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KANTOVISCKI, Adriano Rogerio.pdf - PPGEM - UTFPR

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PR<br />

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ<br />

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ<br />

CAMPUS DE CURITIBA<br />

DEPARTAMENTO DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO<br />

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA<br />

E DE MATERIAIS - <strong>PPGEM</strong><br />

ADRIANO ROGÉRIO <strong>KANTOVISCKI</strong><br />

CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA E MICROESTRUTURAL<br />

DE AÇOS DE ALTA RESISTÊNCIA E BAIXA LIGA<br />

TRIP 800<br />

CURITIBA<br />

AGOSTO/2005


ADRIANO ROGÉRIO <strong>KANTOVISCKI</strong><br />

CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA E MICROESTRUTURAL DE<br />

AÇOS DE ALTA RESISTÊNCIA E BAIXA LIGA<br />

TRIP 800<br />

Dissertação apresentada como requisito parcial<br />

à obtenção do título de Mestre em Engenharia,<br />

do Programa de Pós-Graduação em Engenharia<br />

Mecânica e de Materiais, Área de Concentração<br />

em Engenharia de Materiais, do Departamento<br />

de Pesquisa e Pós-Graduação, do Campus de<br />

Curitiba, da <strong>UTFPR</strong>.<br />

Orientador: Prof. Paulo César Borges, Doutor<br />

CURITIBA<br />

AGOSTO/2005


TERMO DE APROVAÇÃO<br />

ADRIANO ROGÉRIO <strong>KANTOVISCKI</strong><br />

CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA E MICROESTRUTURAL DE<br />

AÇOS DE ALTA RESISTÊNCIA E BAIXA LIGA<br />

TRIP 800<br />

Esta Dissertação foi julgada para a obtenção do título de mestre em engenharia,<br />

área de concentração em engenharia de materiais, e aprovada em sua forma final<br />

pelo Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais.<br />

_________________________________<br />

Prof. Silvio Luiz de Mello Junqueira, Ph.D<br />

Coordenador de Curso<br />

Banca Examinadora<br />

__________________________________<br />

Prof. Paulo César Borges , Doutor<br />

(<strong>UTFPR</strong>)<br />

__________________________________<br />

Prof. Carlos M. G. da Silva Cruz, Doutor<br />

(<strong>UTFPR</strong>)<br />

__________________________________<br />

Prof. Antonio Eduardo Martinelli, Ph.D.<br />

(UFRN)<br />

__________________________________<br />

Prof. Carlos Henrique da Silva, Doutor<br />

(<strong>UTFPR</strong>)<br />

Curitiba, 08 de agosto de 2005.


Anexos<br />

iii<br />

Dedico ao futuro e ao sucesso do Brasil<br />

e também à minha família.


Anexos<br />

iv<br />

AGRADECIMENTOS<br />

Os meus sinceros agradecimentos à <strong>UTFPR</strong> pela possibilidade de<br />

desenvolver o trabalho nas suas dependências e ao meu grande mestre, orientador<br />

e sincero amigo, Prof. Dr. Eng. Paulo César Borges, pelos ensinamentos,<br />

direcionamentos, discussões e comentários a respeito dos trabalhos realizados.<br />

Gostaria de agradecer à minha esposa, Andréia Lara Lopatko Kantoviscki e à<br />

minha filha Allana Lopatko Kantoviscki, pela paciência pelas muitas horas que deixei<br />

de lhes dedicar a devida atenção para dedicar-me a este trabalho.<br />

Aos meus pais, Plácido Rogério Kantoviscki e Edite Kantoviscki, pelos<br />

ensinamentos constantes a respeito da garra e da vontade de crescer como ser<br />

humano.<br />

Ao meu irmão, Douglas Kantoviscki, o maior incentivador de minha vida<br />

pessoal e profissional.<br />

A CSN – Companhia Siderúrgica Nacional e aos seus técnicos do Centro de<br />

Pesquisas pela ajuda na execução dos ensaios.<br />

Ao Engenheiro Ricardo de Melo Brito pelo apoio, orientação e exemplo tanto<br />

no campo pessoal como profissional.<br />

Aos técnicos da área de Qualidade da GalvaSud S.A., em especial ao Sr.<br />

João José de Moraes, que em nenhum momento mediram esforços para me ajudar<br />

na execução dos ensaios e no transporte de amostras ao Centro de Pesquisas da<br />

CSN.<br />

A TKS – Thyssen Krupp Stahl – Alemanha e seus Engenheiros pela doação<br />

das amostras e pela dicas e informações técnicas fornecidas.<br />

A BOSCH – Unidade de Curitiba pela realização dos ensaios de Raio-X.<br />

A CAPES/PROCAD pelo financiamento parcial deste trabalho.<br />

E a todas as outras pessoas, amigos e professores que me incentivaram e<br />

ajudaram na conclusão desta etapa.<br />

Á Deus, força maior de minha vida.


Anexos<br />

v<br />

“O teu espírito é o verdadeiro escudo”<br />

Morihei Ueshiba


Anexos<br />

vi<br />

<strong>KANTOVISCKI</strong>, <strong>Adriano</strong> Rogério, Caracterização Mecânica e Microestrutural de<br />

Aços de Alta Resistência e Baixa Liga TRIP 800, 2005, Dissertação (Mestrado em<br />

Engenharia) - Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais,<br />

Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2005.<br />

RESUMO<br />

O principal material empregado na fabricação de carrocerias automobilísticas é o<br />

aço aplicado na sua forma plana (chapas de aço). Em geral, quando é necessário o<br />

aumento de segurança e de desempenho em praticamente qualquer parte de um<br />

veículo sendo ele de qualquer natureza, utilizam-se aços especiais de alta<br />

resistência. Atualmente a aplicação dos aços de alta resistência na indústria<br />

automobilística está centrada nos aços DP (Dual Phase), nos aços TRIP<br />

(Transformation Induced Plasticity) e nos aços CP (Complex Phase), sendo os aços<br />

TRIP o objeto de estudo deste trabalho. A tecnologia para a produção destes<br />

materiais tem sido incrementada a cada dia, com melhores técnicas de<br />

processamento tais como: refinamentos microestruturais, laminação e recozimento<br />

contínuo controlado, tratamentos a vácuo, entre outros. Como resultado, a qualidade<br />

e a aplicabilidade destes novos materiais estão sendo incrementadas grandemente,<br />

sendo que a aplicabilidade destes aços pode ser ampliada para várias partes dos<br />

veículos com conseqüente diminuição de peso, sem mudanças significativas em<br />

custos estruturais. O objetivo deste trabalho foi caracterizar mecanicamente o aço<br />

de alta resistência TRIP 800, descrevendo suas mudanças microestruturais<br />

decorrentes do processo de deformação por estiramento uniaxial através de análises<br />

por microscopia óptica microscopia eletrônica de varredura e difração de raios-X.<br />

Este estudo enfatizou o fenômeno envolvido na transformação martensítica que<br />

ocorre no material com a aplicação de deformações visando melhor entendimento<br />

dos mecanismos de endurecimento envolvidos neste fenômeno, relacionando suas<br />

peculiaridades com a estabilidade da austenita residual e com a capacidade de<br />

conformação do material. A caracterização mecânica foi realizada através de<br />

ensaios de tração e a caracterização microestrutural foi realizada Microscopia<br />

Óptica, Microscopia Eletrônica de Varredura e Difração de Raios-X.


Anexos<br />

vii<br />

Os resultados obtidos de propriedades mecânicas e da caracterização<br />

microestrutural via Raios-X estão de acordo com as literaturas consultadas. Os<br />

resultados de caracterização microestrutural via Microscopia Óptica e Microscopia<br />

Eletrônica de Varredura não foram considerados satisfatórios em termos da<br />

confiabilidade dos resultados obtidos pela dificuldade na avaliação das<br />

microestruturas e na obtenção de uma solução adequada de ataque para a<br />

revelação das fases presentes. Neste trabalho, a difração de Raios-X se mostrou o<br />

método mais adequado para a caracterização metalúrgica das fases presentes antes<br />

e após a deformação aplicada no aço TRIP 800.<br />

Palavras chave: aços de alta resistência, aço TRIP, caracterização mecânica


Anexos<br />

viii<br />

ABSTRACT<br />

The main material used in the manufacture of automotive vehicle bodies are the<br />

plates of steel. In general, when it´s necessary an increasement of security and of<br />

performance in practically any part of the vehicle, of any nature, it is used especial<br />

steels of high resistance. Currently, the application of high resistance steel on the<br />

automotive industries is centered on DP steels (Dual Phase), TRIP steels<br />

(Transformation Induced Plasticity) and CP steels (Complex Phase), considering that<br />

the TRIP steels are the objects of study in this assignment. The technology for the<br />

production of these materials have been developed each day, with the bests<br />

processing techniques, such as: microstructural refinements, lamination and<br />

continuous and controlled annealing, vaccuum treatments, and so on. As a result, the<br />

quality and applicability of these new materials are being greatly developed; and this<br />

applicability can be amplified for several parts of the vehicles with a consequent<br />

reduction of weight, without significant changes in structural costs. The objective of<br />

this assignment was to mechanically characterize the high resistance steel TRIP 800,<br />

describing your microstructural changes resulted from the process of deformation by<br />

uniaxial strenght test, by optical microscopy analysis, scanning electron microscopy<br />

and rays-X diffraction. The Rays-X diffraction was the method more efficcient to do<br />

the methallurgycal characterization of the mycroestructural phases presents below<br />

and after the elongation applied in the TRIP 800 Steel.<br />

Key words: high resistance steels, TRIP steel, mechanical characterization


Anexos<br />

ix<br />

SUMÁRIO<br />

AGRADECIMENTOS................................................................................................<br />

RESUMO..................................................................................................................<br />

ABSTRACT...............................................................................................................<br />

LISTA DE FIGURAS.................................................................................................<br />

LISTA DE TABELAS.................................................................................................<br />

LISTA DE SIMBOLOS, ABREVIATURAS E SIGLAS...............................................<br />

iv<br />

vi<br />

viii<br />

xi<br />

xiv<br />

xv<br />

1. INTRODUÇÃO...................................................................................................... 1<br />

1.1 Premissas do Comportamento Mecânico dos Aços.................................... 1<br />

1.2 Aços para a Indústria Automobilística ........................................................ 1<br />

1.3 Aços TRIP – Introdução ............................................................................. 3<br />

2. AÇOS TRIP .......................................................................................................... 5<br />

2.1 Aspectos Metalúrgicos – Processamento ................................................... 5<br />

2.2 A Influência dos Elementos de Liga no Processamento............................. 9<br />

2.2.1 O Efeito do Carbono ....................................................................... 10<br />

2.2.2 O Efeito do Manganês..................................................................... 10<br />

2.2.3 O Efeito do Fósforo ......................................................................... 10<br />

2.2.4 O Efeito do Silício ..…………………………………………………….. 11<br />

2.2.5 O Efeito do Alumínio ....................................................................... 11<br />

2.2.6 O Efeito do Nióbio............................................................................ 12<br />

2.3 Aspectos Microestruturais ......................................................................... 12<br />

2.4 Comportamento Mecânico........................................................................... 16<br />

3. AVALIAÇÃO DE PROPRIEDADES MECÂNICAS DE CHAPAS DE AÇO........ 20


Anexos<br />

x<br />

3.1 Ensaio de Tração......................................................................................... 20<br />

4. METODOLOGIA EXPERIMENTAL.................................................................... 25<br />

4.1 Composição Química ................................................................................. 25<br />

4.2 Caracterização Mecânica............................................................................ 26<br />

4.3 Caracterização Microestrutural ................................................................... 27<br />

4.3.1 Microscopia Óptica........................................................................... 27<br />

4.3.2 Difração de Raios-X......................................................................... 28<br />

5. RESULTADOS E DISCUSSÕES...................................................................... 30<br />

5.1 Composição Química.................................................................................. 30<br />

5.2 Caracterização Mecânica ........................................................................... 31<br />

5.2.1 Propriedades Intrínsecas e para Conformação – Fase 1................ 31<br />

5.2.2 Repetibilidade de Resultados Gerados pela Instron – Fase 2......... 34<br />

5.2.3 Ensaios para a Quantificação da Austenita Retida – Fase 3........... 35<br />

5.3 Caracterização Microestrutural.................................................................... 37<br />

5.3.1 Microscopia Óptica........................................................................... 37<br />

5.3.2 Difração de Raios-X......................................................................... 42<br />

6. CONCLUSÕES.................................................................................................. 51<br />

7. TRABALHOS FUTUROS................................................................................... 53<br />

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................... 55<br />

ANEXO 1................................................................................................................... 62


Anexos<br />

xi<br />

LISTA DE FIGURAS<br />

Figura 1 - Fatores que influenciam o processo de fabricação de peças<br />

conformadas............................................................................................ 2<br />

Figura 2 - Perfil tempo x temperatura típico de um aço TRIP laminado a quente.... 5<br />

Figura 3 - Esquema de resfriamento controlado para aços Dual Phase e TRIP<br />

propostos por BLECK, 2002................................................................... 6<br />

Figura 4 - Diagrama Geral de Processamento dos Aços Dual Phase e Aços TRIP<br />

(Editado de BLECK, 2002)...................................................................... 6<br />

Figura 5 - Esquema de recozimento intercrítico aplicável a aços TRIP laminados<br />

a frio proposto por BLECK , 2002............................................................ 8<br />

Figura 6 - Efeitos dos principais elementos de liga no processamento de Aços<br />

TRIP......................................................................................................... 9<br />

Figura 7 - Esquema que mostra a mudança de nucleação da martensita assistida<br />

por tensão para induzida por deformação, dependendo da temperatura<br />

e da tensão.............................................................................................. 14<br />

Figura 8 - Representação esquemática da transformação martensítica em função<br />

da aplicação de esforços triaxiais, durante um ensaio de tração............ 15<br />

Figura 9 - Relação entre alongamento total e limite de escoamento de várias<br />

categorias de materiais de alta resistência amplamente utilizados na<br />

estrutura dos automóveis modernos, comprando com aços inoxidáveis<br />

de alta resistência.................................................................................... 16<br />

Figura 10 - Influência da taxa de resfriamento na fração de austenita retida e no<br />

limite de resistência para um aço TRIP 700............................................ 17<br />

Figura 11 - Resistência à tensão, alongamento e fração de austenita versus<br />

tempo de solubilização até 400 °C........................................................... 18<br />

Figura 12 - Relação entre Tensão, porcentagem de alongamento e porcentagem<br />

de austenita retida residual para um aço TRIP 800................................. 18<br />

Figura 13 - Geometria do corpo de prova para ensaio de tração.............................. 20<br />

Figura 14 - Curva tensão – deformação reais de um material que obedece a lei<br />

de encruamento exponencial, (a) em escala normal e (b) em escala<br />

log-log...................................................................................................... 21<br />

Figura 15 - Definições de anisotropia normal e planar............................................. 24


Anexos<br />

xii<br />

Figura 16 - Etapas de caracterização e avaliação do aço TRIP 800........................ 25<br />

Figura 17 - Esquema demonstrativo da região do corpo de prova da qual foram<br />

retiradas amostras para a avaliação microestrutural............................... 27<br />

Figura 18 - Evolução do coeficiente de encruamento n em função da deformação<br />

verdadeira................................................................................................ 33<br />

Figura 19 - Diagrama Tensão x Deformação Amostra 1 - 90° com o sentido de<br />

laminação.................................................................................................<br />

34<br />

Figura 20 - Diagrama Tensão x Deformação Amostra 2 - 90° com o sentido de<br />

laminação................................................................................................. 34<br />

Figura 21 - Diagrama Tensão x Deformação Amostra 3 - 90° com o sentido de<br />

laminação................................................................................................. 35<br />

Figura 22 - Diagrama Tensão x Deformação Amostra 4 - 90° com o sentido de<br />

laminação................................................................................................. 35<br />

Figura 23 - Diagrama Tensão x Deformação Amostra 6% - 90° com o sentido de<br />

laminação................................................................................................. 36<br />

Figura 24 - Diagrama Tensão x Deformação Amostra 12% - 90° com o sentido de<br />

laminação................................................................................................. 36<br />

Figura 25 - Diagrama Tensão x Deformação Amostra 18% - 90° com o sentido de<br />

laminação................................................................................................. 36<br />

Figura 26 - Microestrutura Aço TRIP 800 – 0% de estiramento............................... 37<br />

Figura 27 - Microestrutura Aço TRIP 800 – 6% de estiramento.............................. 38<br />

Figura 28 - Microestrutura Aço TRIP 800 – 12% de estiramento............................. 38<br />

Figura 29 - Microestrutura Aço TRIP 800 – 18% de estiramento............................. 38<br />

Figura 30 - Microestrutura esquemática – Aço TRIP 800......................................... 39<br />

Figura 31 - Modelo de distribuição de Ferrita e Austenita....................................... 40<br />

Figura 32 - Microestrutura em MEV – Aumento 5000 X - Aço TRIP 800 – 0% de<br />

Estiramento.............................................................................................. 41<br />

Figura 33 - Microestrutura em MEV – Aumento 5000 X - Aço TRIP 800 – 6% de<br />

Estiramento.............................................................................................. 41<br />

Figura 34 - Microestrutura em MEV – Aumento 5000 X - Aço TRIP 800 – 12% de<br />

Estiramento.............................................................................................. 42


Anexos<br />

xiii<br />

Figura 35 - Microestrutura em MEV – Aumento 5000 X - Aço TRIP 800 – 18% de<br />

Estiramento.............................................................................................. 42<br />

Figura 36 - Difratograma típico de um aço multifásico TRIP 800............................. 43<br />

Figura 37 - Região Espectral 2θ = 78.34° para amostra deformada em 0%<br />

(Gama)..................................................................................................... 44<br />

Figura 38 - Região Espectral 2θ = 105.68° para amostra deformada em 0% (Alfa) 44<br />

Figura 39 - Região Espectral 2θ = 127.33° para amostra deformada em 0%<br />

(Gama)..................................................................................................... 45<br />

Figura 40 - Região Espectral 2θ = 78.44° para amostra deformada em 6%<br />

(Gama)..................................................................................................... 45<br />

Figura 41 - Região Espectral 2θ = 105.78° para amostra deformada em 6% (Alfa) 46<br />

Figura 42 - Região Espectral 2θ = 127.48° para amostra deformada em 6%<br />

(Gama)..................................................................................................... 46<br />

Figura 43 - Região Espectral 2θ = 77.98° para amostra deformada em 12%<br />

(Gama)..................................................................................................... 47<br />

Figura 44 - Região Espectral 2θ = 105.26° para amostra deformada em 12%<br />

(Alfa) 47<br />

Figura 45 - Região Espectral 2θ = 127.14° para amostra deformada em 12%<br />

(Gama) .................................................................................................... 47<br />

Figura 46 - Região Espectral 2θ = 78.08° para amostra deformada em 18%<br />

(Gama)..................................................................................................... 48<br />

Figura 47 - Região Espectral 2θ = 105.43° para amostra deformada em 18%<br />

(Alfa) 48<br />

Figura 48 - Região Espectral 2θ = 127.27° para amostra deformada em 18%<br />

(Gama)..................................................................................................... 49<br />

Figura 49 - Gráfico - Relação entre Tensão de Resistência x Deformação x<br />

Austenita Retida....................................................................................... 49


Anexos<br />

xiv<br />

LISTA DE TABELAS<br />

Tabela 1 – Composições químicas típicas de vários tipos de aço TRIP................. 9<br />

Tabela 2 – Propriedades mecânicas de vários tipos de Aço TRIP segundo a<br />

THYSSEN................................................................................................................. 19<br />

Tabela 3: Soluções, concentrações e tempo de ataque para Aços TRIP................. 28<br />

Tabela 4: Composição química do aço TRIP 800 avaliado...................................... 30<br />

Tabela 5: Propriedades mecânicas do aço TRIP 800 – Ângulo 0° com relação ao<br />

sentido de laminação................................................................................................ 32<br />

Tabela 6: Propriedades mecânicas do aço TRIP 800 – Ângulo 45° com relação<br />

ao sentido de laminação........................................................................................... 32<br />

Tabela 7: Propriedades mecânicas do aço TRIP 800 – Ângulo 90° com relação<br />

ao sentido de laminação........................................................................................... 32<br />

Tabela 8: Propriedades mecânicas do aço TRIP 800 avaliado – Fase 1 - Valores<br />

Médios de Três Ensaios............................................................................................ 32<br />

Tabela 9: Propriedades mecânicas do aço TRIP 800 avaliado – Fase 2................. 34<br />

Tabela 10: Propriedades mecânicas do aço TRIP 800 – Fase 3.............................. 35<br />

Tabela 11: Resultado da análise espectral – Aço TRIP 800 – 0% de deformação.. 44<br />

Tabela 12: Resultado da análise espectral – Aço TRIP 800 – 6% de deformação.. 45<br />

Tabela 13: Resultado da análise espectral – Aço TRIP 800 – 12% de deformação 46<br />

Tabela 14: Resultado da análise espectral – Aço TRIP 800 – 18% de deformação 48<br />

Tabela 15: Valores de distância interplanar (d) e parâmetro de rede para a<br />

Martensita de acordo com seus teores de carbono.................................................. 62<br />

Tabela 16: Valores de distância interplanar (d) para a austenita.............................. 63


Anexos<br />

xv<br />

LISTA DE SIMBOLOS, ABREVIATURAS E SIGLAS<br />

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas<br />

ARBL – Alta Resistência e Baixa Liga<br />

BH – Efeito / aço “bake hardening”<br />

CAL – Continuous annealing line<br />

CAPL – Continuous annealing and processing line<br />

CP – Aços “Complex Phase”<br />

d – Distância Interplanar<br />

JCPDS – Joint Commitee on Powder Diffraction Standards<br />

LE – Limite de Escoamento<br />

LR – Limite de Resistência<br />

% AL – Porcentagem de Alongamento<br />

Ms – Transformação martensítica<br />

n – Expoente de encruamento<br />

PM – “partial martensitic”<br />

r – Coeficiente de anisotropia<br />

TIBT – Temperatura de transformação isotérmica da bainita


Anexos<br />

xvi<br />

tICA – Tempo de permanência na temperatura intercrítica<br />

TICA – Temperatura Intercrítica<br />

TMS – Aços martensíticos Thyssen<br />

Tsol – Temperatura de solubilização<br />

TRIP – Aços com efeito “transformation induced plasticity”<br />

ULSAB - AVC – Ultra ligth steel auto body – Advanced vehicle concept


Anexos 18


Anexos 1<br />

1.0 INTRODUÇÃO<br />

1.1 PREMISSAS DO COMPORTAMENTO MECÂNICO DOS AÇOS<br />

Já é classicamente conhecido em metalurgia que o aumento do Limite de<br />

Resistência e do Limite de Escoamento fazem diminuir a porcentagem de<br />

alongamento uniforme (ZACKAY, et al. 1967), sendo que o alongamento uniforme é<br />

uma grandeza que possui grande importância nas aplicações de conformação, tais<br />

como em componentes automotivos estampados. Sabe-se também que a taxa de<br />

endurecimento ou encruamento produzida pelas interações das discordâncias é<br />

inadequada para compensar o aumento de tensão na região de estricção sendo que<br />

outros mecanismos já estão sendo discutidos com respeito a este tema na<br />

comunidade científica especializada em metalurgia. Este encruamento ou<br />

endurecimento gera por conseqüência um menor alongamento antes da região de<br />

estricção e um alto expoente ou coeficiente de encruamento, n, quando se avaliam<br />

corpos ensaiados em ensaios de tração. Uma maior interação das discordâncias<br />

pode também ser produzida com a aplicação de uma deformação plástica com o<br />

objetivo de aumentar a tensão de escoamento (PARISH, 2000).<br />

Transformações de fase também podem ocorrer durante a deformação<br />

plástica, tomando-se como exemplo a transformação de austenita em martensita<br />

quando se aplicam deformações com valores suficientes para provocar este efeito<br />

(austenita em aços austeníticos metaestáveis ou austenita retida em aços<br />

multifásicos) aumentado assim o encruamento localizado. Este processo pode<br />

também gerar ganhos no alongamento total e aumentos de ductibilidade e<br />

conformabilidade, sem grandes diminuições de resistência mecânica, devido a<br />

alterações volumétricas ocorridas como resultado destas transformações de fase.<br />

(PARISH, 2000).<br />

1.2 AÇOS PARA A INDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA<br />

Um dos paradigmas atuais da ciência dos materiais é a tentativa do aumento<br />

de resistência mecânica do aço sem prejudicar a sua capacidade de deformação<br />

nos processos de conformação mecânica. As chapas de aço utilizadas na indústria


Anexos 2<br />

automobilísticas em geral requerem boa resistência mecânica e boa capacidade de<br />

conformação (SCHEID et al , 2003).<br />

Além das propriedades relacionadas dos materiais citadas acima, existem<br />

outros fatores que influenciam no processo de fabricação e nas propriedades dos<br />

materiais usados para a fabricação de carrocerias e que estão elucidados no<br />

diagrama da Figura 1.<br />

Profundidade<br />

de Estampagem<br />

Dobramento<br />

Retorno Elástico<br />

Encruamento<br />

Microestrutura<br />

Estiramento<br />

ESPESSURA<br />

CONFORMAÇÃO<br />

PLÁSTICA<br />

Embutimento<br />

RESISTÊNCIA<br />

Flambagem<br />

Revestimento<br />

Resistência ao<br />

Impacto<br />

Rugosidade<br />

SUPERFÍCIE DA<br />

CHAPA<br />

Lubrificação<br />

Atrito<br />

Abrasividade<br />

Anisotropia<br />

Envelhecimento<br />

Seqüência de<br />

conformação<br />

Projeto<br />

PROPRIEDADES<br />

INTERNAS<br />

Pureza<br />

Desenho de<br />

Raios<br />

COMPONENTES<br />

GEOMÉTRICOS<br />

Compensadore<br />

s<br />

Ajuste<br />

Chapa de<br />

Aço<br />

Superfície<br />

Temperatura<br />

FERRAMENTA<br />

Folga<br />

EQUIPAMENTOS<br />

MECÂNICOS<br />

Tipo de aço<br />

Raios<br />

Controle<br />

Folga de<br />

corte<br />

FERRAMENTA DE<br />

CORTE<br />

Profundidade<br />

de Dureza<br />

Estabilidade<br />

Ângulo de<br />

corte<br />

Microestrutura<br />

Figura 1: Fatores que influenciam o processo de fabricação<br />

de peças conformadas. (<strong>KANTOVISCKI</strong>, 2001).<br />

Os desenvolvimentos mais modernos das empresas siderúrgicas para a<br />

obtenção de boas características metalúrgicas são a utilização rotineira dos<br />

seguintes processos (HOUBAERT et al. 2000):<br />

• Recozimento contínuo, tipo CAL (¨continuous annealing line¨): A tira endurecida<br />

pela laminação a frio passa por um processo de recozimento contínuo através de<br />

diferentes zonas de aquecimento e resfriamento, com velocidades que variam<br />

entre 60 a 120 m/min.


Anexos 3<br />

• Recozimento contínuo, tipo CAPL (¨continuous annealing and processing line¨):<br />

Neste caso se incluem outros processamentos além do recozimento, como por<br />

exemplo, a decapagem e/ou laminação de encruamento (¨skin-pass¨ ou ¨temperrolling¨).<br />

• Metalurgia em vácuo: Permite reduzir a quantidade de elementos intersticiais,<br />

como o carbono e o nitrogênio e obter aços mais puros, reduzindo assim a<br />

quantidade de inclusões e carbonetos formados.<br />

A grande maioria das partes que compõem uma carroceria automotiva e que<br />

colaboram no aumento da segurança e no alto desempenho são feitas de aços<br />

especiais de alta resistência. A elaboração destes aços é complexa e necessita de<br />

várias etapas, sendo que algumas destas etapas já foram citadas acima<br />

(LAGNEBORG, 1992).<br />

Nos anos 70, os aços microligados seguidos dos aços ligados com fósforo<br />

marcaram o início destes novos desenvolvimentos (FLORES et al, 1998). Na década<br />

de 80 surgem os aços Dual Phase (DP), "Bake-Hardenig Steels" (BH) e os aços IF<br />

(Intersticial-Free – Livre de Intersticiais - Ultra Baixo Carbono) (HOUBAERT et al ,<br />

1996). Nos anos 90 surgiram os aços que apresentam a transformação induzida por<br />

deformação (TRIP), objeto deste estudo. Mais recentemente surgiram os aços com<br />

ultra-alta resistência como os aços CP (Complex Phase) e os aços TMS (Thyssen<br />

Martensitic Steels). (HOUBAERT, 1996).<br />

1.3 AÇOS TRIP – INTRODUÇÃO<br />

ZACKAY et al. (1967), criaram o termo “TRIP’ quando estavam trabalhando<br />

com aços de alta liga austeníticos. Depois, os aços TRIP foram estudados mais<br />

detalhadamente por MATSUMURA et al. (1987). Através do estudo de<br />

processamento de vários aços, eles observaram que alta resistência e boa<br />

conformabilidade podem ser obtidas com a transformação de austenita para<br />

martensita quando esta transformação for induzida por uma deformação aplicada no<br />

material.<br />

Mais atualmente o termo “Aços TRIP” está sendo usado para designar os<br />

aços multifásicos que contém uma pequena fração volumétrica de austenita retida<br />

(entre 5% e 15% ,dependendo do histórico de processamento termomecânico e da<br />

composição química do aço) em uma matriz ferrita-bainita. A austenita aumenta a


Anexos 4<br />

ductilidade do material pela sua transformação para martensita após deformação<br />

(BLECK, 2002)<br />

Estes aços apresentam melhor relação entre resistência e ductilidade quando<br />

comparados com os aços microligados de alta resistência, resultante da<br />

microestrutura formada no final do processo de recozimento contínuo: uma matriz<br />

ferrítica dúctil, uma fase bainítica dura e austenita retida residual. Esta austenita é<br />

transformada em martensita quando uma deformação considerável é aplicada no<br />

material (processo de conformação plástica, por exemplo). Este fenômeno induz a<br />

um aumento de volume de martensita no material e aumento da ductilidade do<br />

material na direção da tensão provocando o chamado “Efeito TRIP” (CORNETTE, et<br />

al . 2001). Este tema será tratado com mais detalhes nas seções subseqüentes.<br />

Estes aços são de grande interesse para a indústria automotiva pelo seu<br />

potencial de combinação de alta resistência e boa conformabilidade aliados a um<br />

preço competitivo. A alta resistência influencia diretamente nos resultados dos testes<br />

de Crash e redução de peso da carroceria. Os estudos destes aços demonstram<br />

também que ele apresenta boa conformabilidade e possui grande potencial de<br />

aplicação em peças de conformação mais severas tais como as de estampagem<br />

profunda (ROMANO et al, 2000).<br />

Neste trabalho realizou-se um estudo a respeito das propriedades mecânicas<br />

e dos mecanismos microestruturais de endurecimento do aço TRIP 800 fabricado<br />

pela Thyssen Krupp - Alemanha. Este estudo enfatizou o fenômeno envolvido na<br />

transformação martensítica que ocorre no material com a aplicação de deformações<br />

visando melhor entendimento dos mecanismos de endurecimento envolvidos neste<br />

fenômeno, relacionando suas peculiaridades com a estabilidade da austenita<br />

residual e com a capacidade de conformação do material. A caracterização<br />

mecânica foi realizada através de ensaios de tração. A caracterização<br />

microestrutural foi realizada através de Microscopia Óptica, Microscopia Eletrônica<br />

de Varredura e Difração de Raios-X.


Anexos 5<br />

2.0 AÇOS TRIP<br />

2.1 ASPECTOS METALÚRGICOS – PROCESSAMENTO<br />

O desenvolvimento recente dos aços TRIP mostra que muitas das<br />

propriedades mecânicas apresentadas por este material são dependentes em<br />

primeira análise da estabilidade de algumas fases residuais presentes em sua<br />

microestrutura. Os aços TRIP modernos são produzidos basicamente de duas<br />

maneiras: laminados a quente e/ou laminados a frio e recozidos. A Figura 2 mostra<br />

um diagrama que demonstra o perfil de tempo x temperatura típica de um aço TRIP<br />

laminado a quente.<br />

Temperatura (°C)<br />

Tγ<br />

A3<br />

TICA<br />

A1<br />

Laminação<br />

TIBT<br />

tICA<br />

tIBT<br />

Tempo<br />

Figura 2: Perfil tempo x temperatura típico de um aço TRIP laminado a<br />

quente (Editado de ENGL et al . 1998)<br />

Primeiramente as placas são aquecidas e mantidas por tempo suficiente para<br />

que ocorra a homogeneização numa temperatura de austenitização (Tγ), seguido de<br />

decapagem e aplicação de deformações de laminação em temperaturas<br />

decrescentes. Em seguida, o material é recozido numa temperatura intercrítica<br />

(TICA) onde A1


Anexos 6<br />

transformação isotérmica da Bainita TIBT é esperado que uma certa porcentagem<br />

da austenita se transforme em ferrita. O material é então bobinado quando se<br />

aproxima da temperatura de transformação isotérmica da Bainita TIBT,<br />

permanecendo num estado isotérmico ou quase isotérmico durante algum tempo. A<br />

Figura 3 (BLECK, 2002) mostra um esquema de resfriamento proposto para a<br />

produção de tiras a quente de aços TRIP, onde se compara com um esquema<br />

estabelecido para a produção de aços Dual Phase.<br />

Figura 3: Esquema de resfriamento controlado para aços Dual Phase e TRIP<br />

propostos por BLECK, 2002.<br />

A Figura 4 (BLECK, 2002) mostra um diagrama geral de processamento dos<br />

aços Dual Phase e Aços TRIP.<br />

Figura 4: Diagrama Geral de Processamento dos Aços Dual Phase e Aços<br />

TRIP (Editado de BLECK, 2002).


Anexos 7<br />

Para os aços Dual Phase, a taxa de resfriamento deve ser baixa o suficiente<br />

de modo a possibilitar que aproximadamente 85% da austenita se transforme em<br />

ferrita, ocorrendo um enriquecimento de carbono da austenita remanescente. Ao<br />

mesmo tempo, a taxa de resfriamento deve ser alta o suficiente para evitar a<br />

formação de perlita e bainita e garantir a formação de martensita durante o<br />

bobinamento a temperaturas baixas. Portanto, neste esquema é necessário inserir<br />

um tratamento na faixa de temperaturas intercríticas de modo a se ter um controle<br />

da cinética de formação máxima da ferrita.<br />

Para aços TRIP de baixa liga é aplicada uma taxa de resfriamento ainda mais<br />

baixa, uma vez que a formação da ferrita é atrasada devido ao efeito dos elementos<br />

de liga e às concentrações mais altas de carbono. Da mesma forma que ocorre nos<br />

aços Dual Phase, nos aços TRIP é necessário um controle da velocidade de<br />

resfriamento na mesa de acabamento do laminador de tiras a quente de modo a<br />

obter de 50 a 60% de ferrita pró-eutetóide. Entretanto, nos aços TRIP é necessário<br />

que o bobinamento seja realizado na faixa de temperatura da formação de bainita<br />

(ao redor de 400 a 500 °C), para se obter entre 25 a 40% de bainita entremeada de<br />

5 a 15% de austenita retida (BLECK, 2002). A austenita retida é metaestável uma<br />

vez que o enriquecimento de carbono da austenita remanescente das<br />

transformações ferríticas (pró-eutetóide e bainítica) desloca a temperatura de início<br />

de formação de martensita para temperaturas menores que a temperatura ambiente.<br />

Quando se trata de laminação a frio é necessário que o estado de partida do<br />

aço TRIP apresente alta ductilidade, em virtude da presença de uma microestrutura<br />

constituída por ferrita e perlita. Essa microestrutura origina-se da aplicação de uma<br />

temperatura de bobinamento muito alta, ao redor de 700 °C, segundo BLECK, 2002.<br />

Após a laminação a frio, o material é então submetido a um tratamento<br />

térmico (reaquecido no forno de recozimento/linha de zincagem contínua) até uma<br />

temperatura intercrítica. Este tratamento intercrítico é composto por duas etapas,<br />

sendo a primeira um recozimento intercrítico na faixa de temperaturas entre 780 e<br />

880 °C, seguido de um resfriamento rápido até atingir a faixa de temperatura entre<br />

350 e 500 °C, onde a maior parte da austenita é transformada em bainita, seguido<br />

de um resfriamento ao ar.<br />

A Figura 5 mostra um esquema do recozimento intercrítico aplicável a aços<br />

TRIP laminados a frio (BLECK, 2002).


Anexos 8<br />

Figura 5: Esquema de recozimento intercrítico aplicável a aços TRIP<br />

laminados a frio proposto por BLECK (2002).<br />

A microestrurura após o recozimento intercrítico apresenta uma porcentagem<br />

aproximadamente igual de ferrita e austenita, mas ao contrário da microestrutura dos<br />

aços TRIP laminados à quente, parte da ferrita já estava na microestrura antes do<br />

recozimento sendo que, outra parte se formou durante o resfriamento a partir da<br />

temperatura intercrítica. De um modo geral, as frações volumétricas dos diferentes<br />

produtos de transformação, obtidas através do recozimento intercrítico (após a<br />

laminação à frio) são análogas às obtidas nos aços multifásicos laminados a quente.<br />

O resfriamento é interrompido acima da temperatura de início de<br />

transformação martensítica (Ms). Taxas muito baixas de resfriamento podem<br />

diminuir a fração de austenita retida com conseqüente aumento das quantidades de<br />

ferrita e perlita. Altas taxas não são favoráveis à transformação austenítica. Se o<br />

nível de carbono remanescente na austenita é baixo, ocorre a formação de<br />

martensita, gerando altos níveis de resistência à tração e baixa ductilidade.<br />

Até 400°C, temperatura de início de solubilização, ocorreu pouca ou nenhuma<br />

transformação bainítica, o teor de carbono na austenita é baixo e conseqüentemente<br />

a transformação martensítica é alta, gerando martensita e alta resistência à tração<br />

com baixa fração de austenita.


Anexos 9<br />

2.2 A INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS DE LIGA NO PROCESSAMENTO<br />

A figura 6 mostra um diagrama TTT simplificado (BLECK, 2002) onde estão<br />

resumidos os efeitos principais dos elementos de liga no processamento dos aços<br />

TRIP. O conhecimento das ações e interações destes elementos é fundamental para<br />

a compreensão do desenvolvimento microestrutural e para o controle das<br />

transformações de fase de austenita para ferrita com diferentes quantidades de<br />

carbono. Segundo BLECK, 2002, este diagrama resume que para os aços TRIP a<br />

supressão da precipitação de carbonetos durante a transformação bainítica (gerada<br />

principalmente pelo teor de Silício e Alumínio) parece ser de fundamental<br />

importância no processo de fabricação do referido material.<br />

Austenitização<br />

Resfriamento<br />

Temperatura (°C)<br />

Si, Al, P<br />

Si, Al, P<br />

A<br />

Si, Al, P, V, Nb<br />

Ferrita<br />

C, Mn, Cr, Mo<br />

A<br />

Ms<br />

Bainita<br />

C, Mn, Nb<br />

Al<br />

C, Mn, Si,<br />

Mo, Nb<br />

Figura 6: Efeitos dos principais elementos de liga no processamento de aços<br />

TRIP (BLECK, 2002)<br />

Os elementos de liga mais importantes para este aço são Mn, Si, P e Al.<br />

A Tabela 1 mostra a composição química de vários tipos de aços TRIP em<br />

porcentagem de massa (BLECK, 2002).<br />

Tempo<br />

Tabela 1: Composição química de vários tipos de aços TRIP (BLECK, 2002).<br />

TIPO C Mn P Si Al Nb V<br />

Mn-Si 0.20 1.50 ---- 1.50 ---- ---- ----<br />

Mn-Al 0.20 1.50 ---- 0.10 1.80 ---- ----<br />

Mn-P 0.15 2.00 0.03 ---- ---- ---- ----<br />

Mn-Si-Al 0.30 1.50 ---- 0.30 1.20 ---- ----<br />

Mn-Si-P 0.15 1.50 0.01 0.60 ---- ---- ----<br />

Mn-Si-Nb 0.20 1.50 ---- 1.5 ---- 0.04 ----<br />

Mn-Si-V 0.15 1.50 ---- 0.6 ---- ---- 0.06


Anexos 10<br />

2.2.1 O EFEITO DO CARBONO<br />

O carbono é o principal elemento de liga pelo qual todas as transformações<br />

de fase são notavelmente afetadas e através do qual a microestrutura final e as<br />

propriedades mecânicas são controladas. A concentração de carbono é um dos<br />

fatores de que depende a estabilidade da austenita, o que torna possível a presença<br />

de austenita retida na temperatura ambiente. Entretanto, outras exigências tais como<br />

a soldabilidade, limitam o teor de carbono a valores em torno de 0.25%.<br />

2.2.2 O EFEITO DO MANGANÊS<br />

Primeiramente, o manganês é um elemento estabilizante da austenita.<br />

Verifica-se em SVERDLIN et al, 1997 que para a adição de 1% em massa de Mn<br />

ocorre uma redução de 50°C na temperatura Ms. Esta é a maior redução entre os<br />

elementos substitucionais. Grandes adições de Manganês são usadas na fabricação<br />

de vários aços TRIP e estão na ordem de 1,5 a 2,5% em massa (JAQUES et al,<br />

1998). Devido à propensão do manganês em estabilizar a austenita, ele contribui<br />

grandemente para a fração volumétrica de austenita retida.<br />

O manganês também aumenta a solubilidade do carbono na austenita,<br />

permitindo um enriquecimento adicional e diminuindo a reação perlítica, aumentando<br />

as faixas de resfriamento. Níveis excessivos deste elemento podem promover a<br />

precipitação de carbonetos na austenita. O manganês juntamente com o silício,<br />

pode afetar a tensão superficial do aço prejudicando ou até impossibilitando o<br />

processo de zincagem por imersão a quente (ZHAO, 1992).<br />

2.2.3 O EFEITO DO FÓSFORO<br />

Aumentando-se a quantidade de fósforo aumenta-se proporcionalmente a<br />

quantidade de austenita retida, principalmente quando este está na presença de Si<br />

ou Al (BLECK, 2002). Este comportamento é atribuído à ocorrência de diversos<br />

fatores que atuam simultaneamente. Primeiramente, o fósforo e o silício inibem a<br />

formação de carbetos, deixando mais carbono em solução para enriquecimento da<br />

austenita. Outro fator a considerar é que o fósforo é um elemento que provoca maior<br />

dureza no aço e maior resistência mecânica quanto está em solução sólida pelo


Anexos 11<br />

aumento da contração interna da matriz. Esta contração pode aumentar a retenção<br />

da austenita (CHEN et al, 1989).<br />

2.2.4 O EFEITO DO SÍLÍCIO<br />

O silício não é um elemento estabilizante da austenita. Na verdade ele eleva a<br />

temperatura eutetóide ferrita-austenita e reduz significativamente a atividade do<br />

carbono na ferrita (SMITH, 1993). Entretanto é usual se adicionar quantidades de<br />

silício nos aços TRIP variando de 1,5 a 2,5% em massa com o objetivo de aumentar<br />

a porcentagem de austenita retida (TSUKATANI et al, 1991).<br />

A explicação para a contradição exposta acima (Si não estabiliza a austenita<br />

mas, pode colaborar para aumento de sua quantidade) é a de que o silício diminui a<br />

velocidade de precipitação de carbetos, especialmente da cementita, por ser um<br />

elemento grafitizante. O silício tem baixa solubilidade na cementita, ou seja, aços<br />

com alto teor de silício não criam condições adequadas para a formação de grandes<br />

quantidades de cementita dificultando a conseqüente formação de perlita. Assim<br />

uma maior quantidade de carbono permanece livre para enriquecer a austenita e<br />

favorecer sua estabilização, diminuindo a temperatura de início de transformação<br />

martensítica (DE MEYER et al, 1999)<br />

2.2.5 O EFEITO DO ALUMÍNIO<br />

O Alumínio tem um comportamento muito similar ao comportamento do silício,<br />

ou seja, facilita a precipitação de carbetos. Alguns estudos mostram que o alumínio<br />

sozinho ou sua combinação com o fósforo podem ser substituídos em todo, ou em<br />

partes, pelo silício em aços TRIP devido ao seu baixo potencial de endurecimento<br />

por solução sólida. (TRAINT, 2000). O Alumínio é, também, formador de ferrita, e<br />

apesar de não ser solúvel na cementita, apresenta um efeito mais fraco na<br />

supressão da formação de carbetos, quando comparado com o Silício. (VERLINDEN<br />

et al, 2001). Como desvantagem do uso do alumínio, pode-se mencionar o aumento<br />

acentuado da temperatura Ms.<br />

2.2.6 O EFEITO DO NIÓBIO


Anexos 12<br />

Sendo o nióbio um elemento fortemente formador de carbonetos, ele atua<br />

como refinador de grãos. Durante as transformações da austenita em ferrita próeutetóide<br />

e para ferrita bainítica, a taxa de nucleação desses microconstituintes é<br />

muito aumentada, levando a um enriquecimento maior de carbono na austenita<br />

remanescente nessas transformações, favorecendo a estabilidade da mesma. Isso<br />

conduz a uma maior conformabilidade, devido ao aumento do efeito TRIP associado<br />

à austenita remanescente.<br />

A presença do nióbio em solução sólida pode favorecer o enriquecimento de<br />

carbono da austenita, contribuindo assim na sua estabilidade (BLECK et al, 1998).<br />

2.3 ASPECTOS MICROESTRUTURAIS<br />

Um número muito grande de estudos está sendo desenvolvido objetivando-se<br />

o endurecimento por deformação em aços multifásicos, como é o caso do aço TRIP<br />

(PARISH, 2000). Para a explicação do mecanismo de endurecimento por<br />

deformação que acontece nos aços multifásicos, alguns pesquisadores estão<br />

aplicando a teoria do endurecimento por deformação proposta por Ashby em seus<br />

trabalhos a respeito da deformação plástica de materiais não homogêneos (ASHBY,<br />

1970). Os resultados obtidos são consistentes e a aplicação desta teoria para os<br />

aços multifásicos ainda está em fase de desenvolvimento (PARISH, 2000).<br />

Os estudos desenvolvidos atualmente apontam para a mesma direção, ou<br />

seja, o aumento da fração volumétrica de uma segunda ou terceira fase (austenita<br />

e/ou martensita) resulta em um aumento de resistência mecânica e também em um<br />

aumento do endurecimento por deformação (encruamento).<br />

O controle da transformação de austenita retida metaestável em martensita<br />

durante a deformação elástica é um dos aspectos mais importantes para se definir o<br />

comportamento mecânico dos aços multifásicos de baixa liga. Em geral, isso requer<br />

que a deformação seja realizada acima da temperatura de início de transformação<br />

martensítica, mas abaixo de uma temperatura que caracteriza a instabilidade<br />

mecânica da fase austenítica.<br />

Durante o resfriamento contínuo até a temperatura ambiente, a austenita<br />

pode se transformar espontaneamente em martensita caso não esteja<br />

suficientemente enriquecida com carbono, sem a necessidade de deformação.<br />

Geralmente, os sítios preferenciais de nucleação são os defeitos do reticulado


Anexos 13<br />

cristalino, tais como defeitos pontuais, lacunas, discordâncias, defeitos de<br />

empilhamento, maclas, interfaces e pequenos precipitados.<br />

A transformação de austenita para martensita influencia diretamente nos<br />

mecanismos de arranjo das discordâncias, tanto com sua propagação como com o<br />

arranjo espacial e deslizamento. Faz-se uma analogia ao fenômeno da maclagem<br />

por que desta maneira se consegue compreender a maioria dos parâmetros que<br />

exercem influência direta na propagação das discordâncias e que influenciam<br />

diretamente a transformação martensítica (MOULIN, 2001).<br />

Nestes sítios preferenciais citados acima existem certos arranjos atômicos<br />

favoráveis para a nucleação da martensita, os quais poderiam ser transformados em<br />

martensita estável, através de vibrações térmicas dos reticulados, ou mesmo por<br />

tensões aplicadas (BHADESHIA, 2001). Os defeitos do reticulado que se encontram<br />

perto dos contornos de grão tendem a migrar para estes lugares, diminuindo<br />

conseqüentemente o número de sítios de nucleação próximos aos contornos. Além<br />

disso, o crescimento das placas de martensita é impedido pelos contornos de grãos.<br />

Isso mostra que materiais com grãos finos tendem a apresentar uma forte<br />

estabilização da austenita (BHADESHIA, 2001).<br />

A aplicação de tensões ou deformações produz um aumento na quantidade<br />

de defeitos cristalinos na austenita, especialmente do número de discordâncias, o<br />

que aumenta o número de sítios para o início da transformação martensítica. A<br />

deformação plástica excessiva pode, entretanto, estabilizar mecanicamente a<br />

austenita e suprimir a transformação, já que um aumento na densidade de<br />

discordâncias pode provocar um aumento dos sítios potenciais de nucleação. Muita<br />

deformação pode introduzir restrições ao crescimento dos núcleos, em decorrência<br />

das tensões internas produzidas. Esse efeito de estabilização também pode ser<br />

provocado pela deformação plástica devido à acomodação das tensões em torno de<br />

uma placa de martensita formada, sem a aplicação de forças externas<br />

(BHADESHIA, 2001).<br />

Acima da temperatura de início de transformação martensítica (Ms), a<br />

austenita pode se transformar em martensita sob deformação. De acordo com a<br />

σ<br />

figura 7 (BLECK, 2002), as temperaturas M s e M d (sob aplicação de tensão ou<br />

quando deformada) são normalmente utilizadas para descrever a estabilidade da<br />

austenita, visto que elas definem a resistência que o material oferece à<br />

σ<br />

transformação na presença de tensão ou deformação. A temperatura M s é aquela


Anexos 14<br />

na qual a natureza da transformação da austenita retida em martensita muda da<br />

assistida por tensão para induzida por deformação.<br />

Temperatura<br />

Figura 7: Esquema que mostra a mudança de nucleação da martensita<br />

assistida por tensão para induzida por deformação, dependendo da<br />

temperatura e da tensão (BLECK, 2002).<br />

σ<br />

Entre M s e M s (trecho AB), a nucleação é originada somente por esforços do<br />

tipo elástico, e ocorre em muitos sítios onde poderia ser originada por resfriamento<br />

(abaixo de M s ) tais como: subestruturas de deformação e configurações de<br />

discordâncias.<br />

Na temperatura M σ<br />

s a tensão necessária para iniciar a transformação<br />

martensítica é igual ao limite de escoamento da austenita (ponto B). Acima desta<br />

temperatura (trecho BC), a austenita é deformada e a nucleação da martensita é<br />

induzida por deformação plástica, sendo que a tensão correspondente permanece<br />

aproximadamente constante (início do trecho BC). Neste caso, a nucleação da<br />

martensita depende da formação de novos sítios, os quais aparecem como produto<br />

das interações entre as discordâncias. As intersecções das bandas de cisalhamento<br />

na austenita metaestável têm se mostrado como sítios efetivos para a nucleação da<br />

martensita induzida por deformação. As bandas de cisalhamento podem se<br />

apresentar na forma de martensita ε’, maclas mecânicas, ou grupos densos de<br />

defeitos de falhas de empilhamento. Quando se atinge uma temperatura M d , a


Anexos 15<br />

transformação de austenita em martensita é suprimida devido à estabilidade<br />

mecânica da austenita nessa temperatura.<br />

Em aços TRIP de baixa liga, a estabilidade da austenita também depende<br />

consideravelmente da geometria e da orientação dos planos atômicos no reticulado<br />

cristalino (BLECK, 2002). Uma vez que a transformação da austenita em martensita<br />

é acompanhada por uma expansão de volume, a austenita será estabilizada pela<br />

presença de uma pressão hidrostática no reticulado. Estima-se que o efeito da<br />

tensão hidrostática diminua a temperatura M s aproximadamente 10 °C por cada 100<br />

MPa.<br />

A transformação da martensita sob tensão pode ser explicada pelo esquema<br />

da figura 8 (BLECK, 2002), que mostra uma porção do volume da martensita (α’)<br />

que se forma na austenita (γ) circundada por grãos vizinhos de ferrita (α) e ferrita<br />

bainítica (α b ). A variação de volume associado à transformação martensítica dos<br />

aços carbono é da ordem de 2 a 5%.<br />

Figura 8: Representação esquemática da transformação martensítica em função<br />

da aplicação de esforços triaxiais, durante um ensaio de tração (BLECK, 2002).<br />

Quando há ausência de pressão hidroestática (P), a transformação da<br />

austenita retida em martensita com uma tensão de tração aplicada (σ 1 ) deve-se a<br />

uma tensão de cisalhamento (τ) paralela ao plano de hábito (plano preferencial de<br />

deformação) e a uma tensão normal (σ) perpendicular a este. Na ausência da tensão<br />

de tração, a pressão hidroestática diminui a temperatura M s devido à tensão de<br />

cisalhamento ser igual a zero e a dilatação ser suprimida. Uma interação entre<br />

tensão de tração e pressão hidroestática não muda a tensão de cisalhamento,<br />

portanto, a austenita retida é sujeita a um estado de tensão com uma razão de


Anexos 16<br />

cisalhamento-dilatação mais alta que irá suprimir a transformação, mas promoverá o<br />

deslocamento por deslizamento na austenita.<br />

2.4 COMPORTAMENTO MECÂNICO<br />

Apesar dos desafios inerentes ao controle dos parâmetros de processamento<br />

para se atingir a microestrutura multifásica, os aços TRIP oferecem combinações de<br />

resistência e ductilidade mais altas que os aços Dual Phase.<br />

A figura 9 ilustra uma comparação entre as propriedades mecânicas de uma<br />

variedade de famílias de aços de alta resistência, assim como de ligas típicas de<br />

alumínio e magnésio, aplicadas nas estruturas dos automóveis, mostrando os<br />

atributos favoráveis dos aços TRIP.<br />

Figura 9: Relação entre alongamento total e limite de escoamento de várias categorias de<br />

materiais de alta resistência amplamente utilizados na estrutura dos automóveis modernos,<br />

comparando com aços inoxidáveis de alta resistência (ULSAC-AVC, 2001).<br />

Os aços TRIP também apresentam uma notável taxa de encruamento<br />

permitindo que estes materiais absorvam mais energia em testes de Impacto (Crash<br />

Test) quando comparados com aços de Alta Resistência e Baixa Liga (ARBL)<br />

convencionais.


Anexos 17<br />

Em particular a austenita retida desempenha um importante papel no<br />

aumento da absorção de energia dos aços TRIP. A fração de austenita retida e sua<br />

distribuição, em geral, também têm mais benefícios que a presença da martensita no<br />

processo de conformação, já que o alongamento uniforme aumenta com a elevação<br />

da fração de austenita na matriz.<br />

A conformabilidade - quantificada como o produto da tensão de resistência e<br />

alongamento total – aumenta rapidamente com o aumento da relação austenita/<br />

martensita (aproximadamente 5%) e, em seguida, permanece constante para os<br />

aços Dual Phase. Com aumentos além dos 5% citados acima, o Limite de<br />

Resistência aumenta a o Alongamento Total diminui. (RIGSBEE et al, 1979).<br />

Notadamente, a interpretação mais moderna dos aços TRIP informa que toda a<br />

austenita residual se transforma em martensita já nos primeiros estágios de<br />

deformação antes da região de estricção (PYCHMINTSEV et al, 2002).<br />

O diagrama da figura 10 mostra a influência da taxa de resfriamento na fração<br />

de austenita retida e no limite de resistência para um aço TRIP 700.<br />

Tensão<br />

Tensão (MPa)<br />

% Austenita<br />

Austenita Retida (%)<br />

Taxa de Resfriamento (°C/segundo)<br />

Figura 10: Influência da taxa de resfriamento na fração de austenita retida e no limite de<br />

resistência para um aço TRIP 700 (CORNETTE et al, 2001)<br />

O diagrama da figura 11 demonstra uma relação entre resistência à tração,<br />

alongamento, fração de austenita retida versus tempo solubilização.


Anexos 18<br />

Alongamento<br />

Tensão (MPa)<br />

Austenita Retida<br />

Tensão<br />

Austenita Retida ; Alongamento (%)<br />

Tempo de Solubilização (segundos)<br />

Figura 11: Resistência à tensão, alongamento e fração de austenita versus<br />

tempo de solubilização até 400 °C (CORNETTE et al, 2001)<br />

Estudos indicam também um efeito benéfico da presença da austenita nos<br />

aços que originalmente não são projetados para contê-la. Verificou-se ainda que se<br />

a relação entre limite de escoamento e limite de resistência for menor que 0,6, a<br />

presença da austenita retida é muito benéfica para o comportamento mecânico do<br />

aço (NAKAOKA et al, 1999).<br />

A figura 12 mostra a relação entre o limite de resistência, porcentagem de<br />

alongamento e porcentagem de austenita retida residual para um aço TRIP 800<br />

(CORNETTE, 2001).<br />

Limite de Resistência (MPa)<br />

Austenita Retida %<br />

% Austenita Retida<br />

Deformação (%)<br />

Figura 12: Relação entre limite de resistência, porcentagem de alongamento e<br />

porcentagem de austenita retida residual para um aço TRIP 800 (CORNETTE, 2001).


Anexos 19<br />

A tabela 2 mostra as propriedades mecânicas de alguns tipos de aço TRIP<br />

fabricados pela Thyssen (valores obtidos na direção de laminação, em uma base de<br />

medida de amostras ISO de 20 x 80 mm).<br />

Grau<br />

Tabela 2: Propriedades mecânicas de vários graus de aço TRIP (THYSSEN)<br />

Lim. Escoamento<br />

LE (N/mm 2 )<br />

Lim. de Resistência<br />

LR (N/mm 2 )<br />

Alongamento (%)<br />

L 0=80 mm<br />

Espessura < 3 mm<br />

TRIP 600 – BQ 380/480 590/700 > 26 > 0.20<br />

TRIP 700 – BQ 410/510 690/800 > 24 > 0.19<br />

TRIP 800 – BQ 420/550 780/900 > 23 > 0.18<br />

TRIP 800 – BF > 450 780/900 > 21 -<br />

n<br />

Legenda:<br />

BQ - Laminado à quente<br />

BF - Laminado à frio<br />

Esta capacidade de encruamento e nível de resistência e alongamento<br />

qualifica o aço TRIP 800 para aplicações em peças que quando solicitadas,<br />

absorvem grande quantidade de energia (CORNETTE et al, 2001) e para se<br />

aproveitar ao máximo as potencialidades deste aços, convém, na fase de concepção<br />

das peças, levar em conta as características do metal após conformação e não as<br />

do metal plano.<br />

De maneira esquemática, a boa conformabilidade deste aço permite realizar<br />

peças de segurança e de estrutura de geometrias simples ou complexas, se o<br />

retorno elástico e as suas propriedades forem levadas em consideração desde a<br />

concepção inicial do projeto.<br />

Convém ressaltar a importância desta caracterização inicial já que para a<br />

obtenção de um bom resultado final na estampagem de chapas originando uma<br />

peça livre de falhas, é de fundamental importância o conhecimento de suas<br />

propriedades mecânicas e de seus estados de deformação (CADA, 1996).<br />

O grande endurecimento por deformação dos aços TRIP, juntamente com os<br />

resultados promissores que este material tem apresentado, constituem especiais<br />

interesses para a sua aplicação industrial, porém ainda existem muitas questões<br />

científicas pendentes de resposta referentes aos reais fenômenos que regem o<br />

comportamento deste material, como por exemplo, uma melhjor elucidação dos<br />

fenômenos que realmente regem a transformação martensítica por deformação que<br />

acontece neste aço.


Anexos 20<br />

3.0 AVALIAÇÃO DE PROPRIEDADES MECÂNICAS DE CHAPAS DE<br />

AÇO<br />

Existem vários métodos de avaliação de propriedades mecânicas de chapas<br />

de aço, sendo que o mais utilizado pela sua facilidade na obtenção de resposta é o<br />

ensaio de tração (SCHAEFFER, 2001).<br />

3.1 ENSAIO DE TRAÇÃO<br />

O ensaio de tração pode ser classificado como um ensaio mecânico estático<br />

de utilização universal. É usado tanto para determinar as propriedades mecânicas<br />

essenciais ao projeto, como no controle de qualidade dos materiais quer quando<br />

ainda na forma de matéria-prima, quer quando já na forma de produto acabado.<br />

Este é um ensaio realizado conforme as normas DIN 10002 e NBR-6152, sem<br />

atrito e de tração uniaxial realizado numa máquina universal de ensaios mecânicos,<br />

onde o corpo de prova é fixo por garras e o movimento se dá na direção vertical. O<br />

ensaio de tração é realizado com velocidade constante e consiste em submeter um<br />

corpo de prova a uma carga de tração continuamente crescente até que se atinja a<br />

fratura. Durante o ensaio registra-se simultaneamente a variação do comprimento de<br />

referência através de extensômetros (por exemplo, do tipo indutivo ou resistivo)<br />

aplicados diretamente sobre o corpo de prova, em função da carga instantânea de<br />

tração (F) presente durante o ensaio. A Figura 13 mostra a geometria característica<br />

de um corpo de prova para o ensaio de tração (L 0 =80 mm) DIN 50125.<br />

20 ± 1 mm<br />

30 mm<br />

120 mm<br />

Figura 13: Geometria do corpo de prova para ensaio de Tração (DIN 50125)


Anexos 21<br />

O levantamento do diagrama tensão convencional (σc) vs. deformação<br />

relativa (ε) constitui o resultado do ensaio realizado (SHIGLEY et al, 1992).<br />

A Figura 14 mostra a curva de um material que obedece a lei do encruamento<br />

exponencial. Da sua análise pode-se observar a região de comportamento elástico,<br />

região de escoamento das discordâncias, região de encruamento uniforme e região<br />

de escoamento não uniforme. O ensaio convencional permite determinar através do<br />

diagrama σ x ε algumas propriedades mecânicas do material, como: Módulo de<br />

Elasticidade (E), Limite de Escoamento (LE) e Limite de Resistência (LR).<br />

Figura 14: Curva tensão – deformação reais de um material que obedece a lei de encruamento<br />

exponencial, (a) em escala normal e (b) em escala log-log (DIETER, 1976)<br />

A tensão convencional ou nominal (σc) é obtida dividindo-se a carga<br />

instantânea (F) pela área inicial da seção transversal (S 0 ) do corpo de prova, ou<br />

seja:<br />

F<br />

σ c = Equação 1<br />

S 0<br />

A deformação relativa é a extensão linear média que se obtém dividindo a<br />

variação de comprimento da zona de referência, ∆l, pelo respectivo comprimento<br />

inicial, l 0 .<br />

l l<br />

ε =<br />

Equação 2<br />

∆l<br />

f<br />

−<br />

0<br />

=<br />

l0 l0


Anexos 22<br />

O parâmetro n (coeficiente de encruamento) pode ser calculado conforme<br />

exposto na equação 3.<br />

ε dσ<br />

<br />

n = . Equação 3<br />

σ dε<br />

<br />

O módulo de elasticidade mede a rigidez do material em relação à tensão e a<br />

deformação na zona elástica. O limite de escoamento marca a passagem do estado<br />

elástico para o plástico, caracterizando o movimento das discordâncias do material.<br />

O limite de resistência corresponde ao ponto de máxima carga atingida durante o<br />

ensaio. O grau de encruamento é um dado que caracteriza o comportamento do<br />

material, pois um material com alto valor de n, tem alto grau de conformabilidade,<br />

isto é, suporta uma maior quantidade de deformação uniforme em tração do que<br />

outro material com valor baixo de n.<br />

Nos casos em que é necessária uma representação matemática do<br />

comportamento mecânico do material é usada a curva de escoamento real do<br />

material. Esta curva fornece valores da tensão de escoamento durante todo o<br />

processo de escoamento considerando o encruamento do material. Uma forma geral<br />

da representação matemática para a curva de escoamento verdadeira ou real é<br />

descrita pela equação de Ludwik-Hollomon, mostrada a seguir.<br />

σ .<br />

n<br />

= K ε Equação 4<br />

Onde : σ = Tensão Verdadeira<br />

ε = Deformação plástica verdadeira<br />

K = Constante do material<br />

n = Coeficiente de encruamento que varia de 0 a 1.<br />

Uma maneira de calcular o valor da constante K de um dado material é aplicar<br />

o logarítmico na equação 4, obtendo-se a seguinte equação:<br />

logσ = log K + nlogε<br />

Equação 5<br />

A curva de escoamento verdadeira ou real pode ser calculada usando os<br />

resultados do ensaio de tração convencional. A deformação verdadeira (ε) é dada<br />

pela integração do comprimento inicial (l 0 ) e instantâneo (l), conforme equação 6.<br />

l<br />

l<br />

ε = dl = ln Equação 6<br />

l<br />

l0<br />

0


Anexos 23<br />

O valor da tensão de escoamento (σ) é determinada em função da força<br />

instantânea pela seção deformada instantânea ou verdadeira (S 1 ). Portanto tem-se:<br />

F<br />

σ = Equação 7<br />

S 1<br />

A seção verdadeira é calculada empregando a deformação relativa partindo<br />

da equação 2, logo:<br />

S0<br />

S<br />

1<br />

= Equação 8<br />

1 + ε<br />

O endurecimento por deformação é representado pelo expoente para o<br />

endurecimento por encruamento ou coeficiente de encruamento, n, sendo que a<br />

porção elástica da curva corresponde a n = 1 quando σ = K na equação 4.<br />

(JIMENEZ et al, 1970).<br />

O coeficiente de encruamento, n, é importante para se estimar a<br />

conformabilidade do material, porque um valor alto de n significa maior resistência à<br />

estricção: ao iniciar-se a formação de qualquer pescoço no espécime tracionado, ali<br />

se concentra a deformação e o pescoço endurece mais rapidamente do que as<br />

porções adjacentes, tendendo, portanto a transferir para estas a deformação.<br />

Pode-se mostrar que, para um material que obedece a equação 4, o valor de<br />

n é numericamente igual à deformação uniforme máxima ε u , ou seja, a deformação<br />

natural calculada para o início da estricção, representando portanto também uma<br />

medida da ductilidade do material.<br />

O valor do coeficiente de encruamento n é considerado de grande importância<br />

pois ele quantifica a capacidade do material em distribuir a deformação<br />

uniformemente, principalmente nos casos de aplicação em estampagem, sendo n a<br />

inclinação da curva logarítmica de tensão versus deformação. Quanto mais<br />

acentuada esta curva maior é o valor de n e mais uniforme é a distribuição das<br />

deformações na presença de um gradiente de tensões. Materiais com n mais<br />

elevados prestam-se melhor a operações de conformação que envolvam tração,<br />

pois o aparecimento de estricção numa peça conformada pode levar à inutilização<br />

da mesma.<br />

O valor do coeficiente de anisotropia (r) pode ser determinado através da<br />

seguinte equação:


Anexos 24<br />

r<br />

ε<br />

ε<br />

l arg ura,<br />

efetiva<br />

= Equação 9<br />

espesura,<br />

efetiva<br />

A partir da razão de deformação nas três direções principais são calculados<br />

os valores da anisotropia média e planar, demonstradas nas equações 10 a 11 a<br />

seguir respectivamente.<br />

r o + 2.<br />

r o + r o<br />

0 45 90<br />

r m<br />

= Equação 10<br />

4<br />

r o − 2.<br />

r o + r o<br />

0 45 90<br />

∆ r =<br />

Equação 11<br />

2<br />

Dois tipos de anisotropia podem ser distinguidas, a anisotropia planar e a<br />

anisotropia normal, conforme mostra a Figura 15.<br />

Anisotropia normal<br />

r 0<br />

Anisotropia Planar<br />

r 45<br />

r 90<br />

Direção de Laminação<br />

Figura 15: Definições de anisotropia normal e planar (SAAB TUNNPLAT)<br />

Na anisotropia planar, as propriedades do material diferem na direção com<br />

relação ao plano da chapa. Na anisotropia normal, propriedades na direção de<br />

espessura da chapa diferem das propriedades planares.<br />

Como é mais fácil medir as variações de comprimento que as de espessura,<br />

normalmente o valor de anisotropia se calcula a partir das medidas de largura e<br />

comprimento, considerando que o volume se mantém constante antes e depois da<br />

deformação plástica.


Anexos 25<br />

4.0 METODOLOGIA EXPERIMENTAL<br />

Para a realização do trabalho foram utilizadas amostras de chapas de aço<br />

TRIP 800 laminadas a frio e recozidas com espessura de 1,4 mm. Estas amostras<br />

foram fornecidas pela Thyssen Krupp Stahl – Alemanha. Informações detalhadas a<br />

respeito das variáveis de controle de processo para a fabricação do referido material<br />

não foram fornecidos pelo fabricante.<br />

A Figura 16 mostra um fluxograma que resume as etapas de caracterização e<br />

avaliação que foram realizadas no aço TRIP 800 estudado.<br />

AÇO TRIP 800<br />

PROPRIEDADES<br />

MECÂNICAS<br />

ENSAIOS DE TRAÇÃO COM CRESCENTES VALORES DE % DE<br />

ESTIRAMENTO AVALIANDO A REPETIBILIDADE E PREPARANDO O<br />

MATERIAL PARA A PRÓXIMA ETAPA<br />

ESTUDO DA TRANSFORMAÇÃO MARTENSÍTICA INDUZIDA POR % DE<br />

ESTIRAMENTO UNIFORME RELACIONANDO A % DE ESTIRAMENTO<br />

UNIFORME COM A PORCENTAGEM DE AUSTENITA RETIDA E A<br />

TRANFORMAÇÃO DE γ α’<br />

<br />

<br />

<br />

ANÁLISE MICROESTRUTURAL<br />

MICROSCOPIA ÓPTICA<br />

MEV – MICROSCOPIA ELETRÕNICA DE VARREDURA<br />

RAIO-X<br />

Figura 16: Etapas de caracterização e avaliação do aço TRIP 800<br />

4.1 COMPOSIÇÃO QUÍMICA<br />

A composição química do aço estudado foi determinada via espectrômetro de<br />

emissão óptica sendo que foram realizados três ensaios para validar os resultados<br />

obtidos.


Anexos 26<br />

4.2 CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA<br />

Os ensaios de tração realizados visaram determinar as características<br />

mecânicas de resistência à tração do aço TRIP analisado. As amostras para todos<br />

os ensaios foram retiradas da região considerada útil do material laminado, ou seja,<br />

distantes 300 mm da borda da tira.<br />

Os corpos de prova de tração (base 80 mm), preparados conforme figura 13<br />

deste trabalho, possuíam na zona de medição 80 mm como comprimento inicial (l0).<br />

Estes corpos de prova foram confeccionados por uma prensa mecânica Georg<br />

através de uma matriz de corte com o formato do corpo de prova. Após serem<br />

prensados, realizou-se um lixamento nas bordas dos corpos de prova objetivando-se<br />

eliminar pequenas trincas e imperfeições que pudessem influenciar nos resultados.<br />

O equipamento utilizado para medir a variação de deformação do<br />

comprimento na zona de medição foi um clip gauge (extensômetro) da marca Instron<br />

modelo 2630-100. Os ensaios foram conduzidos com velocidade constante de três<br />

mm/min até o limite de escoamento, e após este limite, utilizou-se a velocidade de<br />

dez mm/min até o rompimento.<br />

Primeiramente, foram realizados ensaios para a caracterização mecânica do<br />

material, sendo que foram ensaiados nove corpos de prova de tração, cada três<br />

deles retirados em direções diferentes em relação ao sentido de laminação, ou seja,<br />

0°, 45° e 90°, ou seja, foram retirados e ensaiados três corpos de prova para cada<br />

direção.<br />

Numa segunda etapa foram ensaiados quatro corpos de prova retirados à 90°<br />

do sentido de laminação com o objetivo de avaliar a repetibilidade de<br />

comportamento mecânico do material (repetibilidade de valores de ensaio) e definir<br />

a deformação uniforme, selecionando as porcentagens de estiramento a serem<br />

utilizadas no estudo da evolução microestrutural com o aumento da porcentagem de<br />

estiramento, definida na terceira e próxima etapa.<br />

Numa terceira etapa foram executados ensaios de tração com porcentagens<br />

crescentes de estiramento. Os carregamentos estáticos e os alongamentos<br />

desejados foram programados previamente na máquina de tração. Esta etapa teve<br />

como objetivo a avaliação da estabilidade microestrutural frente a porcentagens de<br />

estiramento crescentes, determinando-se desta maneira a relação entre a<br />

porcentagem de estiramento e a composição das fases presentes no aço estudado.


Anexos 27<br />

Todos os ensaios para a avaliação das propriedades mecânicas e estudo da<br />

evolução microestrutural com a porcentagem de estiramento foram realizados em<br />

uma máquina servohidráulica INSTRON 5582 com célula de carga de 10000 Kgf<br />

(sem fundo de escala devido ao fato da máquina ser automática) e foram realizados<br />

a uma temperatura constante de 22 °C.<br />

4.3 CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL<br />

O aço estudado foi caracterizado quanto à sua microestrutura usando<br />

microscopia óptica (MO), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Difração de<br />

Raios-X.<br />

O esquema mostrado na figura 17 demonstra de uma maneira simples a<br />

região do corpo de prova da qual foram tiradas amostras para a avaliação<br />

microestrutural.<br />

Região de retirada de amostras para a<br />

caracterização microestrutural<br />

Figura 17: Esquema demonstrativo da região do corpo de prova da<br />

qual foram retiradas amostras para a avaliação microestrutural<br />

4.3.1 MICROSCOPIA ÓPTICA<br />

A preparação das amostras seguiu procedimentos metalográficos<br />

convencionais, isto é, lixamento em seqüência de lixas até 2400 mesh e polimento<br />

em pasta de diamante na seqüência 6, 3, 1 e ¼ µm. O ataque metalográfico mais<br />

adequado para a revelação das fases foi estudado por TOURRUCÔO (1999), que<br />

realizou vários testes em termos de tipos de soluções, seqüência e tempo de<br />

aplicação. Segundo a literatura citada, a solução mais eficaz para revelar as fases é<br />

à base de ácido nítrico ou dissulfito de potássio. A tabela 3 mostra as concentrações<br />

e tempos de ataque propostas por TOURRUCÔO.


Anexos 28<br />

Tabela 3: Soluções, concentrações e tempo de ataque para Aços TRIP<br />

Solução Concentração Tempo<br />

Nital 2% em álcool 2 segundos<br />

Dissulfito de potássio 10% em água 45 segundos<br />

Vários outros procedimentos têm sido citados em literatura para revelar a<br />

microestrutura de vários aços e muitas destas técnicas estão resumidas em<br />

VANDER VOORT (1984). Na avaliação realizada neste trabalho utilizou-se para<br />

ataque o nital 2%, já que as tentativas na utilização do reagente dissulfito de<br />

potássio, citado por TOURRUCÔO (1999), não foram eficazes e não conseguiu-se<br />

um bom resultado e nem uma repetibilidade dos resultados citados.<br />

4.3.2 DIFRAÇÃO DE RAIOS-X<br />

As amostras para a difração de Raios-X foram preparadas por lixamento e<br />

polimento convencional já que o material utilizado possuía uma camada de zinco<br />

superficial. A geração dos espectros de difração das amostras de aço TRIP foi<br />

realizada por um difratômetro da marca Siemens usando radiação de Cu-Kα da<br />

BOSCH - Unidade de Curitiba.<br />

Os parâmetros utilizados no equipamento foram os seguintes:<br />

a) Método de Bragg – Brentano<br />

b) Varredura de 20 a 140°<br />

c) Passo: tempo 1 segundo;<br />

d) Anodo: Cu<br />

e) Voltagem: 30 kVolts<br />

f) Corrente: 40 mA<br />

g) Fendas: 1mm, 1mm e 0.2 mm<br />

h) Filtro: Potássio<br />

Os espectros característicos obtidos pelo difratômetro de Raios-X para cada<br />

uma das amostras foram comparados com difratogramas existents no trabalho de<br />

PARISH (2001) e os valores de 2θ característicos para a austenita retida foram<br />

comparados com o banco de dados do equipamento que é alimentado pelos<br />

padrões de difração da JCPDS (Joint Commitee on Powder Diffraction Standarts).


Anexos 29<br />

Os valores de 2θ característicos obtidos foram, também, comparados com os<br />

valores existentes nos trabalhos de PARISH (2001) e TOURRUCÔO (1999).


Anexos 30<br />

5.0 RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />

5.1 COMPOSIÇÃO QUÍMICA<br />

A composição química do aço estudado foi determinada via espectrômetro de<br />

emissão óptica e a média obtida após a realização de três ensaios para a validação<br />

dos resultados está demonstrada na tabela 4 (valores em % de massa).<br />

Material<br />

Avaliado<br />

Tabela 4: Composição química do aço TRIP 800 avaliado<br />

C Mn<br />

P<br />

(máx.)<br />

Si Al Nb V<br />

0.205 0.98 0.017 0.87 0.040


Anexos 31<br />

Convém citar que o Manganês é muito mais efetivo na estabilização da austenita<br />

retida do que o Silício porém, níveis excessivos deste elemento podem promover a<br />

precipitação de carbonetos na austenita. O manganês juntamente com o silício pode<br />

afetar a tensão superficial do aço prejudicando ou até impossibilitando o processo de<br />

zincagem por imersão a quente por dificultar a formação da camada superficial.<br />

O fósforo é usado quando a adição de alumínio e silício tem que ser limitada.<br />

No caso da composição química obtida, o fósforo se apresentou com uma<br />

porcentagem um pouco maior (0,017%). A quantidade obtida, segundo BLECK<br />

(2002), já é suficiente para retardar a cinética de precipitação de carbonetos e<br />

conferir um aumento de resistência mecânica. Este aumento de resistência<br />

mecânica ocorre por que o fósforo é um elemento muito efetivo no endurecimento<br />

por solução sólida.<br />

Como os efeitos do fósforo podem ser somente consumados na presença do<br />

silício ou do alumínio, o seu teor em excesso pode ser explicado pelo teor em<br />

excesso também apresentado pelo silício. Eles podem ter sido adicionados em<br />

excesso objetivando um melhor equilíbrio estequiométrico de composição. Se a<br />

adição de fósforo excede 0,4%, e o equilíbrio estequiométrico com o silício e/ou com<br />

o alumínio se rompe, o fósforo pode segregar para os contornos de grão e diminuir a<br />

ductilidade do material.<br />

5.2 CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA<br />

5.2.1 PROPRIEDADES INTRINSECAS E PARA CONFORMAÇÃO – FASE 1<br />

O grau de encruamento das chapas foi calculado através da equação 2<br />

apresentada no subcapítulo 3.1. Para isso foi tomado o cuidado de tomar os pontos<br />

compreendidos entre o limite de escoamento, o limite de resistência e o<br />

alongamento, que é a garantia de deformação uniforme do material.<br />

Os índices de anisotropia normal e planar para os dois materiais foram<br />

calculados conforme equações 10, 11 e 12, respectivamente.<br />

Os resultados dos valores de propriedades mecânicas e de conformação<br />

obtidas na caracterização mecânica do material estão mostrados na tabela de 5 a 8.


Anexos 32<br />

Tabela 5: Propriedades mecânicas do aço TRIP 800 – Ângulo 0° com relação ao sentido de laminação<br />

Amostra<br />

Lim. De<br />

Escoamento<br />

LE (N/mm 2 )<br />

Lim. de Resistência<br />

LR (N/mm 2 )<br />

Alongamento<br />

Total (%)<br />

Alongamento<br />

Uniforme (%)<br />

1 548,00 854,00 23,10 19,40 0,19 1,08<br />

2 541,00 851,00 24,50 20,40 0,20 1,08<br />

3 544,00 852,00 24,50 18,90 0,19 1,08<br />

Média 544,33 852,33 24,03 19,57 0,20 1,08<br />

Desvio Padrão 3,51 1,53 0,81 0,76 0,00 0,00<br />

n<br />

r<br />

Tabela 6: Propriedades mecânicas do aço TRIP 800 – Ângulo 45° com relação ao sentido de laminação<br />

Amostra<br />

Lim. De<br />

Escoamento<br />

LE (N/mm 2 )<br />

Lim. de Resistência<br />

LR (N/mm 2 )<br />

Alongamento<br />

Total (%)<br />

Alongamento<br />

Uniforme (%)<br />

1 543,00 855,00 23,10 19,10 0,19 1,04<br />

2 539,00 857,00 23,20 20,00 0,19 1,08<br />

3 549,00 850,00 23,90 19,90 0,19 1,01<br />

Média 543,67 854,00 23,40 19,67 0,19 1,04<br />

Desvio Padrão 5,03 3,61 0,44 0,49 0,00 0,04<br />

n<br />

r<br />

Tabela 7: Propriedades mecânicas do aço TRIP 800 – Ângulo 90° com relação ao sentido de laminação<br />

Amostra<br />

Lim. De<br />

Escoamento<br />

LE (N/mm 2 )<br />

Lim. de Resistência<br />

LR (N/mm 2 )<br />

Alongamento<br />

Total (%)<br />

Alongamento<br />

Uniforme (%)<br />

1 538,00 855,00 23,50 18,90 0,19 1,00<br />

2 539,00 850,00 23,50 20,20 0,19 1,08<br />

3 542,00 850,00 23,90 19,90 0,18 1,01<br />

Média 539,67 851,67 23,63 19,67 0,19 1,03<br />

Desvio Padrão 2,08 2,89 0,23 0,68 0,01 0,05<br />

n<br />

r<br />

Tabela 8: Propriedades mecânicas do aço TRIP 800 avaliado – Fase 1 - Valores Médios de Três Ensaios<br />

Propriedades Mecânicas e de<br />

Ângulo com relação ao sentido de laminação<br />

Conformação<br />

0° 45° 90°<br />

Lim. Elástico R p0,2 (N/mm 2 ) 544,33 543,67 539,67<br />

Lim. de Resistência R M (N/mm 2 ) 852,33 854,00 851,67<br />

Alongamento Total (%) 24,03 23.40 23,63<br />

Alongamento Uniforme (%) 19.57 19.67 19.67<br />

Coeficiente de Encruamento (n) 0,20 0,19 0,19<br />

Anisotropia (r) 1.08 1,04 1,03<br />

Anisotropia Normal (r m) 1,06<br />

Anisotropia Planar (∆r) 0,02


Anexos 33<br />

Quando se comparam os resultados de propriedades mecânicas citadas pelo<br />

fabricante THYSSEN e contidos na Tabela 2, com os resultados de propriedades<br />

mecânicas obtidas neste trabalho e citados na tabela 8, percebe-se que o TRIP 800<br />

estudado apresentou resultados similares e dentro das faixas consideradas ideais<br />

para este tipo de aço.<br />

Convém ressaltar que os valores mostrados na tabela 2 se referem a valores<br />

de propriedades obtidos na direção de laminação do referido material. A THYSSEN<br />

não cita em seus catálogos técnicos valores considerados adequados de anisotropia<br />

normal (r) e anisotropia planar (∆r). Os valores obtidos foram comparados pelo autor<br />

deste trabalho com valores obtidos num estudo feito na SEAT/Volkswagen entre os<br />

anos de 2000 e 2001 a respeito das características de estampabilidade<br />

apresentadas pela TRIP 800. Os resultados obtidos se mostram adequados aos<br />

obtidos no estudo citado.<br />

A Figura 18 mostra a evolução do coeficiente de encruamento n em função da<br />

deformação verdadeira comparando-se dois aços multifásicos, um aço Dual Phase<br />

600 e um aço TRIP 800.<br />

Coeficiente de Encruamento, n<br />

Deformação verdadeira (%)<br />

Figura 18: Evolução do coeficiente de encruamento n em função da<br />

deformação verdadeira (MOULIN, 2001)<br />

Comparando-se os resultados obtidos no cálculo de n e mostrados na Tabela<br />

8 para o aço TRIP, com os resultados obtidos por MOULIN, 2001, percebe-se que o<br />

valor de n obtido esta coerente com relação ao trabalho citado.


Anexos 34<br />

5.2.2 REPETIBILIDADE DE RESULTADOS GERADOS PELA INSTRON – FASE 2<br />

Na tabela 9 são mostrados os resultados dos quatro corpos de prova que<br />

foram testados para a avaliação de uniformidade dos resultados obtidos por<br />

amostras retiradas da mesma chapa. Todos os corpos de prova foram retirados à<br />

90° da direção de laminação já que esta direção representa a condição mais crítica<br />

em termos de propriedades mecânicas.<br />

Amostra<br />

Tabela 9: Propriedades mecânicas do aço TRIP 800 avaliado – Fase 2<br />

Lim. De<br />

Escoamento<br />

LE (N/mm 2 )<br />

Lim. de Resistência<br />

LR (N/mm 2 )<br />

Alongamento<br />

Total (%)<br />

Alongamento<br />

Uniforme (%)<br />

1 548 854 21,1 19,1 0,193 1,080<br />

2 550 861 24,0 20,4 0,201 1,084<br />

3 544 864 24,0 19,0 0,194 1,076<br />

4 553 852 21,3 18,8 0,190 1,089<br />

Média 548,75 857,75 22,60 19,33 0,19 1,08<br />

Desvio Padrão 3,77 5,68 1,62 0,73 0,00 0,01<br />

n<br />

r<br />

As figuras 19 a 22 mostram os diagramas de tensão versus deformação para<br />

as amostras citadas na tabela 10.<br />

Figura 19: Diagrama Tensão x Deformação<br />

Amostra 1 - 90° com o sentido de laminação<br />

Figura 20: Diagrama Tensão x Deformação<br />

Amostra 2 - 90° com o sentido de laminação


Anexos 35<br />

Figura 21: Diagrama Tensão x Deformação<br />

Amostra 3 - 90° com o sentido de laminação<br />

Figura 22: Diagrama Tensão x Deformação<br />

Amostra 4 - 90° com o sentido de laminação<br />

Quando se faz uma avaliação estatística dos resultados obtidos nos ensaios<br />

dos quatro corpos de prova citados, percebe-se que houve uma boa uniformidade<br />

nos valores obtidos, com valores de desvio padrão que podem ser considerados<br />

baixos.<br />

5.2.3 ENSAIOS PARA A QUANTIFICAÇÃO DA AUSTENITA RETIDA – FASE 3<br />

Na Tabela 10 são mostrados os resultados dos três corpos de prova que<br />

foram ensaiados com porcentagens crescentes de estiramento para a avaliação de<br />

evolução microestrutural com a deformação, objetivando-se posterior quantificação<br />

da austenita retida presente em função da deformação via MO, MEV e Difração de<br />

Raios-X. Os ensaios de tração foram interrompidos com valores de deformação prédeterminados.<br />

Todos os corpos de prova foram ensaiados a 90° da direção de<br />

laminação.<br />

Identificação<br />

da Amostra<br />

Tabela 10: Propriedades mecânicas do aço TRIP 800 – Fase 3<br />

Lim. Elástico<br />

R p0,2 (N/mm 2 )<br />

Alongamento<br />

Pré-determinado<br />

(%)<br />

Alongamento<br />

Total (%)<br />

T6% 542 6 6<br />

T12% 551 12 12<br />

T18% 542 18 17.9<br />

Durante a execução dos ensaios percebeu-se que a tensão aumentava<br />

significativamente já nos primeiros estágios da deformação. Os fatores prováveis<br />

para este fato incluem a grande transformação de austenita para martensita já nos


Anexos 36<br />

primeiros estágios da deformação, confirmando o que se afirma em literatura a<br />

respeito (crescente aumento de fases duras na microestrutura do material já no<br />

início da deformação) ou a presença de grande quantidade de martensita préexistente<br />

formada no processo de fabricação do aço. Este resultado confirma o que<br />

foi citado em literatura por ITAMI et al, 1994, que afirma que a austenita retida com<br />

baixo teor de carbono é plasticamente instável o suficiente para transformar-se já<br />

nos primeiros estágios de deformação embora tenha identificado que os fatores que<br />

influenciam na estabilização da austenita não sejam fatores constantes sendo que<br />

este comportamento pode ser característico de cada situação.<br />

Segundo ainda o que afirma ITAMI et al, 1994, deve-se levar em conta<br />

também que a transformação da austenita retida para martensita está diretamente<br />

ligada ao grau de enriquecimento desta austenita em carbono. Este fator depende<br />

do tempo de austêmpera, ou seja, o histórico termomecânico do material influencia<br />

diretamente nas propriedades mecânicas do mesmo. A austenita menos rica em<br />

carbono é plasticamente mais instável e se transforma em martensita nos primeiros<br />

estágios de deformação.<br />

As Figuras 23 a 25 mostram as curvas de tensão versus deformação para as<br />

amostras citadas na tabela 10.<br />

Figura 23: Diagrama Tensão x Deformação<br />

Amostra 6% - 90° com o sentido de laminação<br />

Figura 24: Diagrama Tensão x Deformação<br />

Amostra 12% - 90° com o sentido de laminação<br />

Figura 25: Diagrama Tensão x Deformação<br />

Amostra 18% - 90° com o sentido de laminação


Anexos 37<br />

Sendo as propriedades mecânicas do material dependentes da estabilidade<br />

da austenita retida e tendo em vista que esta não é constante para cada material<br />

pois depende de muitos fatores e de suas interações, é muito complexa a<br />

identificação do fator realmente controlador e que justifique aumentos ou<br />

diminuições nas propriedades mecânicas.<br />

5.3 CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL<br />

5.3.1 MICROSCOPIA ÓTICA<br />

A microestruturas obtidas estão apresentadas na Figuras 26 a 29.<br />

Pelas avaliações microestruturais realizadas, o aço TRIP 800 constitui-se<br />

basicamente de quatro fases: bainita, martensita e austenita retida em matriz<br />

ferrítica. A microestrutura se apresenta refinada sendo que a identificação detalhada<br />

e a quantificação das fases via microscópio óptico (MO) não foi realizada pela<br />

impossibilidade da separação visual e quantificação das fases presentes<br />

detalhadamente. A utilização de metalografia colorida e de nanodureza são métodos<br />

que poderiam colaborar na avaliação das supostas fases presentes porém neste<br />

trabalho estes métodos não foram utilizados.<br />

Direção do Estiramento<br />

Direção de laminação<br />

Figura 26: Microestrutura Aço TRIP 800 – 0% de Estiramento – Ataque Nital 2%


Anexos 38<br />

Direção do Estiramento<br />

Direção de laminação<br />

Figura 27: Microestrutura Aço TRIP 800 – 6% de Estiramento – Ataque Nital 2%<br />

Direção do Estiramento<br />

Direção de laminação<br />

Figura 28: Microestrutura Aço TRIP 800 – 12% de Estiramento – Ataque Nital 2%<br />

Direção do Estiramento<br />

Direção de laminação<br />

Figura 29: Microestrutura Aço TRIP 800 – 18% de Estiramento – Ataque Nital 2%


Anexos 39<br />

A Figura 30 mostra uma microestrutura esquemática (EHRHARDT et al, 2004)<br />

com as fases que devem estar presentes num aço TRIP com caracteríticas similares<br />

ao aço estudado neste trabalho.<br />

Figura 30: Microestrutura esquemática – Aço TRIP 800 (EHRHARDT et al, 2004)<br />

A ferrita (matriz) se apresenta nas fotomicrografias com a coloração mais<br />

clara representados por grãos poligonais, algumas vezes representada por uma cor<br />

cinza claro e outras vezes por uma cor tendendo ao branco. Esta coloração diferente<br />

está relacionada com diferenças de intensidade de luz incidente nas amostras na<br />

realização da fotomicrografia ou a pequenas diferenças nos tempos de ataque para<br />

a revelação das fases. A coloração e o tamanho de grãos apresentados por esta<br />

fase se encontra de acordo com a literatura a respeito para o ataque com nital 2%.<br />

Pela avaliação das micrografias obtidas percebe-se nas figuras geradas por<br />

estiramentos de até 6% uma certa aleatoriedade de posicionamento dos grãos na<br />

microestrutura do material sendo que quando o estiramento aumentou percebe-se<br />

que os mesmos começam a se orientar na direção da tensão aplicada, ou seja<br />

reagem para redistribuir as tensões internas impostas pela tensão externa aplicada


Anexos 40<br />

conforme citado na seção 2.3 deste trabalho. A formação de ilhas lineares de fases<br />

se mostra como uma reação do material à tensão externa aplicada. Nestas ilhas que<br />

aparecem nas micrografias com a coloração escura, acontecem então as possíveis<br />

transformações de austenita retida para martensita.<br />

Com relação às ilhas escuras citadas, a sua distinção na avaliação da<br />

microestrutura foi fácil de ser observada porém, a identificação da sua composição<br />

foi impossível de ser realizada visualmente. Segundo VERLINDEN et al, 2001, não<br />

pode se considerar que todas as ilhas escuras aparentes na microestrutura do<br />

material são compostos somente por austenita retida. Em geral, a nucleação da<br />

austenita (e que compõem as ilhas escuras visíveis) ocorre primeiramente no<br />

contorno de grão da ferrita. Considerando-se que estas ilhas escuras são também<br />

compostas por austenita retida, convém citar que JOENG, 1994, realizou um<br />

trabalho detalhado de controle de tamanho e distribuição da austenita retida antes e<br />

depois da transformação em martensita por deformação e comprovou que as<br />

menores partículas são mais estáveis frente à deformação. O esquema mostrado na<br />

figura 31 demonstra esse fato.<br />

A fases bainita e ferrita bainítica foram fases também de difícil observação,<br />

sendo que qualquer distinção visual via MO foi na prática impossível. As ilhas de<br />

bainita em geral se mostram na forma de grãos levemente aciculares, algumas com<br />

aspectos similares à martensita e com pequenas agulhas mais alargadas que<br />

parecem ser de ferrita. A martensita em geral possui um aspecto levemente acicular<br />

com coloração escura, formando pequenos grupamentos angulares.<br />

Ferrita<br />

Efeito TRIP<br />

Ferrita<br />

Austenita Retida<br />

Compondo as ilhas<br />

escuras em posição<br />

favorável para a<br />

transformação<br />

Figura 31: Modelo de distribuição de Ferrita e Austenita (EHRHARDT et al, 2004)<br />

Martensita<br />

Transformada<br />

Rans


Anexos 41<br />

A identificação das fases via microscopia óptica se mostrou um método não<br />

muito preciso. Quando se utilizou a Microscopia Eletrônica de Varredura, a<br />

identificação de algumas fases também não foi viável, sendo estas fases percebidas<br />

em diferentes profundidades sendo a ferrita atacada preferencialmente deixando as<br />

fases mais duras em planos mais elevados. A martensita neste caso também se<br />

distingue mais facilmente que a austenita já que é atacada mais fortemente pela<br />

solução de ataque. As figuras de 32 a 35 demonstram as micrografias obtidas via<br />

MEV.<br />

Figura 32: Microestrutura em MEV – Aumento 5000 X - Aço TRIP 800 – 0% de Estiramento<br />

Figura 33: Microestrutura em MEV – Aumento 5000 X - Aço TRIP 800 – 6% de Estiramento


Anexos 42<br />

Figura 34: Microestrutura em MEV – Aumento 5000 X - Aço TRIP 800 – 12% de Estiramento<br />

Figura 35: Microestrutura em MEV – Aumento 5000 X - Aço TRIP 800 – 18% de Estiramento<br />

5.3.2 DIFRAÇÃO DE RAIOS-X<br />

Com a expectativa de confirmar a presença das fases supostamente<br />

existentes nas microestruturas mostradas nas Figuras acima, fez-se uma análise por<br />

difração de Raios-X em todas as amostras citadas no procedimento anterior. Levouse<br />

em consideração que com o encruamento crescente aplicado no material um


Anexos 43<br />

deslocamento ou alargamento dos picos máximos de difração pode ocorrer, quando<br />

comparados com picos gerados por um material sem deformação plástica.<br />

A análise por difração de Raios-X é uma técnica de grande valia e praticidade<br />

para a determinação qualitativa de fases, porém, quando um material é constituído<br />

de múltiplas fases o método pode se tornar extremamente complicado com a<br />

ocorrência de superposição dos picos gerados.<br />

Na Figura 36 se encontra um difratograma típico para este tipo de aço<br />

multifásico para 2θ variando entre 40 e 110°.<br />

Intensidade<br />

Figura 36: Difratograma típico para um aço multifásico TRIP 800 (PARISH, 2001)<br />

Os difratogramas mostrados a seguir apresentam a análise realizada no aço<br />

TRIP 800 na condição inicial (somente recozido com 0% de deformação) e nos<br />

estados deformados (6%, 12% e 18%) conforme as figuras microestruturais<br />

anteriormente mostradas. A análise foi realizada buscando-se valores de distância<br />

interplanar (d) e valores de 2θ referentes a austenita retida conforme Padrões de<br />

Difração JCPDS que estão resumidos no anexo 1 deste trabalho (TOURRUCÔO,<br />

1999). O resultado da análise espectral encontra-se discriminado nas tabelas 12 a<br />

15. Segundo as fichas JCPDS com padrões para a martensita e a austenita, existem<br />

diferentes valores de parâmetro de rede e portanto diferentes posições angulares<br />

para a austenita e para a martensita. Com relação à austenita, após uma avaliação<br />

detalhada dos valores de d (distância interplanar) obtidos nos difratogramas<br />

correlacionados com os valores de distância interplanar padrões para a austenita,<br />

verificou-se a presença de algumas posições angulares citadas nos padrões JCPDS.


Anexos 44<br />

Conforme mencionado acima, verificou-se a existência de algumas posições<br />

angulares citadas nos padrões JCPDS para a austenita, sendo que estes picos em<br />

geral se apresentaram pequenos e alguns se mostraram levemente deslocados em<br />

relação ao valor citado no padrão JCPDS, sendo uma causa provável a deformação<br />

crescente aplicada nos corpos de prova e que provoca um alargamento dos picos<br />

gerados (ZHAO et al, 2001). Pelo fato dos picos possuírem pequena intensidade,<br />

estes picos podem apresentar uma certa quantidade de erro inerente aos ensaios.<br />

A Tabela 11 mostra os resultados da análise espectral obtidos para a amostra<br />

com 0% de deformação nos difratogramas mostrados nas Figuras 37 a 39.<br />

Tabela 11: Resultado da análise espectral – Aço TRIP 800 - 0% de deformação<br />

Picos 2θ d (Angtrons) Fase / Índice Miller<br />

1 78,34 1,22 Gama / (200)<br />

2 105,68 0,96 Alfa / (200)<br />

3 127,33 0,86 Gama / (220)<br />

Porcentagem de Austenita Retida 6,84%<br />

Intensidade<br />

2 θ (Graus)<br />

Figura 37: Região Espectral 2θ = 78,34° para amostra deformada em 0% (Gama)<br />

Intensidade<br />

2 θ (Graus)<br />

Figura 38: Região Espectral 2θ = 105,68° para amostra deformada em 0% (Alfa)


Anexos 45<br />

A Tabela 12 mostra os resultados da análise espectral obtidos para a amostra<br />

com 6% de deformação nos difratogramas mostrados nas Figuras 40 a 42.<br />

Tabela 12: Resultado da análise espectral – Aço TRIP 800 - 6% de deformação<br />

Picos 2θ d (Angtrons) Fase / Índice Miller<br />

1 78,44 1,22 Gama / (200)<br />

2 105,78 0,96 Alfa / (200)<br />

3 127,48 0,86 Gama / (220)<br />

Porcentagem de Austenita Retida 3,46%<br />

Intensidade<br />

Intensidade<br />

2 θ (Graus)<br />

Figura 39: Região Espectral 2θ = 127,33° para amostra deformada em 0% (Gama)<br />

2 θ (Graus)<br />

Figura 40: Região Espectral 2θ = 78,44° para amostra deformada em 6% (Gama)


Anexos 46<br />

Intensidade<br />

2 θ (Graus)<br />

Figura 41: Região Espectral 2θ = 105,78° para amostra deformada em 6% (Alfa)<br />

Intensidade<br />

2 θ (Graus)<br />

Figura 42: Região Espectral 2θ = 127,48° para amostra deformada em 6% (Gama)<br />

A Tabela 13 mostra os resultados da análise espectral obtidos para a amostra<br />

com 12% de deformação nos difratogramas mostrados nas Figuras 43 a 45.<br />

Tabela 13: Resultado da análise espectral – Aço TRIP 800 - 12% de deformação<br />

Picos 2θ d (Angtrons) Fase / Índice Miller<br />

1 77,98 1,22 Gama / (200)<br />

2 105,26 0,96 Alfa / (200)<br />

3 127,14 0,86 Gama / (220)<br />

Porcentagem de Austenita Retida 2,22%


Anexos 47<br />

Intensidade<br />

2 θ (Graus)<br />

Figura 43: Região Espectral 2θ = 77,98° para amostra deformada em 12% (Gama)<br />

Intensidade<br />

2 θ (Graus)<br />

Figura 44: Região Espectral 2θ = 105,26° para amostra deformada em 12% (Alfa)<br />

Intensidade<br />

2 θ (Graus)<br />

Figura 45: Região Espectral 2θ = 127,14° para amostra deformada em 12% (Gama)


Anexos 48<br />

A Tabela 14 mostra os resultados da análise espectral obtidos para a amostra<br />

com 18% de deformação nos difratogramas mostrados nas Figuras 46 a 48.<br />

Tabela 14: Resultado da análise espectral – Aço TRIP 800 - 18% de deformação<br />

Picos 2θ d (Angtrons) Fase / Índice Miller<br />

1 78,08 1,22 Gama / (200)<br />

2 105,43 0,96 Alfa / (200)<br />

3 127,27 0,86 Gama / (220)<br />

Porcentagem de Austenita Retida 1,98%<br />

Intensidade<br />

2 θ (Graus)<br />

Figura 46: Região Espectral 2θ = 78,08° para amostra deformada em 18% (Gama)<br />

Intensidade<br />

2 θ (Graus)<br />

Figura 47: Região Espectral 2θ = 105,43° para amostra deformada em 18% (Alfa)


Anexos 49<br />

Intensidade<br />

2 θ (Graus)<br />

Figura 48: Região Espectral 2θ = 117,27° para amostra deformada em 18% (Gama)<br />

Pelos resultados apresentados nos difratogramas e nas tabelas citada acima,<br />

percebe-se claramente que o com o aumento do estiramento nas amostras a<br />

porcentagem de austenita retida residual foi diminuindo, sendo esta verificação o<br />

fundamento principal dos estudos que foram realizados. Este fato pode ser<br />

verificado no gráfico exposto a seguir na Figura 49, onde se percebe que com o<br />

aumento da deformação a porcentagem de austenita retida diminui, comprovando o<br />

que se afirma em literaturas a respeito.<br />

Gráfico – Relação entre Limite de Resistência X<br />

Porcentagem de Deformação X Austenita Retida<br />

Figura 49: Gráfico - Relação entre Limite de Escoamento x Deformação x Austenita Retida


Anexos 50<br />

Para uma compreensão mais detalhada da composição das fases presentes<br />

no material seria interessante realizar ensaios para a determinação da textura<br />

cristalográfica das fases presentes, porém mesmos estes ensaios realizados via<br />

EBSD (Automated Backscattered Electron Diffraction) e/ou OIM (Orientation Imaging<br />

Microscopy) apresentam dificuldades na separação e estudo da morfologia e<br />

quantidade de fases presentes principalmente quando se considera o efeito da<br />

textura na difração dos picos, principalmente nos casos onde a textura da austenita<br />

retida, ferrita e ferrita/bainita são diferentes (VERLINDEN et al, 2001). Segundo<br />

ainda VERLINDEN et al, 2001, devido às complicações expostas, não são possíveis<br />

medidas experimentais de textura da austenita em aços com médio teor de carbono<br />

bem como a determinação das relações entre a austenita e seus produtos de<br />

transformação, isto é, martensita e ferrita/bainita.<br />

Um método que vem sendo utilizado com mais sucesso para a determinação<br />

das fases presentes no aço TRIP 800, principalmente para a determinação da<br />

quantidade de austenita retida (não magnética) é a Ressonância Magnética (ZHAO<br />

et al, 2001).


Anexos 51<br />

6.0 CONCLUSÕES<br />

As conclusões abaixo se referem às observações referentes ao<br />

desenvolvimento experimental e aos resultados obtidos:<br />

O aço TRIP 800 estudado apresentou resultados de propriedades mecânicas<br />

e de estampabilidade (r e n) coerentes com a literatura a respeito o que pode<br />

lhe conferir um alta capacidade de absorção de energia quando aplicado<br />

numa peça de carroceria e uma boa condição de estampagem quando<br />

submetido a operações de conformação .<br />

O estudo dos mecanismos de endurecimento e da microestrutura via<br />

microscopia óptica se mostrou pouco adequado e apresentou limitações<br />

inerentes ao método como por exemplo, a dificuldade de se obter uma<br />

solução de ataque adequada e segundo, a dificuldade de se obter contrastes<br />

que fossem suficientemente adequados para a separação visual das fases.<br />

Os estudos da microestrutura via microscopia óptica e microscopia eletrônica<br />

de varredura se mostraram ineficientes pela dificuldade de visualização das<br />

fases devido ao fato de que não se conseguiu utilizar uma solução de ataque<br />

que revelasse as fases de uma maneira mais clara.<br />

O estudo dos mecanismos de endurecimento e das fases presentes via<br />

difração de Raios-X se mostrou adequada para análises qualitativas e<br />

quantitativas de fases presentes. Esta técnica também se mostrou adequada<br />

para medidas de parâmetros de rede com exceção de fases que apresentam<br />

reticulados parecidos se mostrando superpostos. Para análises quantitativas<br />

de frações volumétricas de fase presentes o método se mostrou adequado<br />

sendo que os resultados obtidos de austenita retida estão de acordo com as<br />

literaturas consultadas.<br />

Pela avaliação microestrutural via Difração de Raios-X, percebe-se que<br />

ocorreram modificações na quantidade e composição das fases presentes.


Anexos 52<br />

Com 6% de estiramento percebeu-se que a austenita retida teve uma<br />

diminuição acentuada de sua quantidade se comparada com a porcentagem<br />

de austenita retida com 0% de deformação, concluindo-se então que este aço<br />

apresenta grandes taxas de transformação de austenita retida em martensita<br />

já nas fases inicias de transformação, comprovando o que se afirma em<br />

literatura a respeito.


Anexos 53<br />

7.0 TRABALHOS FUTUROS<br />

A seguir estão algumas sugestões de trabalhos futuros (mestrado e<br />

doutorado) e algumas linhas de pesquisa, nas quais se percebeu algumas lacunas<br />

de conhecimento com respeito a estes aços.<br />

1) Caracterização mecânica e quantificação de fases via EBSD (Automated<br />

Backscattered Electron Diffraction) e Ressonância Magnética utilizando taxas<br />

de deformação com velocidades variáveis nos aços TRIP.<br />

2) Estudo da distribuição de solutos na austenita retida dos aços TRIP, usando<br />

EBSD (Automated Backscattered Electron Diffraction), microscopia eletrônica<br />

de transmissão e dilatometria, formulando, comprovando ou refutando<br />

algumas teorias existentes a respeito.<br />

3) Estudo e modelamento do tamanho, forma e distribuição de fases durante o<br />

recozimento intercrítico, sendo que já e conhecido que as frações de cada<br />

uma das fases pode ser fortemente afetada por condições de resfriamento.<br />

4) Desenvolvimento e validação de um método de aplicação de metalografia<br />

colorida para a análise das fases presentes.<br />

5) Estudo da soldabilidade por resistência elétrica dos aços TRIP, considerando<br />

as variações de processo.<br />

6) Estudo da corrosão em aços TRIP considerando variações de composição<br />

química e microestrutural, com ou sem pré-deformação.<br />

7) Desenvolvimento de uma teoria com aplicações da Teoria de Ashby e<br />

considerando observações relativas à estabilidade da austenita retida em<br />

aços multifásicos direcionando este estudo para os aços TRIP. Este trabalho<br />

poderia colaborar muito nos estudos e entendimento dos mecanismos do


Anexos 54<br />

aumento das propriedades mecânicas e de variações de propriedades de<br />

estampabilidade dos aços multifásicos com a deformação.


Anexos 55<br />

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS<br />

ARCELOR AUTO - www.arcelorauto.com - Acesso em: 15/02/2005<br />

ASHBY, M. F.; The Deformation of Plastically Non-Homogeneous Materials, Phil<br />

Mag, Ser.8, V21, 1970, P.399-424.<br />

AULA 03 – TELECURSO 2000 - Ensaio de Tração: Propriedades Mecânicas<br />

avaliadas<br />

AVC – Advance Vehicle Concepts - Technical Transfer Dispatch , Brussels - 2001.<br />

BHADESHIA, H. K. D. H.; Bainite in Steels, Second Edition, 2001, The University<br />

Press, Cambridge, P.201-224.<br />

BLECK, W.; Using the TRIP Effect -- The Dawn of a Promising New Group of Cold<br />

Formable Sheets, Int. Conf. on TRIP-Aided High Strength Ferrous Alloys, Editora<br />

BC de Cooman, GRIPS, Ghent, 2002, P.13-23.<br />

BLECK, W.; HULKA, K.; PAPAMETELLOS, K.; Effect of niobium on the mechanical<br />

properties of TRIP steels, Materials Science Forun , Vo 284-286, p. 327-334 –<br />

1998.<br />

CADA, R.; “Comparison of formability of steel sTRIPs, which are used for deep<br />

drawing of stamping” Journal of Materials Processing Technology - N°60 - 1996<br />

p.283-290<br />

CATÁLOGO TÉCNICO – THYSSENKRUPP STAHL - Umformverhalten höher –<br />

und höchst-fester Mehrphasenstähle. 1999.<br />

CHEN, H. C.; ERA, H.; SHIMIZU, M.; Effect of Phosphorus on the Formation of<br />

Retained Austenite and Mechanical Properties in Si-Containing Low-Carbon<br />

Steel Sheet," Met Trans A, V20A, 1989, P437-445.


Anexos 56<br />

CORNETTE, D.; HOURMAN, T.; HUDIN, O.; LAURENT, J. P.; REYNAERT, A.;<br />

High Strength Steels for Automotive Safety Parts - Society of Automotive<br />

Engineers Annual Congress - 2001-01-0078.<br />

DE MEYER, M.; VANDERSCHUEREN, D.; DE COOMAN, B.C.; The Influence of the<br />

Substitution of Si by Al on the Properties of Cold-Rolled C-Mn-Si TRIP Steels,<br />

ISIJ Int, V39, 1999, Pag. 813-822.<br />

DIETER, G. E.; Mechanical Metallurgy, 2 nd . Edition, 1976, McGraw-Hill Kogakusha,<br />

Pag. 201-216.<br />

DIN 50125 – Corpos de Prova para Ensaio de Tração . Edição 1991.<br />

DIN EN 10002 – Ensaios de Tração – Parte 1- Método de Ensaio à Temperatura<br />

Ambiente . Edição 2001.<br />

EHRHARDT, B.; GERBER, T.; SCHAUMANN, T. W.; Approaches to<br />

Microestructural Design of TRIP and TRIP Aided Cold Rolled High Strength<br />

Steels. Technical Contribution to TKS, 2004.<br />

ENGL, B.; HEIDMANN, U.; MÜSCHENBORN, W.; "Cold Formability and Light<br />

Weight Construction – Driving forces for recent steel development," in Modern<br />

LC and ULC Sheet Steels for Cold Forming: Processing and Properties, Ed. W<br />

Bleck, Verlag Mainz, Aachen, 1998, Pág. 39-50.<br />

FLORES, E.; AL OMAR, A.; CABRERA, J. M.; PRADO, J. M. Los Aceros Micro<br />

Aleados de Medio Carbono – Barcelona - Revista Deformación Metálica N° 238<br />

/ 1998.<br />

GHOSH, O.; OLSON, T.; Kinetics of FCC -> BCC Heterogeneous Martensitic<br />

Nucleation I - The Critical Driving Force for a Thermal Nucleation, Acta Mat. 42, P.<br />

3361, 1994


Anexos 57<br />

HOUBAERT, Y.; KESTENS, L.; Desarrollos Recientes en Aceros de Embutición<br />

Basados en Estudios de Textura Cristalográfica – Informe Técnico – IV Jornadas<br />

sobre Materiales en la Industria de la Automoción – Barcelona - 2000. Pág. 41-<br />

53.<br />

HOUBAERT, Y.; VAN SNICK, A.; Aceros de Calidad de Embutición con Efecto<br />

“Bake Hardening” - Informe Técnico – IV Congreso de la Deformación Metálica,<br />

Deformetal’96 – Barcelona – 1996. Pág. 54 - 59.<br />

ITAMI, A.; TAKAHASHI, M.; USHIODA, K.; Cold Rolled High Strength Sheet Steel<br />

and Plastic Stability of Their Retained Austenite” - High-Strength Steels for<br />

Automotive Symposium Proceedings . Ed. R Pradhan, ISS, 1994, P245-254.<br />

JACQUES, P.; CORNET, X.; HARLETT, P.H.; LADRIÈRE, J.; DELANNAY, F;<br />

Enhancement of the Mechanical Properties of a Low-Carbon, Low-silicon Steel<br />

by the Formation of a Multiphase Microstructure Containing Retained Austenite,<br />

Met Trans A, V29A, 1998, P.2383-2393.<br />

JOENG, W. C.; New Techniques for Observation of Retained Austenite in High<br />

Strength Dual Phase and TRIP Cold Rolled Steel Sheets – 1994. ISIJ<br />

International 49.<br />

JIMENEZ, J. R.; REBOLLERO P. C.; Tecnologia General para Ingenieros, - 2°<br />

Edição – 1970. Editorial Cosmos – Valência - Espanha.<br />

<strong>KANTOVISCKI</strong>, A. R.; Estudios de la Aplicación Industrial de los Aceros de Alta<br />

Resistencia – Relatório de Trabalho Supervisionado – Engenheiro Trainee -<br />

SEAT/Volkswagen – Espanha – Barcelona – 2000/2001.<br />

LAGNEBORG, R.; New Steels and Steel Applications for Vehicles - Materials &<br />

Design – Vol. 12 N°1 - 02/1992.


Anexos 58<br />

MATSUMURA, O. ; SAKUMA, S.; TAKECHI, H.; Enhancement of Elongation by<br />

Retained Austenite in Intercritical Annealed 0.4C-1.5Si-0.8Mn Steel, Trans ISIJ,<br />

V27, 1987, P570-579<br />

MOULIN, A. Etude bibliographique - Facteurs influençant la transformation<br />

martensitique - Des moyens pratiques pour augmenter la stabilité de l'austénite<br />

résiduelle - Catálogo Técnico - Usinor Auto - 2001.<br />

NAKAOKA, N.; HOSOYA, Y.; OHMURA, N.; NISHIMOTO, A.; Reassessment of<br />

the Water- Quench Process as a Means of Producing Dual-Phase Formable<br />

Steel Sheets," Structure and Properties of Dual-Phase Steels, ed. RA Kot and<br />

JW Morris, TMSAIME, 1999, P.330-345.<br />

NBR 6152 - Determinação das propriedades mecânicas à tração de materiais<br />

metálicos – Edição 1990.<br />

PARISH, C. M.; Fundamental Study of Phase Transformations in Si-Al TRIP Steels<br />

Dissertação de Mestrado - University of Pittsburgh – 2000.<br />

RIGSBEE, J. M.; VANDERAREND P. J.; Laboratory Studies of Microstructures and<br />

Structure-Property Relationships in ‘Dual-Phase’ HSLA Steels," - Formable<br />

HSLA Steels, AT Davenport, ed., TMS-AIME, 1979, P.56-86.<br />

ROMANO, G.; VERDEJA, J. I.; PERO-SANZ; J. A. .; Aceros para Carrocerías –<br />

Informe Técnico – IV Jornadas sobre Materiales en la Industria de la Automoción<br />

Barcelona - 2000. Pág. 15-27.<br />

ROSS, R. B.; Handbook of Metal Treatments and Testing, Trad. Joel Requeira<br />

Teodósio, São Paulo, Difusão Editora S.A, 1977, 2 ª edição, P. 01-70.<br />

SMITH, W. A.; Structure and Properties of Engineering Alloys, Segunda Edição ,<br />

McGraw-Hill, 1993, P.130.


Anexos 59<br />

SSAB TUNNPLÅT - Reducing the Body Weight by Using Extra and Ultra High<br />

Strength Steel - The New Steel Concept in Automotive Design - Informações<br />

Técnicas – 1999 - P. 100-139<br />

SCHAEFFER, L.; Novos Desenvolvimentos em Conformação Mecânica com Ênfase<br />

em Chapas Metálicas na Indústria Automobilística. – 2001.<br />

SCHEID, A.; <strong>KANTOVISCKI</strong>, A. R.; Aços de Alta Resistência para a Indústria<br />

Automobilística – Perspectivas Futuras e Aplicabilidade – Informe Técnico – 58°<br />

Congresso Anual da ABM – Rio de Janeiro – Julho de 2003.<br />

SVERDLIN, A. V.; NESS, A. R.; The Effects of Alloying Elements on the Heat<br />

Treatment of Steel," Steel Heat Treatment Handbook, New York, 1997, P.45-91.<br />

THYSSEN - CATÁLOGO TÉCNICO – THYSSENKRUPP STAHL - Höherfester<br />

Stahl für den Automobil-Leichtbau. 1999.<br />

TOURRUCÔO, M.; Estudo de Chapas de Elevada Resistência para a Indústria<br />

Automobilística – Dissertação de Mestrado – Universidade Federal do Rio<br />

Grande do Sul – 1999.<br />

TRAINT, S.; PICHLER, A.; TIKAL, R.; STIASZNY, P.; WERNER, E. A.; Influence of<br />

Manganese, Silicon and Aluminum on the Transformation Behavior of Low-<br />

Alloyed TRIP-Steel, 42nd MWSP Conference, 2000, P.549-562<br />

TSUKATANI, I.; HASHIMOTO, S.; INOUE, T.; Effect of silicon and manganese<br />

Addition on Mechanical Properties of High-Strength Hot-Rolled Sheet Steel<br />

Containing Retained Austenite," ISIJ Int, V31, 1991, P992-1000<br />

VANDER VOORT, F. G.; Metallography: Principles and Practice, McGraw-Hill, 1984,<br />

216, Pag. 637-638


Anexos 60<br />

VERLINDEN, B.; BOCHER, P.; GIRAULT, E.; AERNOUDT, E. Austenite Texture<br />

and Bainite/Austenite Orientation Relationships in TRIP Steels - Scripta<br />

Materialia 45 – 2001- Pág 909-916.<br />

ZACKAY, V. F.; PARKER, E. R.; FAHR, D.; BUSCH, R.; The Enhancement of<br />

Ductility in High-Strength Steel," Transactions of the ASM, V60, 1967, P.252-259<br />

ZHAO, A.; Continuous Cooling Transformations in Steels, Mat. Science and Tech. 8,<br />

P.997, 1992.<br />

ZHAO, L.; *, VAN DIJK, N. H.; BRÜCK, E.; SIETSMA, J.; VAN DER ZWAAG, S.;<br />

Magnetic and X-ray Diffraction Measurements for the Determination of Retained<br />

Austenite in TRIP Steels ; Materials Science and Engineering A313 (2001), p.145<br />

–152.


Anexos 61


Anexos 62<br />

ANEXO 1<br />

Análises das Fases Presentes via Difração de Raios-X<br />

O resumo dos Padrões para a martensita e a austenita encontrados nas<br />

fichas JCPDS (“44-1289; 44-1293 e 31-0619”) encontra-se transcrito<br />

respectivamente nas tabelas 15 e 16 abaixo (TOURROCO, 1999) .<br />

Tabela 15: Valores de Distância interplanar (d) e parâmetros de rede para a<br />

Martensita de acordo com seus teores de carbono<br />

Planos<br />

d ( A 0 )<br />

0.055%C<br />

a = 2,859<br />

c = 2,937<br />

d ( A 0 )<br />

0.08%C<br />

a = 2,856<br />

c = 2,960<br />

d ( A 0 )<br />

0.09%C<br />

a = 2,854<br />

c = 2,983<br />

d ( A 0 )<br />

0.12%C<br />

a = 2,847<br />

c = 3,018<br />

d ( A 0 )<br />

0.14%C<br />

a = 2,846<br />

c = 3,053<br />

(101) 2,04820 2,05530 2,06150 2,07050 2,08140<br />

(110) 2,02130 2,01960 2,01790 2,01280 2,01190<br />

(002) 1,46830 1,48010 1,49120 1,50870 1,52620<br />

(200) 1,42930 1,42770 1,42690 1,42350 1,42310<br />

(112) 1,18800 1,19360 1,19930 1,20740 1,21610<br />

(211) 1,17220 1,17270 1,17340 1,17310 1,17480<br />

(202) 1,02420 1,02770 1,03100 1,03540 1,04080<br />

(220) 1,01070 1,00970 1,00910 1,00650 1,00610<br />

(103) 0,92620 0,93250 0,93900 0,948500 0,95820<br />

(301) 0,90640 0,90620 0,90630 0,905200 0,90590<br />

(310) 0,90410 0,90310 0,90250 0,900200 0,89990<br />

(222) 0,83260 0,83410 0,83580 0,837400 0,84010<br />

(213) 0,77730 0,78080 0,78440 0,789300 0,79480


Anexos 63<br />

Tabela 16: Valores de distância interplanar (d) para a Austenita<br />

Planos<br />

d (angstrons)<br />

a = 3,60<br />

Intensidade (%)<br />

(111) 2,08000 100<br />

(200) 1,80000 80<br />

(220) 1,27000 50<br />

(311) 1,08300 80<br />

(222) 1,03700 50<br />

(400) 0,90000 30

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