Estudo da transformação massiva δ→γ em aços inoxidáveis. - LFS

São Paulo, 03 e 04 de Julho de 2006
VII Encontro de Iniciação Científica do LFS
EPUSP-PMT
Estudo da transformação massiva
ferrita delta austenita
ao longo de um tratamento de têmpera
Alexandre Farina
Catherine Tassin, Yves Bréchet,
Jean-Denis Mithieux, Hélio Goldenstein

EPUSP-PMT
Origem deste Trabalho
Estágio realizado na França na UGINE&ALZ – Grupo ARCELOR
Projeto de pesquisa da UGINE&ALZ orientado por Jean-Denis Mithieux
Projeto desenvolvido no Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG
Ecole Nationale Supérieure d'Electrochimie et d'Electrométallurgie de Grenoble - ENSEEG
Laboratoire de Thermodynamique et Physico-chimie - LTPCM
Sob orientação do Yves Bréchet e da Catherine Tassin
Orientação a distância pelo Prof. Hélio Goldenstein (PMT-EPUSP)

EPUSP-PMT
Introdução
Apresentação da revisão bibliográfica
Cálculos termodinâmicos
Cálculos cinéticos
Proposição de um novo modelo para transformação massiva
Sumário

EPUSP-PMT
Apresentação da
Revisão Bibliográfica

T. B. Massalski. Metall. Trans. A v.33A (2002), pp. 2277-2283.
R. Genders, G.L. Bailey. J. Inst. Met. v.33 (1925), pp.213.
A.G. Phillips. Trans. AIME, v.89 (1930) pp.194
A.B. Greninger. Trans AIME v.133 (1939), pp.204
J.W.Christian : in Encyclopedia of Materials Science and Engeneering, London, 1986, pp. 3496
EPUSP-PMT
Massalski 2002:
Histórico da Transformação Massiva
Genders et Bailey – 1925
Phillips – 1930
Greninger – 1939
}
Trabalhos
sobre Cu-Al
Tranf. βα massiva
Christian – 1970 Primeira definição de Transf. Massiva
Definição: Transformação massiva (1970):
Transformação de fase não difusiva
A fase filha apresenta a mesma composição da fase mãe
A difusão existe somente na escala lacunar

K.Lücke, K. Détert. Acta Metall, v.5 (1957), pp.628-637.
J. W. Cahn. Acta Metall., v.10 (1962), pp.789-798.
Y. J.M. Bréchet, G.R.Purdy. Scripta Metall, v.27 (1992), pp.1753-1757.
G.R. Purdy, Y.J.M. Bréchet. Acta Metall., v.43 (1995), n.10, pp.3763-3774
EPUSP-PMT
Drag Effect – Origem e Modificação
A transformação massiva têm grande velocidade de reação
As impurezas reduzem a velocidade de transformação
Possível limite para a transformação massiva
Lücke e Détert 1957 – modelo para bronzes
J. Cahn 1962 Drag Effect
Divisão do efeito para pequenas e grandes velocidades
Drag Effect de Cahn modificado por Bréchet e Purdy
Frenagem da interface de transformaçao dada a força de “atrito”
entre a interface e a matriz balanço de forças:
Resultante = Força de frenagem – Força Motriz

M. Lacoude, C. Goux. Mem. Rev. Scient. Metall. LXIII, n°10, Oct. 1986, pp. 805-834.
B. Champin, C. Goux. Mem. Scient. Rev. Metall. LXVI, n°5, (1969) pp. 375-387.
M. Arzalier, C. Goux. Mem. Rev. Scient. Metall. LXX, n°2 (1973), pp. 103-105.
EPUSP-PMT
Modelos Empíricos
– Lacoude et Goux - 1986
δ
γ Composition (1235°C):
9.939Cr-0.014C-0.034N
γ
γ+δ
δ Composition (1235°C):
10.479Cr-0.004C-0.009N
Isopletas do diagrama de equilíbrio de fases pseudo-binário para o sistema
Fe-Cr-0.010C-0.024. Diagramas calculados com o ThermoCalc e a base de dados TFCE3.

EPUSP-PMT
Hillert, Aaronson et Massalsky
“Nova” definição
Ano 2002 - TMS
As fases mãe e filha nao precisam ter RO
Interface incoerente e de alta energia
A velocidade da interface é definida pela taxa de difusão
Dissipaçao da energia livre – Drag Effect de Hillert
M. Hillert. Metall Trans A, v.33A (2002), pp.2299-2308.
H.I. Aaronson. Metall Trans A, v.33A (2002), pp.2285-2297.
T. B. Massalsky. Metall. Trans. A v.33A (2002), pp. 2277-2283.

EPUSP-PMT
Cálculos Termodinâmicos

EPUSP-PMT
Diagramas de equilíbrio
– Liga Fe-9.8Cr
9.8Cr-0.010C-0.024N0.024N
Diagrama de equilíbrio de uma liga
Isopleta de equilíibrio pseudo-binária
Isoterma pseudo-ternária
Tetraédro Quaternário
Prisma Quaternário

EPUSP-PMT
Proposição do critétio tio da temperatura T 0 *
Hillert, Aaronson et Massalski estabeleceram um limite teórico no diagrama de equilíbrio de
fases para a transformação massiva : (T 0 , C 0 )
Necessidade de utilizar um diagrama em funçao da températura
Diagrama T x %X Isopleta Ausência de informações
Diagrama T x %X x %Y Prisma Difícil de construir
Diagrama G M x T Fácil de construir para sistemas multi-componentes
T fixada
G M
Composição fixada à T tratamento
=1250°C
∆T super-resfriamento
γ massiva
γ eq
δ eq
708
765
T 0
*=1189
T(°C)
T tratamento
=1250°C
Curvas para o aço EN10: Fe-10.83Cr-0.00168C-0.00133N

EPUSP-PMT
Aplicação do Critério rio da Temperatura T 0 *
γ 1 + δ γ 1 + γ mass α’ 1 + α’ 2
Weigth % Cr
11.600
11.400
11.200
11.000
10.800
10.600
10.400
α’ 2
α’ 1 Composição de γ 1
γ eq : 1190°C – 10.6%Cr
Equilibrium Compositions of Cr
Composição de δ
Profile of Cr at Interface 1250°C - Experimental - EN10
0.12500
δ γ mass
α’ 2
0.12000
0.11500
γ 1
α’ 1
10.200
0 5 10 15 20 25 30 35
Distance (µm)
Weigth Fraction of Cr
0.11000
0.10500
0.10000
0.09500
δ eq : 1250°C – 11.2%Cr
1170 1190 1210 1230 1250 1270 1290
Temperature (°C)
W(FCC,CR)
W(BCC,CR)
Composição de equilíbrio para a liga EN10 calculada com o ThermoCalc e TCFE3.

EPUSP-PMT
Critério rio da temperatura T 0 * - Aplicação
– EN10
G M
Composição fixada à T tratamento
=1250°C
∆T super-resfriamento
γ massiva
γ eq
δ eq
708
765
T 0
*=1189
T(°C)
T tratamento
=1250°C
Profile of Cr at Interface 1250°C - Experimental - EN10
Equilibrium Compositions of Cr
Weigth % Cr
11.600
11.400
11.200
11.000
10.800
10.600
10.400
10.200
0 5 10 15 20 25 30 35
Distance (µm)
Weigth Fraction of Cr
0.12500
0.12000
0.11500
0.11000
0.10500
0.10000
0.09500
Composição de γ
Composição de δ
~60°C
1170 1190 1210 1230 1250 1270 1290
Temperature (°C)
W(FCC,CR)
W(BCC,CR)
Composição de equilíbrio para a liga EN10 calculada com o ThermoCalc e TCFE3.

EPUSP-PMT
Cálculos Cinéticos

EPUSP-PMT
Perfil de tratamento térmicot

Perfil de C
Perfil de Cr
EPUSP-PMT
Condições de cálculo:
DICTRA – EN10 - Homogeneização
(1) Tamanho da malha 100µm
(2) Tempo de cálculo: 66h
(3) Comp. = Comp. da liga
(4) Estado inicial: 100%α’
(5) Transformação: α’γ aproximação de α’ por α (BCC)

EPUSP-PMT
DICTRA – EN10 – Trat. Isotérmico + Têmpera
Condições de cálculo: Trat. Insotérmico à 1250°C seguido de têmpera (velocidade: 50°C/s):
(1) Tamanho 100µm
(2) Tempo de cálculo: 30min (1250°C)+3s (50°C/s)
(3) Comp. = Comp. da liga
(4) Estado inicial: 100%δ
(5) Transformação: δγ
Perfil de C Perfil de Cr Perfil de N

EPUSP-PMT
DICTRA – EN10 – Trat. Isotérmico + Têmpera
Tempo: 1801.2s Temperatura ~1189°C se a velocidade for = 50°C/s
Profile of Cr at Interface 1250°C - Experimental - EN10
11.600
11.400
11.200
Weigth % Cr
11.000
10.800
10.600
10.400
10.200
0 5 10 15 20 25 30 35
Distance (µm)

EPUSP-PMT
Proposição de um novo
modelo para
transformação massiva

EPUSP-PMT
Proposição de um novo modelo
Aaronson et Massalski Não há necessidade de RO entre fases
A temperatura T0* é o limite para a tranf. massiva
A nucleação de interfaces é facilitada em ligas multicomponentes Inclusões
O perfil de diffusão calculado é proximo do experimental
Pergunta: é possivel nuclear uma segunda interface de transformação
Perfil de composições
Perfil de composições
γ
δ
Cr
ν
γ
δ
Ferrita
hiper-temperada
Distância
Distância
C,N
Transf. em equilíbrio
Austenita
Massiva
Estado Inicial
Estado Final

Proposition d’un d
nouveau Modèle
EPUSP-PMT
γ massiva
γ inicial
γ diff
δ hiper-temperada
0 1 2 3 4
ν
0
2
3
1
4

EPUSP-PMT
Sumário

EPUSP-PMT
Sumário
Um novo modelo termodinâmico e cinético para a transformação massiva foi proposto
Este modelo é embasado nas concepções de Hillert, Aaronson e Massalski.
A validação deste modelo ainda se encontra em estudo.
Este modelo permite a descrição dos spikes como provenientes de uma pré-reação
difusiva antes da transformação massiva.
Como este modelo foi desenvolvido para a transformação δγ massiva
, é possível que
ele seja modificado por reações de baixa temperatura (γα por exemplo).

Conclusions
EPUSP-PMT
8) Le modèle de la seconde interface a besoin d’être vérifié selon les conditions de
nucléation de la nouvelle interface et de stabilité du produit de la transformation diffusive
après la transformation, mais il peut être une explication pour les lisérés de ferrite
hypertrempée.
Diagramme d’équilibre de phases binaire Fe-Cr calculé avec ThermoCalc et la base de donnés BIN.

EPUSP-PMT
FIM