EM TRANSFORMAÇÃO DE FASES

Apresentação em tema: "EM TRANSFORMAÇÃO DE FASES"— Transcrição da apresentação:

1 EM 440 - TRANSFORMAÇÃO DE FASES
AÇOS INOXIDÁVEIS "STAINLESS STEEL" EM TRANSFORMAÇÃO DE FASES Turma: A Sala: CB-16 Campinas, 18 de Novembro de 2005

2 Aços Inoxidáveis Austeníticos – A. F. Padilha & L. C. Guedes – Ed
Aços Inoxidáveis Austeníticos – A. F. Padilha & L. C. Guedes – Ed. Hemus Aços e Ferros Fundidos – Vicente Chiaverini – Ed. ABM Materiais para Equipamentos e Processos – Pedro C. Da Silva Telles – Ed. Interciência Apresentação. BIBLIOGRAFIA

3 1. INTRODUÇÃO Introdução; Constituição e Diagrama de Equilíbrio;
Aços Inoxidáveis Martensíticos; Aços Inoxidáveis Ferríticos; Aços Inoxidáveis Austeníticos; Aços Inoxidáveis Duplex; Aços Inoxidáveis Endurecíveis por Precipitação; Aplicações e Resumos 1. INTRODUÇÃO

4 1. INTRODUÇÃO 1.a) Definição
Os aços inoxidáveis são ligas ferro-cromo que contém, tipicamente, um teor acima de 12% de cromo. A partir desse teor e em contato com oxigênio ocorre a formação de uma fina película de óxido de cromo sobre a superfície do aço, que é impermeável e insolúvel nos meios corrosivos usuais. Apresenta, em geral, maior resistência à oxidação a alta temperatura em relação a outras classes de aços. Aços Inoxidáveis são ligas a base de ferro com, no mínimo 10,5%Cr. Eles alcançam esta característica em função da formação de um filme superficial transparente e aderente de óxido rico em cromo. Este óxido se forma e se mantém na presença de oxigênio. 1. INTRODUÇÃO Ni, Mo, Cu, Ti, Al, Si, Ni, N, S e Se C < 0,03%p (máx. ~1%p)

5 1. INTRODUÇÃO 1.b) Classificação Aços Inoxidáveis Martensíticos;
Aços Inoxidáveis Ferríticos; Aços Inoxidáveis Austeníticos; Aços Inoxidáveis Duplex (ferrítico-austenítico); Aços Inoxidáveis Endurecidos por Precipitação. 1. INTRODUÇÃO

6 1. INTRODUÇÃO 1.c) Histórico
Alemanha (20%Cr 7%Ni) - Aço Inoxidável Austenítico; Inglaterra (12,8%Cr 0,24%C) – Aço Inoxidável Martensítico; 1913 – (16%Cr 0,015%C) – Ferrítico; 1945 – EUA – (U.S. Steel) – Aço Inoxidável Endurecido por Precipitação; 1950 – EUA – Escasses de Ni – Aços Inoxidáveis com Mg e N em substituição parcial de Ni (AISI 200); 1970 – EUA – (Processo OAD) – Permitiu a redução drástica de C sem perda acentuada de Cr para escória – Carga menos cara; ~1970 – LC – Custo e Homogenidade Química; 2005 – Aço Inoxidável de Alto Desempenho. 1. INTRODUÇÃO

7 Resistência dos Aços Inoxidáveis em Função da Temperatura
1.d) Importância Resistência dos Aços Inoxidáveis em Função da Temperatura 1. INTRODUÇÃO

8 1. INTRODUÇÃO 1.d) Importância Fenômeno da Passivação película estável
impermeável aderente alta veloc. formação 1. INTRODUÇÃO

9 1. INTRODUÇÃO 1.d) Importância Tipos de Corrosão
corrosão intergranular - sensitização corrosão sob tensão - meios agressivos (soluções de Cl) corrosão por pites - meios com solução aquosa de Cl e Br condições da superfície - grosseira, fissuras Sensitização - corrosão intercristalina diminuição teor de Cr - corrosão intergranular solução: C em baixos teores < 0,1% uso de elementos de liga - Ti, V, Nb teor de Cr acima de 12% tratamento térmico - solubilização e resfr. rápido 1. INTRODUÇÃO

10 1. INTRODUÇÃO 1.e) Produção Krupp (Alemanha) 1918 - 18 ton BASF
1995 – ton (2/3 austenítico) 1. INTRODUÇÃO

11 2. CONSTITUIÇÃO & DIAGRAMAS DE EQUILÍBRIO
LIMITAÇÕES DOS DIAGRAMAS DE FASES Equlíbrio dificilmente é atingido Ex.1: Precipitação de fase sigma () em AISI 316; Ex. 2: Não mostram as fases metaestáveis; 2. CONSTITUIÇÃO & DIAGRAMAS DE EQUILÍBRIO Limitações Geométricas (n° de componentes relevantes) Ex.1: INOX mais simples tem 6 elementos; SISTEMAS A SEREM ANALISADOS C-Cr Fe-Cr Fe-Cr-C Fe-Cr-Ni Fe-Cr-Ni-Mo

12 Efeito de Cr no campo austenítico
2.a) Sistema C-Cr Cr Vs. C 2. CONST. E DIAG. EQUIL. Efeito de Cr no campo austenítico

13 2. CONST. E DIAG. EQUIL. 2.b) Sistema Fe-Cr
Para qualquer [Cr ] se forma primeiramente ferrita δ (CCC); Cr é ferritizante; Em ligas comercias normalmente encontramos ainda N e C (austenitizantes);

14 2. CONST. E DIAG. EQUIL. -pequenos teores ampliam muito γ (26%Cr em 0,19%C e 0,02%N); -aumento da T de trasnformação α/γ (1250°C para 26%Cr)

15 2. CONST. E DIAG. EQUIL. -fase  (sigma 44-50%Cr) p/ ligas 20 a 70%Cr;
-precipitado α’ não magnético, ccc, 61~83%Cr; -proposta de um gap de miscibilidade abaixo da estabilidade de ; -decomposição eutetóide p/ligas 15~70%Cr em T 400~550°C e inicia em 440±20°C; - Tenacidade e dutilidade diminuem + -fragilização e redução de resistência a corrosão em ligas a 475°C (reversível); 2. CONST. E DIAG. EQUIL.

16 2.c) Sistema Fe-Cr-C 2. CONST. E DIAG. EQUIL. 6%Cr 12%Cr 18%Cr

17 2. CONST. E DIAG. EQUIL. 2.d) Sistema Fe-Cr-Ni 1300°C 1200°C 1100°C
Aços Inoxidáveis e Resistentes ao Calor – parcialmente ferritica ou totalmente austenitica e ainda sigma.

18 2.d) Sistema Fe-Cr-Ni DIAGRAMA DE SCHAEFFLER A A+F M F A+M A+M+F M+F
30 25 A 20 % Equivalente de Ni A+M A+F 15 10 M A+M+F M+F F 5 5 10 15 20 25 30 35 40 % Equivalente de Cr Cr equival. = Cr + Mo + 1,5x%Si + 0,5x%Nb Ni equival. = Ni + 30x%C + 0,5x%Mn

19 2.d) Sistema Fe-Cr-Ni-Mo
Molibdênio: alfagênico e provoca fases intermediárias (fase de Laves Fe2Mo (η) fase Fe36Cr12Mo10 (χ) e estabiliza o carboneto M6C). 2. CONST. E DIAG. EQUIL.

20 Essencialmente ligas de Cr (10,5~18%) e C (~1,2%) com estrutura martensítica (ambos são balanceados) com carbeto disperso; C aumenta dureza mas favorece sensitização; Trabalhável a frio e a quente, pcp quando C é baixo; Pouco carboneto no CG; Ferromagnético; Endurecível por tratamento térmico; Relativamente POUCO resistente a corrosão; Tempera pode melhorar a resistência a corrosão; Nb, Si, W e V modificam a resposta de revenido após o endurecimento; Excesso de Carboneto pode estar presente para aumentar a resistencia ao desgaste ou manter o poder de corte; Pouco de Ni pode elevar a resistência corrosão e a tenacidade; S e/ou Se aumenta a usinabilidade; Revenido a baixa T (150°C a 400°C); 3. MARTENSÍTICO

21 3.a) Composição Química 3. MARTENSÍTICO

22 3.b) Propriedades 3. MARTENSÍTICO

23 3. MARTENSÍTICO 3.c) Microestrutura
Material: AISI / SAE 440 C DIN x105CrMo17 Composição Química: 3. MARTENSÍTICO Microestrutura: Martensita Fina com dispersão de Carbonetos de Cromo. Aumento: 100 x Ataque: Marble (tempo: 10 s) Fonte: ABNT NBR 5601/1981 Dureza: 53HRc Aplicação: Facas, canivetes, rolamentos.

24 3. MARTENSÍTICO 3.c) Microestrutura
Material: AISI / SAE 420 Modificado DIN x20Cr13 Composição Química: 3. MARTENSÍTICO Fonte: ABNT NBR 5601/1981 Microestrutura: Grãos de Ferrita com dispersão homogênea de Carbonetos Complexos de Ferro / Cromo. Material sofreu Tratamento de Recozimento de Coalescimento. Aumento: 400 x. Ataque: Reagente Marble (tempo: 10 a 15 s) Dureza: 186 HB Aplicação: Instrumentos cirúrgicos e dentários, eixos, peças de bombas e válvulas, pás, moldes para plásticos e ind. de vidros.

25 3. MARTENSÍTICO 3.c) Microestrutura
Material: AISI / SAE 420 Modificado I DIN x20Cr13 3. MARTENSÍTICO Microestrutura: matriz formada por grandes quantidade de carbonetos de cromo coalescidos em um fundo de ferrita. Aumento: 800 x Ataque: Reagente Marble (tempo: 10 a 15 s)

26 3. MARTENSÍTICO 3.c) Microestrutura Material: AISI / SAE 420F
Composição Química: 3. MARTENSÍTICO Microestrutura: Matriz ferrítica com presença de inclusões de Sulfeto de Manganês (MnS) e precipitação de pequenos Carbonetos de Cromo esferoidizados. Material no estado Recozido e Coalescido. Aumento: 400 x Ataque: Marble (tempo: 10 s) Fonte: ABNT NBR 5601/1981 Aplicação: Instrumentos cirúrgicos e dentários, eixos, peças de bombas e válvulas, pás, moldes para plásticos e ind. de vidros.

27 3. MARTENSÍTICO 3.c) Microestrutura Material: AISI / SAE 410
Composição Química: 3. MARTENSÍTICO Fonte: ABNT NBR 5601/1981 Microestrutura: Matriz formada por Martensita Revenida, com presença de pequenos Carbonetos Coalescidos (3%). Microestrutura típica do Tratamento Térmico de Têmpera e Revenimento. Aumento: 200 x Ataque: Marble (tempo: 10 s). Dureza: 46,5 HRc Aplicação: Utilizado em ambientes onde a corrosão não é muito severa, como ar, água.

28 Essencialmente ligas de Cr (10,5~30%) e C (~1,2MAX%) com estrutura cristalina CCC (ferrítica) e carbonetos dispersos; Não são endurecíveis por solubilização e têmpera então são utilizadas no estado recozido; Ferromagnético; Mo, Si, Al, Ti, Nb para caraterística específicas; S e/ou Se aumenta a usinabilidade; Baixa Ductilidade; Baixa Formabilidade; Relativamente Pobre Resistencia a tensões em altas temperaturas; Tenacidade limitada em baixas temperaturas e seções grossas; Susbtitui Fe-Cr-Ni-C em aplicações de resistência a corrosão com menos custo. 4. FERRÍTICO

29 4. FERRÍTICO 4.a) Composição Química AISI C Cr Outros 405 0,08
11,5 - 13,5 Al (0,1 – 0,3) 406 0,15 12 – 14 Al (3,5 – 4,5) 430 0,12 14 – 18 - 430 F Pou S ou Se (0,07) Mo ou Zr (0,6) 442 0,2 18 – 23 443 Cu (0,9 – 1,25) Si (0,75) Ni (0,5) 446 0,35 N (0,25) 4. FERRÍTICO

30 4. FERRÍTICO 4.b) Propriedades AISI LRT kg/mm² LE kg/mm² Along. %
Dureza Brinell RChoque kgm 405 42 24,5 20 2,8-4,8 406 59,5 - 25 430 45,5 20 – 35 2,1-4,8 430 temp. 105 77 3 430 F 49 31,5 15 – 30 442 52,5 30 – 35 0,7-2,1 446 56 35 0,1-1,4 4. FERRÍTICO

31 4. FERRÍTICO 4.c) Microestrutura Material: AISI / SAE 430 DIN x8Cr17
Composição Química: 4. FERRÍTICO Fonte: ABNT NBR 5601/1981 Microestrutura: Grãos de Ferrita Encruados provenientes de sua conformação (Laminação a frio). Observa-se a presença de Maclas. Aumento: 100 x Ataque: Marble (tempo: 10s) Dureza: 255 mHV (max 190HB) Aplicação: Estufas, churrasqueiras em geral, bandejas, revestimentos, tampo de mesas, grelhas.

32 4. FERRÍTICO 4.c) Microestrutura Material: AISI / SAE 430 DIN x8Cr17
Microestrutura: Grãos de Ferrita Encruados provenientes de sua conformação (Laminação a frio). Observa-se a presença de Maclas. Aumento: 400 x Ataque: Marble (tempo: 10 s).

33 4. FERRÍTICO 4.c) Microestrutura Aço Inox 430 Cr=16,5% C=0,15%
Recozido a 788 C - estrutura ferrítica com grãos equiaxiais e partículas de carbetos (100X) Temperado a partir de 1200 C -Matriz ferrítica com ilhas de martensita (500x)

34 Cr (16~26%), Ni (>35%) Mg (>15%)com estrutura cristalina CFC;
Atingida através de elementos austenitizantes (ex.: Ni, Mn, N); Não magnético na condição recozido; Melhor resistência a corrosão; Endurecível apenas por trabalho a frio; Exelentes propriedades criogênicas; Boa Resistência em altas temperaturas; Série 2xx (Ni e Mn); Mo, Cu, Si, Al, Ti e Nb melhoram certas características; S e/ou Se aumenta a usinabilidade; 5. AUSTENÍTICO

35 5. AUSTENÍTICO 5.a) Composição Química AISI C Cr Ni Mo Outros 302 0,15
17,5 8,3 303 8,5 0,15 min S 304 0,08 18,3 304 L 0,03 19 10 310 0,25 25 20 316 17 12 2,5 316 L 5. AUSTENÍTICO

36 5. AUSTENÍTICO 5.b) Propriedades 302 59,5 24,5 50-60 140-160 9,7-15,2
AISI LRT kg/mm² LE kg/mm² Along. % Dureza Brinell RChoque kgm 302 59,5 24,5 50-60 9,7-15,2 303 30-55 304 21 310 63 28 45-50 6,9-13,8 316 56 5. AUSTENÍTICO

37 5. AUSTENÍTICO 5.c) Microestrutura
Material: SAE / AISI 304 DIN x5CrNi189 Composição Química: 5. AUSTENÍTICO Fonte: ABNT NBR 5601/1981 Microestrutura: Matriz Austenítica. Aumento: 200 x Ataque: Marble (tempo: 10 s) Dureza: 282 HB Aplicação: Ind. química, farmacêutica e têxtil, do petróleo e do papel, instalações criogênicas em geral, pistões, parafusos.

38 5. AUSTENÍTICO 5.c) Microestrutura
Material: AISI / SAE DIN x5CrNiMo1810 Composição Química: 5. AUSTENÍTICO Fonte: ABNT NBR 5601/1981 Microestrutura: 95% de Austenita e 5% de Ferrita residual no sentido da conformação do material. Matriz proveniente de Recozimento. Aumento: 100 x Ataque: Marble (tempo: 10 s) Dureza: 156 HB Aplicação: Ind. química, farmacêutica e têxtil, do petróleo e do papel, peças utilizadas na construção naval e aplicações criogênicas em geral, utilizado nos meios mais corrosivos.

39 5. AUSTENÍTICO 5.c) Microestrutura Material: AISI / SAE 302
Composição Química: 5. AUSTENÍTICO Fonte: ABNT NBR 5601/1981 Microestrutura: Apresenta microestrutura formada por Grãos Encruados de Austenita e Ferrita, resultante do Processo de Trefilação a Frio do Arame. Material no estado Encruado. Aumento: 100 x Ataque: Marble Dureza: 52,5 HB Aplicação: Elementos arquitetônicos, equipamentos hospitalares e farmacêuticos, de ind. alimentícia e de bebidas, máquinas de embalagens, molas, peças de tubulações, utensílios domésticos, artigos esportivos.

40 Cr e Ni com estrutura cristalina misturada de ferrita (ccc) e austenita (cfc);
ccc/cfc é função da composição e do tratamento térmico; Maior parte das ligas contém iguais quantidades de fases quando recozido; Ni, Mo, Cu, Si, W balanço estrutural ou características de resistencia a corrosão; Resistência a corrosão igual ao Aço Inox Austenítico com liga similar; Resistência Mecãnica superior ao Aço Inox Austenítico com liga similar; Tenacidade intermediária entre ferrítico e ustenítico. 6. DUPLEX

41 6. DUPLEX 6.a) Composição Química
Ni – aumento da tenacidade e usinabilidade; Cr – resistência a corrosão; Mo – aumenta a resistência de corrosão por pitting; C – em baixos teores diminuem a corrosão intergranular

42 6. DUPLEX 6.b) Propriedades
Tensão de escoamento elevada: vantagem nos projetos de engenharia; Ductilidade menor que os austeníticos mas adequados às exigências de mercado; A resistência à corrosão depende principalmente dos teores de Cr e Mo; Em geral a grande quantidade de ferrita melhora a resistência à corrosão sob tensão;

43 6.c) Microestrutura 6. DUPLEX

44 Ligas Cr-Ni contendo elementos precipitantes (Cu, Al, Ti)
Pode ser tanto austenítico quanto martensítico quando no estado recozido; O austenítico frequentemente é transformado em martensítico em determinadas condições de tratamento térmico, inclusive com tratamento sub-zero e atingem alta resistência pela formação da martensita. 7. END. POR PRECIPITAÇÃO

45 7. END. POR PRECIPITAÇÃO 7.a) Composição Química AISI C Mn Si Cr Ni Mo
Outros W Inoxidável 0,07 0,5 16,75 6,75 - 0,8 Ti 0,2Al 17-4 PH 0,04 0,4 15,50 4,25 0,25 Nb 3,6 Cu 17-7 PH 0,7 17 7 1,15 Al PH 15-7 Mo 15 2,25 AM 350 0,1 0,75 0,35 16,5 0,1 N 7. END. POR PRECIPITAÇÃO

46 7.b) Propriedades 7. END. POR PRECIPITAÇÃO

47 8. APLICAÇÕES e RESUMOS FATORES DE SELEÇÃO: Resistência a Corrosão;
Características de Fabricação; Disponibilidade; Propriedades Mecânicas em variaçõesátípicas de temperaturas; Custo do produto. 8. APLICAÇÕES e RESUMOS

48 8. APLICAÇÕES e RESUMOS Martensíticos Austeníticos Ferríticos
são magnéticos, elevada resistência mecânica / dureza aplicáveis até 550oC lâminas turbinas, peças estruturais para aviões, engrenagens, esferas p/ rolamentos, instrumentos cirúrgicos, lâminas p/ navalhas Austeníticos não são magnéticos elevada resistência à corrosão / alta res. a fluência aplicáveis em alta temperatura (até 1200oC) aceitam grandes deformações (endurecem muito) difícil usinagem (devido ao encruamento) peças para fornos, parafusos, pias, tubos resistentes a meios agressivos, tanques para indústrias químicas, aplicações arquitetônicas (resistem a corrosão marinha ou urbana) 8. APLICAÇÕES e RESUMOS Ferríticos são magnéticos, mais baratos que os austeníticos baixas propriedades mecânicas (são moles), baixa resistência a fluência, boa trabalhabilidade, mas sem estampagem profunda como nos austeníticos só resistem a corr. atmosférica se houver lavagem frequente concent. sais adornos de automóveis, apar. eletrodomésticos, pias comuns.