISI M2
Carbonetos constituídos principalmente por V (tipo MC)
Caracterização das amostras no estado “laminado a quente”:
Identificação dos carbonetos (EDS): AISI M2
Carbonetos constituídos principalmente por W (tipo M6C)
Caracterização das amostras no estado “laminado a quente”:
Microscopia eletrônica de varredura (SE e BSE) : ABC III
BSE – Nital 3% - Aumento: 3000x
SE – Nital 3% - Aumento: 3000x
Caracterização das amostras no estado “laminado a quente”:
Identificação dos carbonetos (EDS): ABC III
Carbonetos constituídos principalmente por V (tipo MC)
Caracterização das amostras no estado “laminado a quente”:
Identificação dos carbonetos (EDS): ABC III
Carbonetos constituídos principalmente por W (tipo M6C)
Caracterização das amostras no estado “laminado a quente”:
Propriedades mecânicas:
Observa-se grande similaridade nos resultados encontrados.
Dureza Vickers (HV10)
Limite Resistência (MPa)
Limite Escoamento (Mpa)
Alongamento % (A080)
AISI M2 249,8 781 398 14,6
ABC III 242,6 795 421 14,9
Caracterização das amostras no estado “laminado a quente”:
Ensaio de dilatometria: AISI M2 e ABC III
0 200 400 600 800 1000-40
0
40
80
120
160
Material: Aço ABCIIIl0=11,52mmTaxa de aquecimento: 1°C/s
200°C
880°C
815°C
Dila
taçã
o (
m)
T (°C)
0 200 400 600 800 1000-40
0
40
80
120
160
Material: Aço M2l0=11,94mmTaxa de aquecimento: 1°C/s
Dila
taçã
o (
m)
T (°C)
250°C
880°C
825°C
Caracterização das amostras no estado “laminado a quente”:
Ensaio de dilatometria:
Resumo
Tx. Aq. (ºC/s) Ac1 (ºC) Ac3 (ºC) Ms (ºC)
AISI M2 1 825 880 250
ABC III 1 815 880 200
Endurecimento por deformação: Laminação a frio
Curvas de Endurecimento por Deformação
235
245
255
265
275
285
295
305
315
325
335
345
355
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Redução (%)
Dureza (HV10)
ABC III
M2
Curvas de amolecimento:
Nota-se na etapa final de amolecimento uma maior resistência do aço
ABC III.
Curvas de Amolecimento - 1 hora
250
260
270
280
290
300
310
320
330
340
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Temperatura (ºC)
Dureza (HV10)
ABC III
M2
Curvas de recozimento isotérmico após 25% de deformação:
Nota-se que o aço AISI M2 apresenta recuperação e recristalizaçãolevemente mais rápidas em comparação ao aço ABC III.
Recozimento Isotérmico - 750 ºC
255
260
265
270
275
280
285
290
295
300
305
310
315
320
325
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Tempo (min.)
Dureza (HV10)
ABC III
M 2
Análise com difração de elétrons retroespalhados : Microtextura
Aço ABC III – recozido a 750 ºC por 1 hora
Nota-se a presença de precipitados (regiões escuras) de grãos recristalizados e de sub- grãos.
Evidências de recristalização incompleta.
Análise com difração de elétrons retroespalhados : Mesotextura Aço ABC III – recozido a 750 ºC por 1 hora
Presença de contornos de alto ângulo (linhas escuras) e contornos de baixo ângulo (linhas vermelhas).
Evidências de recristalização incompleta.
Efeito da presença de partículas na recristalização:
O comportamento da recristalização de uma liga contendo precipitados indeformáveis plasticamente depende basicamente do diâmetro médio das partículas e do espaçamento interpartículas.
Durante a deformação de uma liga com partículas grosseiras (maiores do que 1 µm) e indeformáveis, ocorre uma deformação acentuada nas vizinhanças dos precipitados, pois a deformação é acomodada somente na matriz. A nucleação da recristalização é favorecida nessas regiões devido à alta desorientação do reticulado.
Partículas com diâmetro médio inferior a 1 µm e homogeneamente distribuídas, causam maior homogeneidade na distribuição de defeitos e ancoramento dos sub-contornos. Esses dois efeitos podem dificultar a nucleação da recristalização.
Efeito da presença de partículas na recristalização:
Outro parâmetro importante na análise do efeito de dispersões de partículas na recristalização é a distância média entre precipitados.
Partículas maiores tem efeito retardador quando é pequeno o espaçamento entre elas, sendo que, a medida que o espaçamento aumenta, o efeito passa a ser acelerador.
Pode-se concluir que o único caso em que a presença de soluto ou impurezas acelera a recristalização é quando eles estão presentes na forma de partículas grosseiras (suficientemente espaçadas) antes da deformação e do recozimento. Dispersões finas de precipitados presentes antes da deformação ou precipitação durante a recuperação ou a recristalização atrasam a recristalização.
Efeito da presença de partículas na recristalização
Pode-se supor que os carbonetos primários presentes nas microestruturas dos dois aços estudados neste trabalho podem, devido às suas dimensões, atuar como estimuladores da recristalização ao seu redor. Por outro lado, o pequeno espaçamento entre precipitados e a eventual precipitação durante o recozimento após a deformação a frio podem contribuir para atrasar a recristalização.
A maior resistência ao amolecimento apresentada pelo aço ABC III, em comparação com o aço AISI M2, pode ser explicada pelo seu teor mais alto de carbono. Conforme foi mencionado anteriormente, o menor espaçamento entre partículas e a ocorrência de precipitação durante a recuperação podem atrasar a recristalização.
CONCLUSÕES
As análises microestruturais dos aços ABC III e AISI M2 no estado “como recebido” mostram que, tanto a morfologia quanto a distribuição dos carbonetos são diferentes entre os dois aços.
Os dois aços apresentaram curvas muito similares de endurecimento por deformação.
Durante o recozimento das amostras encruadas, verifica-se que o aço AISI M2 apresenta recuperação e recristalização levemente mais rápidas quando comparado com o ABC III.
A análise das curvas de amolecimento mostrou que na etapa final do amolecimento, ou final de recristalização, os dois aços apresentam diferenças significativas.
Utilizando-se análises por difração de elétrons (microtextura e mesotextura) observou-se que o aço ABC III apresenta recristalização incompleta, quando recozidas a 750 ºC por 1 hora.
Muito obrigado pela atenção!
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