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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Data
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.