PKK’nın Doğuşu ve İlk Yılları

Da mesma forma que os aços estruturais, aços comuns podem ter a suas aplicações expandidas se suas propriedades puderem ser melhoradas com o refino do tamanho dos grãos sem alterar a composição química. Atualmente, existem duas rotas de processamento estabelecidas em escala de laboratório capazes de refinar grãos até tamanhos ultrafinos e submicrométricos: através de deformações severas e através de processamento termomecânico [12].

(i) Deformação plástica severa

A combinação da recristalização dinâmica com a transformação de fase é notoriamente um promissor caminho para a obtenção de tamanhos de grão sub-micrométricos em aços comuns. Em recente trabalho, Kaibyshev [13] aplicou este princípio para refinar a microestrutura de diferentes ligas comerciais; ligas de Ti, aços inoxidáveis e superligas. A grande dificuldade encontrada neste tipo de processamento é conseguir uma microestrutura refinada em toda a extensão da peça, em especial em peças de grandes dimensões. O emprego de grandes deformações aumenta consideravelmente a quantidade de defeitos, que por sua vez propicia um maior número de sítios de nucleação e, conseqüentemente, aumento da taxa de nucleação [14]. Dessa forma, os dois fenômenos são favorecidos. Trabalhando com aço microligado ao Nb, Priestner e Ibraheem [15] constataram a dificuldade de refinar um corpo por toda sua extensão; a partir do processamento termomecânico dos grãos de austenita previamente refinados, conseguiram obter tamanhos de grão menores que 1 μm, no entanto, tal mérito foi atribuído somente à camada superficial (300 μm de profundidade) de suas amostras. Semelhante dificuldade foi verificada em outros trabalhos envolvendo o processo de laminação, nos

quais os autores conseguiram bons resultados de refino da microestrutura, porém limitados à superfície deformada [16,17]. Uma saída para este tipo de problema consiste no emprego de grandes deformações, de tal forma que toda a estrutura do material seja submetida aos mesmos níveis de carregamento [12].

A principal técnica laboratorial que vem sendo utilizada para a aplicação de deformações severas é a compressão equi-canal angular (Equal-chanel-angular pressing – ECAP). O material é forçado a passar através de uma ferramenta que tem dois canais com secções transversais iguais, os quais são conectados com um ângulo variável. Altos níveis de deformação cisalhante podem ser aplicados através de uma seqüência de deformações sem introduzir porosidade residual no material. Esta técnica de refino microestrutural foi inicialmente utilizada na Rússia [18] e posteriormente desenvolvida em vários países [12, 19-21].

Uma série de trabalhos relacionados ao uso desta técnica, para obtenção de grãos ultrafinos foram realizados por Shin e colaboradores [22-27]. Em um destes trabalhos [22], os pesquisadores promoveram o refino microestrutural com sucesso em um aço comercial com 0,15 %C – 1,1 %Mn – 0,25 %Si através de deformações severas com ECAP em temperaturas na faixa de 200 a 350 °C. O aço tinha uma microestrutura inicial composta de 85 % de ferrita com tamanho de grãos da ordem de 30 μm e perlita distribuída nos contornos de grãos ferríticos. Após vários passes de deformação a 350 °C obtiveram uma microestrutura ferritica com contornos de alto ângulo e tamanho médio dos grãos da ordem de 0,3 μm.

Elevadas taxas de deformação e moderadas temperaturas de processamento, associadas à deformações severas, são determinantes para a geração de ferrita de grãos ultrafinos. Seja no campo ferrítico ou na região intercrítica, o uso desses parâmetros favorecem a recristalização da ferrita, facilitando assim, o refino da microestrutura [28]. Utilizando grandes deformações na faixa de não recristalização da austenita, com elevada taxa 15 s-1, Hou e colaboradores [29] atribuíram à transformação dinâmica (γ→α)

induzida pela deformação, como o mecanismo responsável pela produção de grãos equiaxiais ultrafinos.

Deformações plásticas maiores que ε=2,0, têm um importante papel na formação de grão ulltrafinos em aços. Contudo, a quantidade de deformação plástica é freqüentemente mais intensa em algumas regiões localizadas da amostra, tal como na superfície de chapas laminadas ou peças forjadas. Este fenômeno impede que a microestrutura resultante seja homogênea por toda extensão do material [30].

(ii) Processamento termomecânico

Nos últimos anos, vários grupos de pesquisa têm reportado a obtenção de ferrita com tamanhos médios de grãos próximos a 1 μm em aços comuns, realizando diferentes tratamentos termomecânicos em escala de laboratório. Neste sentido, duas técnicas promissoras e que têm sido vastamente utilizadas com a finalidade de se obter grãos ferríticos ultrafinos são a laminação a quente e ensaios de torção a quente. Ambos caminhos já se mostraram capazes de gerar grãos submicrométricos [31,32].

Matsumura e Yada [33] obtiveram grãos ferríticos menores que 1 μm em aço carbono manganês através da laminação a quente na região intercrítica. Esse refino foi associado à transformação de fase durante a deformação e a recristalização dinâmica da ferrita. A nucleação repetida da ferrita em contornos de grãos austeníticos durante a transformação dinâmica da austenita em ferrita foi considerada ser a principal causa da formação de grãos ultrafinos, segundo os autores.

Jonas e colaboradores [34] simulando a laminação a morno de aço livre de intersticiais (IF) através de ensaios de torção obtiveram uma microestrutura ferrítica ultrafina com tamanho médio de 1,3 μm. Nesse

caso, a recristalização dinâmica da ferrita foi considerada ser a principal causa do refino microestrutural. Segundo os autores, a principal barreira à ocorrência da recristalização dinâmica da ferrita é a presença de elementos intersticiais como o carbono e nitrogênio. Assim, removendo esses elementos da matriz evita-se a precipitação induzida por deformação, aumentando a possibilidade da recristalização dinâmica da ferrita nos aços livres de intersticiais.

Em recentes publicações, Hodgson e colaboradores [35-38] discutem a importância dos efeitos dos parâmetros de processamento na formação de ferrita ultrafina, em aços carbono, deformados por torção a quente. O principal mecanismo de formação de ferrita ultrafina, apontado pelos pesquisadores, é a transformação induzida por deformação, o qual está estreitamente relacionado com algumas variáveis de processo, tais como; tamanho prévio de grão da austenita, taxa de deformação e o resfriamento de pós-deformação.

Hodgson e colaboradores [39] investigaram uma nova rota de processamento termomecânico para aços hipoeutetóides. Nesse processamento, tiras de aço são reaquecidas até temperaturas elevadas obtendo-se grãos austeníticos grosseiros. Essas tiras são resfriadas rapidamente até temperaturas logo acima da de transformação gama/alfa e então laminadas em um único passe. Essa rota mostrou-se bastante eficiente no refino de grãos ferríticos. Grãos ultrafinos de ferrita nucleiam- se intragranularmente nos contornos das células de discordâncias dentro das microbandas geradas na austenita durante a laminação. A alta taxa de resfriamento gerada pela troca de calor com os cilindros de laminação promove um superesfriamento nas tiras, acelerando a transformação de fase e inibindo o crescimento dos grãos ferríticos. O mecanismo que produz o refino microestrutural tem sido chamado pelos autores de transformação dinâmica induzida por deformação (γ→α). Outro parâmetro que pode ser analisado nesta mesma vertente de processamento é a composição química do aço processado. Estudos comparativos, partindo de uma rota de processamento similar à descrita anteriormente, entre aço

com diferentes composições; desde 0,04 %C a 0,77 %C e com adições de Nb, Ti, Mo e B, mostraram que os elementos de liga também influenciam na morfologia e fração volumétrica da ferrita ultrafina formada [40]. Os elementos microligantes Ti e Nb atribuíram melhores resultados no refino em aços baixo carbono.

A literatura descreve outros procedimentos que levam a grãos ultrafinos. Pode-se citar os experimentos realizados por Sakai e col. [41], que combinando deformação severa com processamento termomecânico, obtiveram grãos da ordem de 0,3 μm com a aplicação de múltiplas compressões em aço inoxidável austenítico após impor deformação de 6,4 a 500 °C. Em um trabalho recente, utilizando aços baixo carbono Niikura e colaboradores [42] obtiveram microestruturas ferríticas com tamanho médio de grãos inferior a 1 μm. Os autores obtiveram grãos ultrafinos através da transformação reversa (ferrita em austenita) devido ao aquecimento adiabático gerado pela deformação plástica. Neste trabalho, amostras com estrutura martensítica foram submetidas a tratamentos térmicos de revenimento e submetidas a grandes deformações em temperaturas logo abaixo a de início de transformação da perlita em austenita. Adachi e Hinotoni [43] obtiveram resultados semelhantes quando realizaram o tratamento ausforme modificado em amostras superesfriadas no campo austenítico.

Observando as diferentes rotas de processamento descritas acima, pode-se associar o refino microestrutural à aplicação de grandes deformações em temperaturas próximas as de transformação de fase ou dentro do domínio ferrítico, as quais tendem a [42]:

(i) aumentar drasticamente os sítios de nucleação e a força motriz para a transformação de fase e a recristalização, e facilitar a transformação difusional γ → α e a recristalização da fase α em intervalos de temperaturas muito menores dos que ocorrem nos tratamentos termomecânicos tradicionais.

(ii) ativar fenômenos dinâmicos como a transformação de fase dinâmica induzida por deformação ou a recristalização dinâmica, que acarretam numa deformação continuada em uma microestrutura já refinada e perturbam a relação de orientação na transformação e na recristalização.

(iii) induzir grandes aumentos de temperatura devido ao aquecimento adiabático o qual resulta em transformação espontânea reversa quando aplicada na fase α.