Efeitos da fragilização a 475°C na microestrutura e no comportamento em fadiga de um aço inoxidável lean duplex UNS S32304 por meio de metodologias não usuais.

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2024
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Resumo
O objetivo deste trabalho foi desenvolver e demonstrar a eficácia de metodologias mais acessíveis, simples e de baixo custo para estudo da evolução dos mecanismos de degradação por fadiga em ligas metálicas e monitoramento indireto da evolução da fragilização a 475°C em aços inoxidáveis duplex por microscopia de varredura por sonda mecânica (MVS). Um aço inoxidável lean duplex UNS S32304, laminado a quente na forma de chapa com espessura de 10mm, foi utilizado para confirmar a validade de ambos os métodos. A metodologia para estudo das etapas de iniciação e propagação de trincas por fadiga consistiu do projeto e construção de um dispositivo adaptado à máquina de ensaios mecânicos servo-hidraúlica para realização dos ensaios de fadiga em corpos de prova na forma de discos medindo 10mm de diâmetro por 1mm de espessura. Os corpos de prova foram submetidos ao carregamento cíclico tendo a borda de uma de suas faces apoiada no alojamento da parte inferior do dispositivo e um punção com ponta esférica apoiado sobre a outra face, exercendo o esforço cíclico. A face dos corpos de prova voltada para baixo durante os ensaios de fadiga foi previamente polida mecanicamente e eletroliticamente para revelar a microestrutura e possibilitar monitoramento da degradação por fadiga em escala microscópica. O carregamento cíclico induziu um estado de tensões multidirecional de tração pulsante nesta face. Análises microestruturais foram realizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) antes de submeter os corpos de prova aos ensaios de fadiga e após a realização destes com interrupções predefinidas para monitorar a evolução da degradação por fadiga até que esta degradação fosse considerada como falha do corpo de prova, que ocorreu quando trincas dominantes ultrapassaram 1mm de comprimento. A metodologia para monitoramento da evolução da fragilização a 475°C consistiu da análise por MVS da superfície de amostras do aço na condição como recebido e após envelhecimento a 475°C com tempos entre 1 e 100 horas de duração. Essa metodologia foi possível partindo do pressuposto de que as propriedades eletroquímicas da fase ferrita são alteradas em função da evolução da fragilização a 475°C enquanto que as mesmas propriedades da fase austenita permanecem inalteradas uma vez que esta fase é estável a 475°C. Assim, o comportamento da fase ferrita durante o polimento eletrolítico varia em função do tempo de envelhecimento e a técnica de caracterização por MVS possui resolução suficiente, principalmente no eixo normal à superfície, para detectar essas variações. Logo, a validação deste método foi realizada a partir da comparação das medições realizadas nas imagens obtidas por MVS em função do tempo de envelhecimento com alterações anteriormente observadas nas propriedades mecânicas de dureza e tenacidade ao impacto. Complementarmente, amostras deste aço nas condições como recebido e após envelhecimento a 475°C por 100 horas, antes e depois de ser submentido a carregamento cíclico por fadiga, foram analisadas por microscopia eletrônica de transmissão (MET) para confirmar a natureza de transformação da fase ferrita bem como os seus efeitos no comportamento em fadiga. A metodologia desenvolvida para estudo dos mecanismos de degradação por fadiga se mostrou eficaz, permitindo identicar e monitorar desde os estágios iniciais os eventos de deformação plástica cíclica que ocorrem na superfície dos corpos de prova e também relacionar estes eventos com os efeitos dos tratamentos térmicos que o aço foi submetido. Além disso, também foi possível identificar os estágios iniciais de nucleação e de crescimento de trincas bem como suas relações com os aspectos microestruturais do aço e seu histórico térmico. A metodologia desenvolvida para monitoramento da evolução da decomposição da fase ferrita em aços inoxidáveis duplex (fragilização a 475°C) por MVS e testado em um aço inoxidável lean duplex UNS S32304 se mostrou eficaz uma vez que foi possível realizar medições dos aspectos da superfície das amostras que sofreram alteração em função do tempo de envelhecimento a 475°C e essas alterações puderam ser comparadas com as mesmas que ocorrem nas propriedades mecânicas do aço. As análises por MET permitiram confirmar a natureza de transformação da fase ferrita em α (rica em Fe) e α’ (rica em Cr) por decomposição espinodal.
Descrição
Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
Palavras-chave
Aço - fadiga, Sondagem, Metais - fadiga, Metais - propriedades mecânicas, Deformações - mecânica
Citação
REIS, Thompson Junior Avila. Efeitos da fragilização a 475°C na microestrutura e no comportamento em fadiga de um aço inoxidável lean duplex UNS S32304 por meio de metodologias não usuais. 2024. 276 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2024.