Princípios estruturais de formação e evolução da austenita expandida sob condições extremas de pressão e temperatura - Oliveira, Willian Rafael de (2021)
Estudou-se aspectos básicos de formação e evolução da austenita expandida por N ( ou fase S), principalmente no que tange às características de tensão e deformação causadas na rede cristalina pelo soluto intersticial. Empregou-se uma abordagem teórico-experimental para a análise estrutural da formação, anisotropia, evolução e decaimento da fase S sob condições extremas, fundamentada no transporte e conservação de massa, termodinâmica e mecânica dos sólidos. Para isso, três experimentos principais foram realizados. () Primeiramente, avaliou-se a natureza da fase S produzida em aços inoxidáveis austeníticos com diferentes estequiometrias e sua correlação com os parâmetros de implantação iônica por imersão em plasma (PIII, do inglês Plasma Immersion Ion Implantation), por meio do estudo da conservação de massa na rede cristalina. () Por meio da caracterização estrutural in-situ realizada durante o tratamento térmico na linha de luz XRD-2 do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) avaliou-se a difusão de N na fase S e a correlação entre a distribuição inicial de solutos com a evolução térmica do sistema, que contempla os aspectos anisotrópicos e termodinâmicos da transição da fase metaestável (). () O terceiro experimento consistiu na caracterização estrutural in situ das superfícies modificadas submetidas a altas pressões (na faixa de GPa) na linha XDS do LNLS, que permitiu estender a discussão para a formação e a anisotropia intrínseca da fase S. Os fenômenos de taxa de entrada de N, difusão, anisotropia e transição de fases podem acontecer ao mesmo tempo em uma nitretação. As principais contribuições do trabalho estão nas conexões entre esses fenômenos, geralmente tratados de maneira distinta na literatura. O transporte de massa que ocorre na formação da fase S pode ser descrito pela equação da continuidade aplicada ao fluxo de N através da camada modificada. Considera-se a taxa de entrada de N (a qual depende dos parâmetros de nitretação) e a taxa de saída (controlada pela difusão no material), assim como a distribuição e redistribuição de N no volume. A concentração de N () retido está associada a tensão e a deformação causada pelo soluto intersticial, de maneira que foi possível caracterizar a deformação e a anisotropia da fase S através da PIII, que incluiu a análise tanto da variação de parâmetros de implantação quanto a composição química, que influenciam diretamente o transporte de massa. A partir do experimento de altas pressões, o módulo volumétrico direcional [] foi medido tanto para a fase S () quanto para a austenita (), onde se constatou a transição 〈100〉> 〈111〉 para 〈100〉< 〈111〉, após a inserção de N, enquanto o módulo de elasticidade transita de 〈100〉< 〈111〉 para 〈100〉> 〈111〉 devido à inversão do fator anisotrópico de >1 para <1. Os módulos de elasticidade medidos para o substrato foram [200]=110 e [111]=312 , e para a fase S, [200]=190 e [200]=74 , em boa concordância com previsões teóricas. A partir da evolução térmica, concluiu-se que há uma simetria com a evolução anisotrópica que pode ser simulada. Além disso, os parâmetros iniciais de nitretação e composição do material determinam a distribuição de N, o que afetará a mobilidade e a transição de fases na camada modificada.