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Título: Efeito da temperatura de austenitização na cinética de transformação martensítica do aço inoxidável ferrítico 410D (UNS S41003).
Autor(es): Oliveira, Daynara Faustina Moreira de
Orientador(es): Faria, Geraldo Lúcio de
Membros da banca: Faria, Geraldo Lúcio de
Godefroid, Leonardo Barbosa
Porcaro, Rodrigo Rangel
Palavras-chave: Martensita
Cinética química
Microestrutura
Tratamento térmico - austenitização
Data do documento: 2022
Referência: OLIVEIRA, Daynara Faustina Moreira de. Efeito da temperatura de austenitização na cinética de transformação martensítica do aço inoxidável ferrítico 410D (UNS S41003). 2022. 106 f. Monografia (Graduação em Engenharia Metalúrgica) - Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2022.
Resumo: O aço inoxidável ferrítico 410D (UNS S41003) é um material que possui uma composição química relativamente simples, com baixo teor de cromo e de elementos intersticiais. Consequentemente, ele pode ser oferecido no mercado com um custo relativamente baixo em comparação a outras classes de aços inoxidáveis. Por ser um material mais acessível, ele tem sido utilizado como uma alternativa mais econômica pelas empresas na confecção de seus produtos, substituindo equipamentos fabricados por aço carbono, numa tentativa de diminuir paradas com manutenções, advindas do processo de corrosão. Recentemente, foi observado que a combinação de uma microestrutura bifásica, composta por ferrita e martensita foi considerada uma alternativa interessante para a melhoria do seu desempenho mecânico. Nesse sentido, é importante obter informações mais detalhadas a respeito da transformação martensítica desse aço. Na literatura ainda existem lacunas de conhecimento sobre modelos de previsibilidade de modo a explorar quantitativamente e qualitativamente a transformação martensítica no presente aço. Nesse contexto, esse trabalho buscou avaliar o efeito da temperatura de austenitização sobre a cinética de transformação martensítica no aço 410D, com o intuito de ajudar na previsibilidade microestrutural dos produtos formados. Para isto, inicialmente foi feito uma caracterização do material em seu estado de entrega. Posteriormente, realizou-se algumas simulações termodinâmicas computacionais. Na sequência, foram executados ensaios dilatométricos para determinar as temperaturas críticas de austenitização do aço estudado. Com base nos resultados experimentais obtidos, foram escolhidas e definidas algumas temperaturas de austenitização intercríticas (entre Ac1 e Ac3) e outras supercríticas (maiores que Ac3), para a realização dos tratamentos térmicos de têmpera no dilatômetro. Dessa forma, para cada uma das temperaturas de austenitização selecionadas, foram realizados procedimentos dilatométricos com o intuito de determinar as temperaturas críticas de início (Ms) e final (Mf) da transformação martensítica. Após os ensaios de têmpera, os corpos de prova foram caracterizados e plotou-se diferentes curvas para a análise da cinética de transformação de fase. Por fim, realizou-se o modelamento cinético, ajustando a equação de Koistinen-Marburger, convencional e adaptada, aos dados experimentais obtidos. Com base nos resultados, foi observado que o aumento da temperatura de austenitização implicou no acréscimo de Ms e Mf. A quantidade de martensita formada nas amostras do aço aumentou com o acréscimo da temperatura de austenitização intercrítica. Além disso, a partir de 1050°C foi observado um aumento na fração volumétrica da fase ferrítica de elevada temperatura (ferrita delta-δ), o que acabou contribuindo para a redução da microdureza do material. Os modelos K-M e K-M modificados descreveram adequadamente a cinética de transformação de fase. Contudo, o modelo K-M modificado apresentou um melhor resultado, sendo possível prever com melhor aproximação a temperatura Ms. As amostras submetidas às maiores temperaturas de austenitização intercrítica alcançaram maiores velocidades de transformação de fase, atingiram a taxa máxima para menores graus de super-resfriamento da austenita, e alcançaram a velocidade máxima de transformação de fase formando uma maior fração de martensita na microestrutura do material. Com base nisso, pode-se afirmar que a variação da temperatura de austenitização, pode influenciar a cinética de transformação martensítica no aço 410D.
Resumo em outra língua: Ferritic stainless steel 410D (UNS S41003) is a material that has a relatively simple chemical composition, with a low content of chromium and interstitial elements. Consequently, it can be offered on the market at a relatively low cost compared to other stainless steel grades. As it is a more accessible material, it has been used as a more economical alternative by companies in the manufacture of their products, replacing equipment made of carbon steel, in an attempt to decrease maintenance downtime, resulting from the corrosion phenomenon. Recently, it was observed that the combination of a biphasic microstructure, composed of ferrite and martensite phases, was considered an interesting alternative to improve its mechanical performance. In this sense, it is important to obtain more detailed information about the martensitic transformation of this steel. In the literature there are still gaps in knowledge about predictability models in order to quantitatively and qualitatively explore the martensitic transformation in the present steel. In this context, this work sought to evaluate the effect of austenitizing temperature on the martensitic transformation kinetics in 410D steel, in order to help in the microstructural predictability related to the formed products. For this, initially, the material characterization in its as manufactured state was performed. Subsequently, some thermodynamic computer simulations were carried out. In sequence, dilatometric tests were performed to determine the critical austenitizing temperatures of the studied steel. Based on the obtained experimental results, some intercritical austenitizing temperatures (between Ac1 and Ac3) and other supercritical (greater than Ac3) austenitizing temperatures were chosen and defined for the performance of the quenching heat treatments in the dilatometer. Thus, for each of the selected austenitizing temperatures, dilatometric procedures were performed in order to determine the critical start (Ms) and final (Mf) temperatures of the martensitic transformation. After the quenching tests, the specimens were characterized and different curves were plotted with the aim to evaluate the kinetics of phase transformation. Finally, kinetic modeling was carried out, fitting the conventional and adapted Koistinen-Marburger equations to the measured experimental data. Based on the results, it was observed that the austenitizing temperature rising increased Ms and Mf temperatures. It was also observed that rising the austenitizing temperatature, thevolumetric fraction of formed martensite was increased. In addition, in temperatures from 1050°C, an increase in the volumetric fraction of the high-temperature ferritic phase (delta-δ ferrite) was observed, which ended up contributing to the material microhardness descrease. The modified K-M and K-M models adequately described the martensitic transformation kinetics. Nonetheless, the modified K-M model presented a better result, being possible to predict with a better approximation the Ms temperature. The samples submitted to the highest intercritical austenitizing temperatures presented the higher phase transformation rates, reaching the maximum ones for lower austenite supercooling degrees. Based on this, it can be stated that changes on the austenitizing temperature can significantly influence the kinetics of martensitic transformation in 410D steel.
URI: http://www.monografias.ufop.br/handle/35400000/4871
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