Têmpera e partição em aço inoxidável martensítico com ênfase na caracterização microestrutural e mecânica - Marques, Murilo Carmelo Satolo (2023)
O tratamento térmico de Têmpera e Partição (T&P) foi desenvolvido com o objetivo de produzir microestruturas multifásicas constituídas por martensita e frações significativas de austenita retida. A microestrutura gerada por esse tratamento térmico pode resultar em uma interessante combinação de ductilidade e resistência. No campo dos aços inoxidáveis, os martensíticos do sistema ternário Fe–Cr–C possuem maior resistência e dureza. Essas características fazem com que aços inoxidáveis martensíticos sejam utilizados em aplicações que requerem um bom nível de resistência mecânica e ao desgaste atrelado a uma moderada resistência à corrosão. O equilíbrio entre resistência e ductilidade dos aços inoxidáveis martensíticos pode ser controlado no processo de têmpera e revenimento, no entanto os resultados são inferiores em comparação com outros aços martensíticos convencionais. Para ampliação do seu campo de aplicações, é necessário melhorar a relação entre resistência e ductilidade. Neste contexto, o presente trabalho corresponde a um estudo do tratamento térmico de têmpera e partição aplicado em duas ligas de aço inoxidável martensítico comercial. Os ciclos de T&P foram definidos a partir de revisão atualizada da literatura e da avaliação dos tratamentos térmicos exploratórios. Desta maneira, simulações foram realizadas utilizando a dilatometria, sendo que as taxas selecionadas para o ensaio foram determinadas para produzir curvas de aquecimento e resfriamento similares às obtidas com os equipamentos disponíveis no centro de pesquisa da empresa Aperam South America. Diferentes frações de austenita retida nas amostras foram obtidas por meio da variação da temperatura de interrupção do resfriamento no processo de têmpera (TQ), sendo este o único parâmetro a variar entre os ciclos. Foram produzidos mais de 420 corpos de prova para as caracterizações mecânica e microestrutural. Os corpos de prova foram tratados em fornos de laboratório com resfriamento por ar forçado. Para garantir os parâmetros durante o tratamento térmico, utilizou-se um dispositivo de fixação das peças e um sistema de monitoramento por termopares da temperatura e tempo durante todo o processo. Para a caracterização, utilizou-se a análise metalográfica (MO e MEV), EDS, EBSD, DRX e medição de densidade. As propriedades mecânicas foram determinadas pelos ensaios de dureza, tração e impacto. Como resultado, o conjunto de caracterizações evidenciou que, à medida que aumenta a fração de austenita retida no material, há uma redução da sua estabilidade mecânica, resultando em redução do limite de escoamento. Os alongamentos uniforme e total se mantiveram com pouca variação nas amostras que apresentaram fração de austenita retida mecanicamente estável. Nessa condição não se observou o surgimento do efeito TRIP (transformation induced plasticity) nas amostras. Por outro lado, observou-se para essas amostras um aumento na energia absorvida em função do aumento da fração de austenita retida estável mecanicamente. Na condição que apresentou a melhor relação de limite de resistência e ductilidade, se torna evidente o efeito TRIP, atingindo um alongamento total na ordem de 22%, valor este muito superior à condição de temperado e revenido convencional, na ordem de 12 a 15%. Para esta condição, a resistência ao impacto ainda foi razoável, porém não sinalizou maiores valores, atribuindo-se esta resposta à instabilidade mecânica da austenita. A caracterização microestrutural revelou que o processo de T&P promoveu a formação de bandas de austenita na região central da chapa. Esse fenômeno, de forma isolada, não representa redução das propriedades mecânicas. Entretanto, com o aumento do teor de Carbono na liga, foi evidenciada a formação de uma região frágil composta por bandas de austenita retida, carbonetos alinhados e precipitação no contorno de grão.