Quando as amostras ensaiadas são resfriadas lentamente ao ar, a microestrutura é composta por ferrita proeutetóide (aquela que se forma antes
do eutetóide) e perlita. A Figura 4.35 mostra a influência que a temperatura de ensaio tem sobre o percentual de ferrita e o que se pode observar é que a quantidade de ferrita diminui consideravelmente com o aumento da temperatura de ensaio. Este efeito pode ser observado para todas as condições de temperatura e taxa de deformação como visto nas Figuras 4.36 e 4.37 que mostram microestruturas considerando a mesma taxa de deformação e várias temperaturas de ensaio. Isto se deve ao fato de os grãos serem maiores quanto maior for a temperatura a que o material é deformado. Como os sítios preferências para nucleação de ferrita são os contornos de grão [101,102], quanto maiores forem os grãos austeniticos, logo após a deformação, menor será a fração de ferrita observada. Na microestrutura, a ferrita é representada pela fase clara e a perlita pela fase escura.
900 1000 1100 1200 10 20 30 40 50 0,01 % F er rit e
Temperature (°C)
0,1 1 (s-1)ε
• 10(a)900°C - 0,01s-1 (b)1000°C - 0,01 s-1
(c)1100°C - 0,01 s-1 (d)1200°C - 0,01 s-1
Figura 4.36: Microestruturas observadas após resfriamento lento até a temperatura ambiente mostrando a fase ferrita (clara) e a perlita (escura) sob a seguinte condição de ensaio: temperatura variando de 900°C a 1200°C e taxa de deformação constante de 0,01 s-1
(a)900°C - 10s-1 (b)1000°C - 10s-1
(c)1100°C - 10s-1 (d)1200°C - 10s-1
Figura 4.37: Microestruturas observadas após resfriamento lento até a temperatura ambiente mostrando a fase ferrita (clara) e a perlita (escura) sob a seguinte condição de ensaio: temperatura variando de 900°C a 1200°C e taxa de deformação constante de 10 s-1
4.3 Relação entre o Tamanho do Grão Recristalizado Dinamicamente, a Tensão de Estado Estacionário e as Condições de Deformação
Foi sugerido por Sah e outros [79], que o crescimento dos grãos recristalizados dinamicamente é limitado pelo encruamento dentro do grão, o
qual é menor em baixas temperaturas de ensaio e altas taxas de deformação, ou seja, altos valores de Z. Então, as microestruturas das amostras deformadas sob altas condições de Z são mais finas do que as amostras deformadas sob baixos valores de Z. O tamanho de grão recristalizado é frequentemente determinado como uma lei de potência em função do parâmetro Z (Equação 2.10) [103]. A Figura 4.38 mostra essa relação para o aço 38MnSiVS5 sob todas as condições de trabalho estabelecidas. O valor de 0,13 encontrado para kγ é um valor próximo aos resultados obtidos por outros autores [32,104-107] e encontra-se na faixa de valores (0,12< kγ <0,3) recomendada pela literatura [108]. A seguinte relação foi obtida:
D =1x10 .Zγ 3 -0,13 (4.8) 24 26 28 30 32 34 36 38 40 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 900-0,1
Dγ = 1x103 . Z - 0,13
R
2=0,90
Ln D
y (
µm)
Ln Z
900-0,01Figura 4.38: Relação entre o tamanho de grão médio no estado estacionário e as condições de deformação
A dependência do tamanho do grão austenítico com a tensão de estado estacionário equivalente é mostrada na Figura 4.39. É visto que
maiores valores de σS conduzem a tamanhos de grão pequenos. Uma vez que altos valores de σS são observados em experimentos conduzidos em altas taxas de deformação e baixas temperaturas de ensaio, um maior refinamento de grão pode ser atingido nestas condições. É bem estabelecido que o tamanho de grão médio no regime de estado estacionário não muda com o aumento da deformação [74,115,116]. Além disso, para uma gama muito grande de materiais, o tamanho de grão recristalizado dinamicamente (Dγ) pode ser relacionado com a tensão de estado estacionário (σ S) pela seguinte lei de potencia: σ .DS mγ = K
γ γ[103], onde os valores de mγ e kγ são constantes. Utilizando-se de analises de regressão, a seguinte relação foi obtida:
σ =1,1x10 .DS 3 γ-0,98 (4.9) 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5
σ
S=1,1x103 .Dγ- 0,98 R2=0,92Ln
σ
SLn Dγ (µm)
1200-0,1Figura 4.39: Relação entre σS e Dγ para o aço 38MnSiVS5.
Em estudos recentes, Liqiang e outros [109] obtiveram mγ igual a 0,724 em um aço microligado Nb-Ti. O valor de mγ (0,98) obtido neste trabalho
encontra-se na faixa de valores encontrada na literatura (0,4< mγ <1,0) [103] e está em concordância com os valores encontrados em outros trabalhos, [107,117-119].Os dados experimentais estão bem ajustados à relação.
Para investigar a consistência dos dados obtidos neste trabalho foram feitos dois testes. No primeiro considerou-se o tamanho de grão medido após a deformação a quente para o ensaio realizado a 900°C e taxa de deformação de 0,01s-1. Nestas condições, o valor de D
γ medidoé de 10,5μm. Aplicando este valor às Equações 4.6, 4.8 e 4.9, um tamanho de grão igual a 10,9μm é obtido, o que evidencia uma boa concordância entre os valores experimentais e os valores calculados através dos modelos teóricos propostos, o qual representa um percentual de erro de aproximadamente 3,8%, que é um valor pequeno levando-se em conta a amplitude observada nas medidas dos tamanhos de grão. No segundo teste foi feito uma relação entre as equações 4.6 e 4.9. Desta relação foi encontrada a seguinte equação:
D =1,6x10 .Zγ 3 -0,14 (4.10)
Comparando a Equação 4.8 com a Equação 4.10 observa-se que os valores de Bγ e kγ apresentam uma boa concordância, levando-se a concluir que os dados obtidos neste trabalho são consistentes. Para uma melhor observação destes valores, a Tabela 4.4 foi construída.
Tabela 4.4: Valores experimentais e calculados (através dos modelos teóricos propostos) das constantes Bγ e kγalém do tamanho de grão recristalizado Dγ.
Bγ kγ Dγ (μm) Valores Experimentais 1x10 3 0,13 10,5 Valores Calculados 1,6x10 3 0,14 10,9
5 CONCLUSÕES
• As curvas de escoamento plástico medidas das amostras do aço 38MnSiVS5 têm um comportamento típico de materiais que amaciam por recristalização dinâmica. A energia de ativação aparente foi determinada por analises de regressão e encontrou-se um valor de aproximadamente 358 KJ/mol indicando que o material comporta-se como aço carbono;
• A dependência da tensão de estado estacionário com a temperatura e a taxa de deformação é descrita por uma relação do tipo 0,14
S
σ = 0,8.Z , de onde é possível observar que a tensão de estado estacionário aumenta com aumento da taxa de deformação e diminuição da temperatura de ensaio;
• A relação entre o tamanho de grão médio e a tensão de estado estacionário é de acordo com a equação σS = 1,1x103. Dγ- 0,98.
• A equação que relaciona o tamanho de grão recristalizado dinamicamente com o parâmetro Z é Dγ = 1x103. Z-013, ou seja, quanto maior o valor de Z (maiores taxas de deformação e menores temperaturas de ensaio), menor será o tamanho médio do grão recristalizado.
• Tomando por base um valor experimental de Dγ igual a 10,5μm medido após ensaio a 900°C e 0,01s-1 e relacionando este valor às Equações 4.6, 4.8 e 4.9, um tamanho de grão igual a 10,9μm é obtido, o que sugere que a partir destas equações, para o aço em estudo, pode-se prever a microestrutura final recristalizada considerando dados obtidos em ensaios de torção a quente. Para estes resultados, é encontrado um erro percentual de apenas 3,8%.
• Baseando-se no modelo sugerido para a Equação 2.6 foi proposto neste trabalho que a tensão crítica, quando relacionada ao parâmetro de Zener-Hollomon (Z), obedece a seguinte lei de potência:
C 0,14
6 SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS
• Determinar a cinética de amaciamento, sob condições de trabalho a quente, do aço 38MnSiVS5;
• Estudar a trabalhabilidade a quente do aço 38MnSiVS5 em condições de deformação a morno, ou seja, temperaturas entre 700 e 900°C, aproximadamente.
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ANEXO A
Algoritmo utilizado para o projeto do programa utilizado no cálculo da energia de ativação e seus parâmetros [91].