TRABALHO DE TRATAMENTO TERMICO

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TRABALHO DE TRATAMENTO TERMICO
Tratamentos Térmicos dos aços inoxidáveis ferriticos, austeníticos, martensíticos e duplex.
Tipos de Aços Inoxidáveis
Aço inoxidável é o nome dado à família de aços resistentes à corrosão e ao calor contendo no mínimo 10,5% de cromo. Enquanto há uma variedade de aços carbono estrutural e de engenharia atendendo a diferentes requisitos de resistência mecânica, soldabilidade e tenacidade, há também uma grande variedade de aços inoxidáveis com níveis progressivamente maiores de resistência à corrosão e resistência mecânica. Isso éresultado da adição controlada de elementos de liga, cada um deles originando atributosespecíficos com relação à resistência mecânica e possibilidade de resistir a diferentesmeios ambientes. Falaremos sobre em quatro famílias básicas de aço inoxidável podem ser classificados: ferríticos, austeníticos, martensíticos, dúplex.
Ferríticos
Os aços inoxidáveis ferríticos têm uma estrutura cristalina cúbica de corpo centrado, que é a mesma do ferro puro a temperatura ambiente. O principal elemento de liga é o cromo com teores tipicamente entre 11 e 17%. O teor de carbono é mantido baixo o que resulta nestes aços uma limitada resistência mecânica. Não são endurecíveis por tratamento térmico e no estado recozido o limite de escoamento é de 275 a 350 MPa. Os aços ferríticos têm custo inferior aos austeníticos, mas têm limitada resistência à corrosão comparados com os austeníticos mais comuns. Da mesma forma são limitados na tenacidade, conformabilidade e soldabilidade em comparação aos austeníticos. As dimensões de fornecimento (ou seja espessura) são restritas devida a baixa tenacidade. São entretanto do grupo ferro magnetico “mole” e tem assim algumas utilizações especiais, como por exemplo núcleo de válvulas solenóides. Exemplos de aços ferríticos são 3CR12 (1.4003) e 430 (1.4016).
Austenitícos
Os aços inoxidáveis austeníticos são os maiores, em termos de número de ligas e de utilização. Como os ferríticos, os austeníticos não podem ser endurecidos por tratamento térmico, tendo o nível de teor de carbono restrito, mas as adições principalmente de níquel muda a estrutura, em temperatura ambiente, para arranjo atômico cúbico de face centrada que é também não magnético (ou seja, tem uma baixa permeabilidade magnética). Dependendo do teor de níquel os aços austeníticos respondem a trabalho a frio com aumento da resistência mecânica, podendo ser utilizado em operações severas de conformação, evitando ruptura prematura e trinca. O endurecimento por encruamento é acompanhado pelas mudanças parciais na estrutura, com a conformação de uma fase de martensita ferro magnetica, o que explica porque com a deformação a frio pode ocorrer os aços austeníticos “magnéticos” Os aços mais usados tipo 304 (1.4301) tem 17% de cromo e 8% de níquel com excelente ductilidade, conformabilidade e tenacidade e até em temperaturas criogênicas. O molibdênio é adicionado em alguns dos aços austeníticos para aumentar sua resistência aos mecanismos de corrosão localizados tais como corrosão galvânica e por pite ou alveolar. Exemplos de aços austeníticos são 304/S30400 (1.4301), 304 L/ S30403 (1.4306), 316/S31600 (1.4401) e 316 L/ S31603 (1.4404)
Martensíticos
Os aços inoxidáveis martensíticos são similares aos aços carbono e de baixa liga. Eles têm uma estrutura similar aos ferríticos com estrutura cristalina “tetragonal de corpo centrado”. Devido à adição de carbono, podem ser endurecidos e a resistência aumentada pelo tratamento térmico, da mesma forma que os aços carbono. São classificados como uma família ferro magnético “duro”. O principal elemento de liga é o cromo, com um teor típico de 12 – 15%. Na condição recozida, apresentam limite de escoamento com cerca de 275 MPa e então são normalmente usinados, conformados ou trabalhados a frio nessa condição. A resistência mecânica obtida pelo tratamento térmico depende do teor de carbono da liga. Aumentando o teor de carbono aumenta o potencial da resistência e dureza mas diminui a ductilidade e tenacidade. Os aços com teores de carbono mais elevados são capazes de serem tratados na dureza de 60 HRC. A melhor resistência à corrosão é obtida no tratamento térmico, ou seja, na condição temperado e revenido. Os martensíticos foram desenvolvidos com adições de nitrogênio e níquel mas com teores de carbono mais baixos que os tipos tradicionais. Estes aços têm melhor tenacidade, soldabilidade e resistência à corrosão. Os exemplos de aços martensíticos são 420 (1.4028), 431 (1.4057) como tipos temperáveis com carbono normal e 248 S V (1.4418) como tipo de aço com baixo teor de carbono e mais o nitrogêni
Duplex
Os aços inoxidáveis duplex têm uma estrutura mista de austenita e ferrita e como resultado têm características desses tipos básicos. Uma composição química típica tem 22% de cromo, 5% de níquel e 3% molibdênio com pequena adição de nitrogênio. Os aços duplex são endurecíveis por tratamento térmico e são mais duros que os aços ferríticos e austeníticos na condição recozida mole e têm limite de escoamento médio em torno de 450 MPa. Como os aços ferríticos são ferro magnéticos, mas têm a boa conformabilidade e soldabilidade dos aços austeníticos. Entretanto são necessários maiores esforços na conformação devido a sua maior resistência. Estes aços podem ser utilizados em projeto com secções mais finas que os aços austeníticos mas sua grande vantagem é sua maior resistência a corrosão sob tensão. O molibdênio é normalmente adicionado para aumentar a resistência à corrosão galvânica e por pite. Exemplos de aços duplex: 2205 (1.4462) e 1.4501
Tratamentos Térmicos dos aços inoxidáveis ferriticos.
Principais características:
- Boa resistência à corrosão, especialmente corrosão sob tensão.
- Não são endurecíveis por tratamento térmico
- Têm boa conformabilidade plástica
- Podem sofrer diversos fenômenos de fragilização com o aquecimento em certas faixas de temperatura.
Fenômenos de fragilização dos aços inoxidáveis ferríticos
Crescimento de grãos: os aços inox ferríticos têm forte tendência ao crescimento de grãos, pois não apresentam transformação de fase no estado sólido. Por outro lado, por terem estrutura CCC, os inox ferríticos sofrem grande perda de tenacidade com o crescimento de grãos (aumento da temperatura de transição dúctil-frágil);
Precipitação de fase ferrita na faixa de 350 a 550oC:
- Endurecimento
- Fragilização
- Perda de resistência à corrosão
 Tratamentos térmicos dos aços inoxidáveis ferrriticos:
 — Como esses aços não são endureciíveis, o tratamento térmico usual é um recozimento para alívio de tensões originadas na conformação a frio e para obtenção da máxima ductilidada. A Tabela abaixo indica, para alguns tipos de aços dessa categoria mais empregados, as temperaturas, tempos às temperaturas e as condições de resfriamento.
Os aços inoxidáveis ferríticos estão sujeitos a adquirirem fragilidade quando aquecidos em torno de 475°C ou resfriados lentamente através dessa temperatura. 
O fenômeno traduz-se por aumento de dureza e queda da ductilidade e alguns autores o atribuem à fase sigma (Fe-Cr)
A fase sigma aparece principalmente nos aços com 25% a 30% de cromo. 0 seu aparecimento é acelerado por adições de níquel, manganês e silício. Por outro lado, aparece tanto mais rapidamente quanto mais ele se aproxima de temperatura do limite superior de estabilidade (cerca de 600°C). 0 aquecimento a uma temperatura mais elevada transforma a fase sigma em ferrita e provoca o desaparecimento da fragilidade que ela confere aos aços. Esse aquecimento deverá ser de várias horas a 800°C ou de aproximadamente meia hora a 850°C.
Sua aparência microscópica é na forma de um precipitado de rendilhado contínuo ao longo dos contornos dos grãos. Essa fragilidade — denominada "fragilidade a 475°C " — que se revela nos aços inoxidáveis ferríticos de alto cromo é, segundo alguns autores, devida a uma modificação do reticulado cristalino e rearranjo atômico, que precede e prepara a precipitação da fase sigma. 0 assunto é ainda muitocontrovertida Parece, por outro lado, que o carbono, o nitrogênio, o hidrogênio e oxigênio favorecem o fenômeno de "fragilidade a 475°C", principalmente o oxigênio, pela provável formação de óxido de cromo CrO, ao ser mantido o aço em certas faixas de temperaturas.- De qualquer modo, a última palavra sobre o assunto parece que ainda não foi dada.
É certo, finalmente, que a fragilidade a 475°C pode ser eliminada pelo reaquecimento do aço a temperaturas superiores a 600°C, seguido de resfriamento rápido através da temperatura perigosa.
Tratamentos Térmicos dos aços inoxidáveis Austeniticos. 
Nesta Tabela apresenta os tipos de tratamento mais empregados.
Esses aços se dividem em dois grupos:
— cromo-níquel
— cromo-manganês-níquel
A maior parte dos aços austeníticos comumente empregados pertence ao primeiro grupa Os mais conhecidos e populares são os 18-8 em que o teor médio de cromo 
é 18% e o de níquel 8%. A introdução do níquel melhora consideravelmente a resistência à corrosão e a resistência à oxidação a altas temperaturas, visto que, na maioria 
dos reagentes, o níquel é mais nobre que o ferro e, além disso, forma uma camada de 
óxido que protege o aço espontaneamente. Para comprovar esse fato, demonstra-se que 
a restauração da película inerte protetora que tenha sido retirada de um aço inoxidável 
ao Cr-Ni é muito mais rápida do que a de um aço inoxidável somente ao cromo.
O segundo grupo, menos importante, apareceu na década de 30 e o seu desenvolvimento ocorreu durante a Segunda Guerra Mundial, em razão da menor disponibilidade de níquel. Neles, parte do níquel (cerca de 4%) é substituído por outros elementos 
de tendência austenitizante, como o manganês (em tomo de 7%) e o nitrogênio (em 
teores não superiores a 0,25%).
Os característicos principais dos aços inoxidáveis austenfticos são:
— não magnéticos;
— não endurecíveis, por serem austeníticos;
— quando encruados, apresentam um fenômeno interessante: o aumento de dureza que se verifica ó bem superior ao que se encontraria, mediante a mesma deformação, em outros aços(2ll).
Esse aumento, além do normal da dureza, pode ser atribuído à instabilidade da austenita que
sob o efeito das tensões do encruamento, transforma-se parcialmente e paulatinamente em ferrita. Esta ferrita, supersaturada de carbono, nas mesmas condições que uma martensita, contribui para o endurecimento excepcional do aço. O estiramento a frio, por exempla do aço 18-8pode produzir resistência à tração da ordem de 250 kgf/mm2 (2450 MPa) com uma porcentagem de deformação que num aço comum não produziría mais do que cerca de 140 kgf/mm2 (1370 MPa).
Um reaquecimento a temperaturas moderadas do aço encruado — que se encontrará no estado ferrítico — restaura a austenita.
Nota-se ainda nos aços inoxidáveis austeníticos que, à medida que o teor de níquel aumenta, o efeito do encruamento é menos pronunciado, tendo em vista a ação 
estabilizadora desse elemento.
A importância desse fenômeno é tão grande que se costuma classificar os aços 
austeníticos pelos níveis de resistência que se consegue pelo encruamento, desde o tipo reco2ido mole até o tipo inteiramente dura
Na prática são obtidos valores muito maiores. Por exemplo, conforme a porcentagem do encruamento, o aço do tipo AISI 301 pode apresentar valores correspondentes 
às principais propriedades mecânicas indicados na Tabela 115(221).
Um dos fenômenos indesejáveis que pode ocorrer nos aços inoxidáveis austeníticos é a corrosão intergranufar, devido à precipitação de carboneto de cromo. Um dos 
meios de evitá-la é, como se mencionou, pela adição de titânio e de nióbio, porque esses elementos fixam o carbono na forma de carbonetos de titânio e de nióbia A ação 
do titânio pode ser analisada através do gráfico da figura 159(lu\ que mostra a redução aproximada da solubilidade do carbono em aço 18-8 obtida pela adição de cerca de 0,5% 
de titânia
Propriedades e empregos dos aços inoxidáveis auteniticos - icos — As propriedades mecânicas desses aços dependem essencialmente da condição do material, ou seja se ele se encontra no estado recozido ou encruado (um quarto duro, meio duro, três quartos duro ou totalmente duro).
Essas propriedades dependem igualmente da forma do produto acabado ou semi-acabado (barras, fios, tiras, chapas etc.) e, obviamente, da composição química. Como esses aços não são endurecfveis por têmpera, o aumento da dureza e resistência mecânica só pode ser obtido por encruamento. Como exemplo, a Tabela 115 indica os valores que podem ser obtidos pelo encruamento do aço AISI 3
Quanto aos característicos gerais e empregos típicos dos aços inoxidáveis austeniticos, a seguir são apresentados alguns dados:
— tipo 301 — Este aço é, juntamente com os tipos 302, 304 e 302B, o mais popular; possui boa trabalhabilidade e é empregado em ornamentação, utensílios domésticos, fins estruturais, equipamento para a indústria química, naval, fabricação de alimentos, transporte etc.
— tipo 302 — Característicos idênticos aos do tipo 301 e aplicações semelhantes.
— tipo 302B — Devido à presença de silício, possui melhor resistência à formação de casca de óxido a temperaturas mais elevadas. Emprega-se em peças de fomos.
— tipo 303 — Característicos de fácil usinabilidade: eixos, parafusos, porcas, peças de carburador, buchas, válvulas etc.
— tipo 304 — Menos suscetível à corrosão intercristalina, pelo teor mais baixo de carbono; equipamento para processamento de alimentos, recipientes criogênicos.
— tipo 308 — Maior resistência à corrosão que o 18-8 (Cr-Ni); para eletros de solda, fornos industriais, etc.
— tipo 309 — Boas resistências mecânica e à oxidação a altás temperaturas; para equipamento da indústria química, peças de fornos, estufas, peças de bombas,
— tipo 309S — devido ao baixo teor de carbono permite soldagem com menor risco de corrosão intercristalina.
— tipo 310 — Boa estabilidade à temperatura de soldagem; eletrodos de solda, 
equipamento para indústria química, peças de fornos, estufas. Resiste à oxídação até temperaturas de 1050°C ou 1100°C.
— tipo 316 — Melhor resistência à corrosão química; para equipamento da indústria química, de indústria de papel, etc.
— tipo 317 — Melhor resistência à corrosão que o 316; aplicações idênticas.
— tipo 321 ~ Tipo 18-8 estabilizado contra corrosão intercristalina a temperaturas elevadas; para aplicações que exigem soldagem: vasos de pressão, juntas de expansão, etc.
— tipo 347 — Condições de aplicações idênticas ao tipo 321.
— tipos 201 e 202 — Resistência à corrosão inferior à dos tipos ao Cr-Ni; contudo, apresentam, em geral, melhor resistência mecânica a temperaturas elevadas.
— tipos 304N e 316N — Devido à presença de nitrogênio, possuem melhores limites de escoamento, sem prejuízo da resistência à corrosão, prestando-se, em consequência, a aplicações em estruturas muito solicitadas como aparelhos de pressão na indústria química.
— tipo 329 — Este é um aço de microestrutura mista duplex austenita-ferrita. Apresenta melhor soldabilidade que os aços inoxidáveis ferríticos, melhor resistência à corrosão sob tensão que os aços inoxidáveis austeníticos e são praticamente isentos dos riscos de corrosão intercristalina. Por isso, tem sido utilizados em aplicações sujeitas à corrosão em ambientes marítimos e para o tratamento de substâncias alimentícias salgadas
 Tratamento térmico dos aços inoxidáveis austeniticos: Esses aços não são endurecíveis por não possuírem temperaturas de transformação típicas Ai e A3. Contudo, podem ser submetidos a determinados tratamentos térmicos de Solubilização.
Solubilização: 
 Este tratamento é uma espécie de têmpera e visa garantir a manutenção da estrutura austenítica à temperatura ambienta Consiste em aquecer-se o aço a uma temperatura suficientemente elevada para remover as modificações estruturais resultantes dos processos de fabricação, dissolver os carbonetos presentes (sobretudo os de cromo) e, após o tempo necessário à temperatura, resfriar rapidamente. 
O resfriamento deve ser rápido para evitar a precipitação de carbonetos,a qual acontece na faixa 450°-850°C.
valores de temperatura para o tratamento de solubilização.
O tempo à temperatura depende das dimensões das peças e deve ser o mínimo necessária Para espessuras da ordem de 1,5 a 3,0 mm o tempo é de 3 a 5 minutos. 
O resfriamento é em água ou o ar em peças de muito pequena espessura (décimos de milímetros).
Alívio de tensões — O objetivo é eliminar, total ou parcialmente, as tensões internas que se originaram nas peças acabadas durante sua deformação plástica ou durante a soldagem e para melhorar as propriedades elásticas do material fortemente encruada O aquecimento é feito a uma temperatura inferior a que pode provocar a precipitação de carboneto de cromo nos contornos dos grãos, ou seja entre 350° e 430°C, durante 30 minutos a 2 horas, de acordo com as dimensões das peças; segue-se resfriamento ao ar.
Estabilização — Este é um tratamento aplicado nos aços estabilizados do tipo AISI 321, com o objetivo de garantir a máxima resistência à corrosão Consiste no aquecimento, entre 840°C e 900°C, durante cerca de cinco horas, dependendo das dimensões das peças.
 Tratamentos termo-químicos — 0 mais indicado é a nitretação, mediante o emprego das técnicas usuais. A nitretação permite obter dureza superficial da ordem de 62 a 64 Rockwell C.
Existe ainda uma operação, chamada sensibilização, a qual, na realidade não pode ser considerada um tratamento térmico. Um aço inoxidável sensibilizado é um aço que está em condições de sofrer corrosão intergranular, fenômeno já estudado, e que se origina pela precipitação de carboneto de cromo nos contornos dos grãos. Como também já se viu, a corrosão intergranular ou seja a existência de aço sensibilizado é evitada pela adição dos elementos estabilizadores do cromo, como nióbio e titânio e os aços com essas adições são chamados estabilizados. O fenômeno de corrosão intergranular é mais evidente nos aços inoxidáveis austeníticos de carbono mais elevado, o que é óbvia Acrescente-se ainda que o fenômeno de corrosão intergranular interessa de modo particular em estruturas soldadas, porque ocorre geral mente na faixa de temperaturas entre 450° e 850°C para os aços inoxidáveis austeníticos e entre 1250° e 1300°C para esses aços no estado estabilizada. Desse modo, a operação de sensibilização não é recomendada como um tratamento térmico dos aços inoxidáveis. A operação é levada a efeito apenas para testar a suscetibilidade à corrosão intergranular dos aços inoxidáveis austeníticos. Em resumo, para os aços inoxidáveis austeníticos de carbono mais elevado e não estabilizados, verifica-se a sua suscetibilidade à corrosão intergranular pelo seu aquecimento entre 450° e 850°C, se o aço não estiver estabilizado e entre 1250° e 1300°C se ele estiver estabilizada
Tratamentos térmicos dos aços inoxidáveis martensíticos
Tratamentos térmicos:
- Recozimento
- Têmpera
- Revenido
Seleção da temperatura de têmpera
Revenido:
200 – 350oC, quando se desejar elevada resistência mecânica; ou
600 – 700oC, quando se desejar elevadas ductilidade e tenacidade, em detrimento
da resistência mecânica
O revenido na faixa de 400 e 600oC não deve ser realizado
por que provoca perda acentuada de resistência à corrosão e
queda da tenacidade (fragilidade do revenido). A queda de
resistência à corrosão é devida à precipitação de carbonetos
grosseiros de cromo. Estes carbonetos também se formam na
faixa superior de 600-700oC, porém nestas temperaturas
acredita-se que o cromo pode se difundir facilmente e eliminar
ou reduzir as regiões pobres em cromo (“healing”).
Aços inoxidáveis supermartensíticos
Para melhorar as propriedades mecânicas, a resistência à corrosão e
soldabilidade dos aços inoxidáveis martensíticos convencionais, foram adicionados Ni
e Mo, e reduzido o teor de carbono.
Dependendo do tratamento térmico ou termomecânico, a microestrutura
pode conter, além de martensita, quantidades minoritárias de austenita e ferrita
(principalmente nos graus mais ligados ao Cr e Mo).
Aços Inoxidáveis Martensíticos
Aços inoxidáveis martensíticos são aços inoxidáveis com teores de carbono inferiores a 0,1 %, teores de cromo entre 12 e 18 % e teores de níquel entre 2 e 4 %. Estes aços em altas temperaturas apresentam microestrutura austenítica, porém no resfriamento rápido subseqüente (tratamento térmico chamado têmpera) a austenita presente transforma-se em martensita, conferindo dureza/resistência mecânica muito mais alta. São muito usados na fabricação de artigos de cutelaria (facas e tesouras). Ex: AISI-SAE 420 e 410.
Efeito da Temperatura de Austenitização da Têmpera
A dureza máxima é atingida quando a austenitização é feita a cerca de 1100ºC. Abaixo a solubilização do carbono e o tamanho de grão austenítico são insuficientes. Acima forma-se muita ferrita delta.
Efeitos dos elementos de liga
• O silício reduz a temperabilidade dos aços inox martensíticos, devido ao seu efeito ferritizante (redução do campo austenítico), que reduz a dureza. Em teores mais baixos (0,5 % ou menos) aumenta a resistência à oxidação em altas temperaturas.
• O manganês abaixo de 1 % pouco altera as características dos aços inox martensíticos.
• O cobre contribui para aumentar a resistência à corrosão e age de modo semelhante ao níquel, porém com menor intensidade.
• O alumínio, como o silício, reduz a temperabilidade e é ferritizante.
• O molibdênio melhora a resistência à corrosão, porém reduz a temperabilidade.
• O enxofre aumenta a usinabilidade, porém provoca fragilidade e redução da resistência à corrosão, devido à formação de inclusões não metálicas (sulfetos), que prejudicam a tenacidade e a resistência à corrosão. A adição de pequenos teores de molibdênio melhora a tenacidade e a de pequenos teores de zircônio a resistência à corrosão.
Aplicações dos Aços Inox Martensíticos
Os aços inox martensíticos podem ser utilizados em diversas aplicações nas quais, além da elevada resistência à corrosão, seja necessária elevada resistência mecânica/dureza. Exemplos: componentes de turbinas a vapor, componentes de bombas de líquidos corrosivos, árvores e hélices marinhas, componentes de aeronaves, utensílios de cozinha e cutelaria (como facas e tesouras), instrumental cirúrgico (bisturi, tesouras cirúrgicas e porta-agulhas), indústria petroquímica (componentes usados em craqueamento), indústria alimentícia (componentes em contato com alimentos), lâminas de barbear.
Em geral resistem bem à ação corrosiva de ácidos minerais, ácidos orgânicos, soluções de sais, bases (substâncias alcalinas), água doce não poluída, ar não poluído.
	
Tratamentos térmicos dos aços inoxidáveis martensíticos
Na tabela acima apresenta as temperaturas de recozimento pleno e de recozimento isotérmico que são aplicados nesses aços, para obtenção da estrutura que permita a conformação mecânica a frio e eliminar total ou parcialmente as suas tensões. Tambem indica as temperaturas recomendadas para têmpera e revenido desses aços, com as propriedades mecânicas médias resultantes. A esse respeito podem ser feitos os seguintes comentários:
— todos os aços inxodiáveis martensíticos são temperados e devido a alta temperabilidade conferida pelo alto teor de cromo podem, geralmente, ser esfriados ao ar; alguns são esfriados em óleo ou em água (carbono mais baixo);
- Após a têmpera, aplica-se um revenido a baixa temperatura — geralmente entre 150°C e 400 °C — que constitui mais um alívio de tensões, pois não afeta de modo significativo as propriedades mecânicas, além de pouco favorecer a possível precipitação de carbonetos;
— o revenido propriamente dito aplica-se aos aços de carbono maís baixo e é realizado entre 550°C e 750°C , de 1 a 4 horas, dependendo das alterações desejadas nas propriedades mecânicas; deve-se procurar evitar a faixa entre 4 8 0 °C è 6 0 0 “C*2141, pois, do contrário, tanto a tenacidade como a resistência à corrosão são afetadas;
— para completa recuperação das propriedades no estado recozido, faz-se recozimento na faixa de temperatura de 7 2 5 °C a 915°C
Na figura acima mostrao efeito do revenido sobre a resistência ao ataque em solução normal de ácido nftrico de aço inoxidável martensítico tipo "cutelaria". O gráfico mostra como a perda em peso pelo ataque por parte de ácido nítrico diluído aumenta em vários aços temperados de temperaturas diferentes quando são revenidos a diferentes temperaturas durante uma hora. A melhora gradual da resistência à corrosão em função da temperatura de têmpera é evidente 0 estudo foi realizado em aço com 17,4% de cromo e 0,77% de carbona A explicação aparente do fenômeno é a seguinte: a martensita, sendo uma solução grandemente supersaturada de carbono, sofre uma precipitação de carboneto, quando ao aço for reaquecido apôs a têmpera; esse carboneto é muito rico em cromo. O aço, que exige que todo o cromo fique em solução, perderá, em conseqüência, resistência à corrosão. O revenido deverá, pois, ser aplicado com rigoroso controle. O gráfico da figura acima mostra, em resumo, dois fatos importantes:
— maiores temperaturas de têmpera melhoram a resistência à corrosão do aço;
— à medida que aumenta a temperatura de revenido, a resistência à corrosão diminui, devido à mencionada precipitação de carbonetos ricos em cromos de martensita.
Um outro fato que deve ser mencionado, em relação aos aços inoxidáveis martensíticos, diz respeito ao fenômeno denominado "fragilidade pelo hidrogênio", o qual pode ocorrer nesses aços quando a sua dureza e o seu carbono são elevados. Essa fragilidade pode ser adquirida durante o processo de fusão do aço, ou durante o seu tratamento térmico devido à atmosfera usada, ou durante os tratamentos químicos ou eletroquímicos como decapagem ou eletrodeposição que eventualmente sejam empregados nesses aços. A prevenção é a melhor maneira de eliminar esse inconveniente, o qual, por outro lado, pode ser atenuado por um aquecimento do aço, sob essa condição de fragilidade, a uma temperatura no máximo igual a 400°C, às vezes da ordem de apenas 100°C. Além do níquel, outras adições que podem ser feitas nesses aços ao cromo são as seguintes.
— titânio — que diminui a tendência ao crescimento dos grãos e aumenta a soldabitidade; no mesmo sentido, atua o nióbio;
— molibdênio — que entre 1 a 2% , aumenta sensivelmente a resistência à ação de ácidos diluídos, ácidos orgânicos etc.
— alumínio — que aparentemente diminui o crescimento de grão, a altas temperaturas.
Uma composição característica com molibdênio e vanádío é a seguinte:
C Si Mn Cr Ni Mo V
0,25% 0,50% 0,50% 12,50% 0,50% 1,00% 0,30%
Esse aço, temperado a partir de 1010°C, durante 15 minutos, revenido a 480°C durante 4 horas, apresenta as seguintes propriedades mecânicas:
Limite de resistência à tração — 180 kgf/mm2 (1770 MFfc)
Limite de escoamento — 145 kgf/mm2 (1420 MRa)
Alongamento — 10%.
Tratamentos térmicos dos aços inoxidáveis duplex.
Aço duplex é um tipo de aço inoxidável composto pela combinação de dois tipos de microestrutura: Ferrítica e austenítica. Sua principal característica é a excelente resistência à corrosão em meios agressivos devido à sua habilidade em se passivar,(ou seja acionar a camada superficial que é responsável pela proteção do aço em meios agressivos (esta camada é extremamente fina 3° a 50A) e permanecer no estado passivo em diversos meios aos quais é submetido; Devido ao efeito do refino de grão obtido pela estrutura austenítica-ferrítica e ao endurecimento por solução sólida, estes aços apresentam resistência mecânica superior aos aços inoxidáveis austeníticos e ferríticos. Suas aplicações se dão principalmente no ramo da indústria petroquímica (em unidades de dessalinização, dessulfuração e equipamentos para destilação) e papel e celulose (em digestores, plantas de sulfito e sulfato e sistemas de branqueamento).
Possuem pelo menos 11% de Cromo em sua composição química, são intitulados desta maneira, pois são constituídos por duas fases, Austenita e Ferrita, distribuídas igualmente em sua composição, como ilustrado na figura 3.1, juntamente com no mínimo 11% de Cromo. Tal característica contribui com propriedades mecânicas, principalmente tensão de escoamento e também para resistência a corrosão.
A primeira aplicação para aço duplex se deu Suécia em 1930 em indústrias de papel a fim de reduzir problemas de corrosão intergranular que ocorria em aços Austeníticos de auto carbono. Em 1936 a França lançou a primeira patente para o precursor que seria mais tarde seria conhecido como Uranos 50, o que tornou evidente que um aço com matriz Austenítica e Ferritica balanceada favorece a resistência a corrosão por tensão causada por Cloro.
O fim dos anos 60 e início dos anos 70 foram anos notáveis para a evolução das ligas de aços Inoxidáveis Duplex devido à escassez do Níquel, qual acarretou o aumento do preço de aços Inoxidáveis Austeníticos, combinado com uma grande demanda de aços que suportassem ambientes agressivos para indústrias de óleo e gás.
Uma segunda geração de aços Inoxidáveis duplex é introduzida no início dos anos 80, 2205 ou UNS S31803/S32205, uma liga agora com soldabilidade melhorada através da adição de Nitrogênio. A adição de Nitrogênio como metal de liga aumenta a resistência a corrosão e, quando comparado com aços Austeníticos comuns, apresenta mais que o dobro de resistência de escoamento, especialmente quando soldado.
Sua elevada resistência a corrosão combinada com resistência mecânica, garantem a estes aços uma vasta opção de aplicação. No entanto, os aços Inoxidáveis duplex são comumente utilizados em equipamentos offshore para extração de Petróleo, que se encontram em contato com elementos agressivos como H2S ou cloretos.
Propriedades
Este grupo possui características muito especiais, dentre elas está o seu comportamento super plástico indicado pelas grandes deformações as quais pode ser sujeito sem a ocorrência de estricção (empescoçamento) em temperaturas próximas da metade da sua temperatura de fusão. Além da sua super plasticidade estão entre as propriedades mecânicas dos aços duplex a alta resistência a corrosão e a sua resistência mecânica superior a dos aços inoxidáveis comuns. Estes aços possuem limites de resistência à tração da ordem de 770 MPa, limite de escoamento próximo de 515 MPa, e alongamento em 50mm de 32% em média.
A soldabilidade destes materiais requer cuidados, quanto ao superaquecimento, aporte de calor, temperatura entrepasses não superior a 150 °C, velocidade de resfriamento, pois quando aquecidos e posteriormente resfriados, formam precipitados, que interferem diretamente na resistência do material soldado, especialmente nos testes de impacto.
Aplicações
Suas principais aplicações estão nas indústrias químicas, de óleo, gás, papel e celulose, aplicado principalmente em evaporadores, dutos, unidades de dessalinização e dessulfuração, equipamentos para destilação, tanques de condução e armazenamento de material corrosivo.
Tratamentos Térmicos
Numerosas mudanças estruturais podem acontecer em AIDs durante tratamentos isotérmicos. A maioria dessas transformações está relacionada à ferrita, pois a taxa de difusão nesta fase é aproximadamente 100 vezes mais rápida do que na austenita, o que se deve, principalmente, ao menor parâmetro de rede da estrutura cristalina CCC. Além disso, a ferrita é enriquecida em Cr e Mo, que são conhecidos por promover a precipitação de fases intermetálicas. A solubilidade destes elementos diminui na ferrita conforme o decréscimo da temperatura, aumentando a probabilidade de precipitação destes compostos durante tratamento térmico.
Os diagramas tempo-temperatura-transformação (TTT), produzidos por tratamentos térmicos isotérmicos seguidos de solubilização, são frequentemente empregados para descrever a susceptibilidade dos diferentes graus de fragilização. Em geral, no intervalo de temperaturas entre 600°C e 1050°C a construção destes diagramas é baseada basicamente em observações por microscopia, ao passo que no intervalo entre 300°C e 600°C, aconstrução das curvas é frequentemente feita por medições de dureza.
A figura 6 apresenta um diagrama TTT esquematizando os domínios de temperatura e tempo de ocorrência dos fenômenos de precipitação, além dos diversos tipos de precipitados existente em AIDs devido a variedade e aos altos níveis de elementos de liga nele contido. Esta figura também mostra como os níveis dos elementos de liga interagem modificando a extensão do domínio da precipitação desses compostos indesejáveis. Muitos desses precipitados fragilizam a liga e deverão ser evitados.
Ligas como UNS S32205/S31803 são mais propensas à precipitação de compostos intermetálicos, certamente devido a adição de Cr e Mo. Estes elementos não somente aumentam a taxa de precipitação de compostos intermetálicos, mas também estendem o intervalo ou campo de estabilidade da formação destes compostos em altas temperaturas. Por esse motivo são necessárias temperaturas de solubilização acima de 1000°C.
Na figura abaixo estão representadas as curvas temperatura, tempo e transformação (TTT) do aço duplex UNS S31803, objeto de estudo deste trabalho.
As curvas indicam o tempo necessário, a cada temperatura, para o início da precipitação da fase indicada (carbonetos, sigma chi ou α’). As linhas pontilhadas indicam o início da precipitação de intermetálicos em duas outras composições típicas de aços duplex (2507/UNS S31803 e 2304/UNS S32304). Como comentado anteriormente a precipitação é mais rápida no aço com teores de Cr e Mo mais altos.
Curva de transformação isotérmica de precipitação em DIN – W.Nr. 1.4462 (2205 / UNS
S31803) após solubilização a 1050°C. 
Aços inoxidáveis duplex com concentração de cromo de 13% a 90% estão sujeitas a fragilização quando são tratados ou resfriados lentamente em temperaturas entre 400°C e 550°C. Esse fenômeno é chamado fragilização a 475°C e causa mudanças no comportamento a tração, fratura e fadiga deste aço [25]. Essa fragilização produz aumento na resistência a tração e dureza e uma diminuição na ductilidade, resistência ao impacto e resistência a corrosão.
Durante um trabalho a quente, entre 900°C e 1200°C, a microestrutura do aço duplex apresenta um comportameto muito próximo do equilíbrio estável e metaestável, produzindo uma estrutura formada por lamelas, com grãos alongados na direção de laminação e composta por uma matriz ferrítica com ilhas de austenita, como mostra a figura abaixo. Essa microestrutura se deve ao fato de que a energia de interface ferrita-austenita é menor que a energia do contorno de grão ferrita-ferrita ou austenita-austenita.
	
– Microestrutura do aço inoxidável duplex após trabalho a quente 
Tratamento de solubilização no aço é feito a fim de obter quantidades iguais de ferrita e austenita, que lhe confere melhores propriedades. Esse tratamento é feito levando o aço a temperaturas em torno 1050°C e após, um resfriamento rápido para que não haja precipitação de fases intermetálicas.
A temperatura de solubilização é uma variável fundamental em termos da microestrutura resultante de AID e AISD. A tabela 4 apresenta um resumo dos valores mínimos de temperatura de solubilização para alguns AID e AISD a partir da especificação ASTM A-480, referente aos requerimentos gerais para bobinas de chapas, lâminas e tiras de aços inoxidáveis e resistentes ao calor.
– Temperaturas mínimas de solubilização para AID e AISD [10]
Segundo alguns autores, a austenita começa a nuclear em temperaturas de 1300°C e cresce primeiramente nos grãos de ferrita. A figura 9 mostra uma micrografia do aço duplex UNS S31803 após um tratamento térmico a 1300°C seguido de um resfriamento rápido.
A autenita é nucleda no contorno de grão, mas em baixa taxas de resfriamento, elapode precipitar no interior do grão ferrítico, segundo alguns autores.
Microestrutura típica após tratamento térmico a 1300°C. A fase escura representa a fase
ferrita enquanto que as ilhas claras representam a fase austenita.
O processo mais importante no aço duplex é a decomposição eutetóide de ferrita delta (δ) em fase sigma (ζ) e a fragilização a 475C, que acontecem por causa dos tratamentos térmicos.
Precipitação de Fases Intermediárias
A precipitação de segundas fases em AIDs pode ocorrer por dois mecanismos:
nucleção e crescimento e decomposição espinoidal. Para compreensão desses 32 mecanismos é importante abordar os fundamentos termodinâmicos que regem os processos.
Termodinâmica dos Processos de Precipitação
Na Figura 10a está representado o diagrama de equilíbrio de soluções sólidas a elevadas temperaturas. O limite de solubilidade da solução sólida é dado pela curva MKN, também chamada de curva de estratificação. Quando há o resfriamento do metal até que esta curva seja transpassada, uma nova fase de composição química diferente, mas de mesma rede cristalina, será precipitada
– Figura 10 (a) Diagrama de equilíbrio para soluções sólidas; (b) Diagrama da variação da energia livre de Gibbs em função da composição, para determinadas temperaturas.
Na região acima do ponto K, a solução sólida é estável, monofásica e independente da concentração.
Na Figura 10b, têm-se o diagrama de variação da energia livre de Gibbs em função 
da composição, para determinadas temperaturas. Nota-se que em T1, a curva 
apresenta concavidade virada para cima ao longo de toda a sua extensão. Com a 
diminuição da temperatura, até chegar em T2, há aumento da energia de Gibbs, mas 
a concavidade permanece virada para cima. Prosseguindo com o resfriamento, até 
chegar em T3, ocorre um abaulamento da curva para cima, o que significa a 
instabilidade da solução. Para uma determinada composição compreendida nesse 
abaulamento, a energia de Gibbs sempre será menor para uma mistura de fases 
(a+b), se comparado à uma solução monofásica, então haverá precipitação no 
material [43].
 Decomposição Espinoidal
O estudo da forma como se processa este tipo de precipitação será dado analisando 
a decomposição isotérmica da solução instável de energia de Gibbs igual a G1, na liga de composição Co (Figura 11) [4
Figura 11 – Esquema explicativo da decomposição espinoidal da liga [9]
O ponto de menor energia é dado por G2, para a composição dada (Co), porém é muito difícil que a solução a alcance diretamente, devido a flutuações na composição. Então é mais provável que ela atinja regiões de composições mais próximas, como Cp e Cq, por exemplo. Por ser uma diferença pequena, não são exigidos embriões críticos para início da decomposição, por isso ela engloba todo volume da fase inicial. Depois, com a diminuição sucessiva da energia de Gibbs (retas da Figura 11), a solução finalmente atinge o equilíbrio entre as concentrações Ca e Cb [10].
A decomposição espinoidal ocorre entre os pontos de inflexão S1 e S2 da Figura 12, onde a concavidade está virada para baixo (∂2G/∂C2 <0). Estes pontos tendem a se aproximar com o aumento da temperatura, até chegarem ao valor crítico, localizado no ponto K (Figura 10a), a partir do qual a curva que relaciona a energia de Gibbs com a composição da liga a uma dada temperatura (Figura 10b) passa a ter concavidade virada para cima (∂2G/∂C2 >0) ao longo de toda a sua extensão, ou seja, ela deixa de ter pontos de inflexão [43].
No diagrama de equilíbrio (Figura 10a), para diferentes temperaturas, tem-se os pontos espinoidas S’1 e S’2. Unindo-os, obtemos a curva espinoidal RKV. Portanto a solução sólida que for resfriada passando por essa curva, sofrerá decomposição espinoidal.
Decomposição por Nucleação e Crescimento
Este tipo de precipitação será explicado através do esquema contido na Figura abaixo. Analisando a solução sólida que possui energia de Gibbs igual a G1, quando ela inicia a precipitação, devido a flutuações da composição, e atinge as composições Cf e Cg, próximas a Co, ela adquire a energia G3, a qual é maior do que G1. A energia da solução só será menor do que G1 quando a diferença de composições for muito grande, assim como em Cm e Cp (Figura abaixo), onde G4<G1.
– Esquema explicativo da decomposição por nucleação e crescimentoDiferentemente da decomposição espinoidal que tem diminuição sucessiva da energia conforme segue a precipitação, a decomposição por nucleação e crescimento necessita de embriões de precipitação, pois ocorre um aumento da energia para depois ir diminuindo ao longo do processo de precipitação.
Formação de Fases Secundárias
Os AID (aços inoxidáveis duplex) e AISD (aços inoxidáveis superduplex ) possuem uma fase ferrítica muito instável devido a alta taxa de difusão dos elementos que possui. Portanto, podem surgir várias fases secundárias nestes aços, as quais modificaram as propriedades dos mesmos. A Figura 13 apresenta as principais fases secundárias dos AID e AISD
- Principais características cristalográficas das fases presentes em AID e AISD [10]
Fase Alfa primário α
A fase alfa primário pode ser observada tanto em aços inoxidáveis ferríticos quanto em aços inoxidáveis duplex, em temperaturas abaixo de 500°C (na faixa entre 280°C e 525°C).
Segundo alguns autoreS, a formação da fase α’ provoca o endurecimento dos aços duplex devido a partículas finamente dispersas desta fase α’ na fase ferrita original. O aumento da dureza dos aços com a formação da fase α’ é acompanhado pela diminuição da tenacidade.
A reação de fragilização é resultado da formação da fase alfa primário enriquecida de Cr na fase ferrita [25, 32, 33]. Através da curva C do diagrama TTT pode-se perceber que a máxima taxa de fragilização ocorre aproximadamente na temperatura de 475°C . Assim foi originado o termo “fragilização a 475°C”.
 Fase G
A fase G é uma fase rica em precipitados de Ni na fase ferrita. Esta fase precipita na interface ferrita-austenita ou na interface ferrita-ferrita. A composição química desta fase varia e é dependente dos elementos de liga do aço e das condições de envelhecimento. Em geral ela é enriquecida de Ni, Si, Mo, Mn, Al e C e é empobrecida de Cr e Fe .
A precipitação desta fase na ferrita foi observada em AIDs em temperaturas entre 300°C e 400°C após 7500-70000 horas de tratamento. O tamanho típico desses precipitados é em torno dos 2 a 6nm na matriz, podendo atingir 10nm quando nucleados nas discordâncias .
 Austenita Secundária (ϒ2)
A quantidade de ferrita presente na temperatura onde o aço é trabalhado a quente ou tratado geralmente excede a quantidade presente no equilíbrio em baixas temperaturas. Assim, o tratamento térmico em baixas temperaturas resultará na redução de ferrita, que se transformará em austenita secundária. Esta fase é chamada de austenita secundária, pois possui uma morfologia diferente da matriz de austenita original.
Esta fase nucleia e cresce na matriz ferrítica. A fase austenita secundária aparece finamente dispersa na matriz ferrítica, enquanto que a fase austenita aparece em tamanho maior se comparada a fase intermetálica 
A quantidade de ferrita presente na temperatura próxima a de solidificação, normalmente excede a porcentagem de equilíbrio em torno de 600°C a 800°C. A austenita secundária também pode precipitar em conjunto com a precipitação de fases ricas em Cr, como a fase sigma. O empobrecimento de Cr na ferrita ao redor desses precipitados desestabiliza a ferrita que se transforma em austenita, sendo este fato particularmente importante quando a precipitação das fases ricas em Cr ocorre nos contornos de grão α/γ, por produzir a resistência a corrosão por pites .
Fase Sigma (ζ)
A fase sigma (ζ) é uma fase rica em Cr e Mo, sendo formada entre as temperaturas de 600°C e 1000°C. Sua precipitação pode ocorrer em uma grande variedade de aços inoxidáveis duplex, assim como, em alguns aços inoxidáveis austeníticos, tendo ampla influência na dureza.Ela é uma das responsáveis pela fragilização do material, reduzindo a tenacidade ao impacto e a resistência à corrosão [2, 5]. Tem-se como exemplo, que a precipitação de 4% desta fase em volume pode resultar em um decréscimo de aproximadamente 90% da tenacidade .
Fase Chi (χ)
A fase chi pode aparecer em aços inoxidáveis austeníticos, ferríticos e duplex. Em aços duplex, ela é encontrada em temperaturas entre 700°C e 900°C. A precipitação da fase chi está relacionada com a presença de Mo, e esta fase possui maior teor de Mo do que a fase sigma, e aparece em quantidades menores em relação a fase sigma. Além disso, a fase chi é enriquecida com de Cr e Si, assim como a fase sigma, porém em menores frações, e tem um efeito adverso na tenacidade e nas propriedades relacionadas à corrosão do aço. A precipitação da fase chi ocorre nos contornos de grão ferrita-ferrita e precede a precipitação da fase sigma .Alguns autores mostraram a precipitação da fase chi na interfase ferrita-ferrita após um tratamento na temperatura de 750°C por uma hora e a formação da fase sigma após tratamento na temperatura de 700°C por 2 horas.
Esta fase é menos importante que a fase sigma, pois sua ocorrência é menos frequente nas ligas e também pode ser considerada como uma fase prejudicial às propriedades do aço.
Fase R
A fase R (Fe2Mo, conhecida como Laves) é rica em composto intermetálico Mo, e tem uma estrutura trigonal. Pode ser observada em precipitação intergranular e intragranular em temperaturas entre 550°C e 650°C [18]. Parecida com as fases sigma e chi, a fase R tem efeitos indesejáveis na corrosão por pites. A fase R também reduz a tenacidade do material .
Os precipitados intergranulares contem taxas maiores de Mo quando comparados aos precipitados intragranulares – 40% contra 35% - fazendo com que a influencia na resistência à corrosão por pites no primeiro seja mais notada.
 Fase π
A fase π possui uma estrutura cúbica e é formada quando exposta a tratamentos térmicos de longa duração em temperaturas entre 550°C e 600°C. Por ter alta concentração de Cr e Mo (35% Cr, 3% Ni, 35% Mo) inicialmente foi confundida com a fase ζ. Assim como a fase R, e a fase ζ, a fase π contribui para a perda de tenacidade e resistência a corrosão .
 Fase τ
A fase tau (τ) é uma fase rara e a literatura sobre AIDs raramente menciona sua presença. É mencionada a ser encontrada nas ligas de 22% de Cr, 5% de Ni e 3% de Mo.
Tratamentos isotérmicos por várias horas no intervalo de temperatura de 550°C a 650°C podem levar a formação deste composto em forma de agulhas entre os contornos da ferrita.
Nitretos Cr2N e CrN
Uma forma de aumentar a resistência a corrosão em meios ricos em cloretos, principalmente em aços superduplex, é adicionando nitrogênio nas ligas. Porém, a adição de nitrogênio leva a precipitação de Cr2N em temperaturas entre 700°C e 950°C. Nitreto de cromo pode ser formado intragranularmente na ferrita como resultado da supersaturação de nitrogênio na ferrita durante resfriamento, ou intergranularmente na interface ferrita-ferrita ou ferrita-austenita em tratamentos isotérmicos. Sua formação causa corrosão por pites como resultado do empobrecimento de cromo localizado. Em aços duplex geralmente são encontrados Cr2N e a presença de CrN é raramente mencionada .
Existem diferentes morfologias dos nitretos precipitados: pontilhado, esfera e acicular. Isto sugere a possibilidade de diferentes estruturas cristalográficas destes precipitados no material
Carbonetos M23C6 e M7C3
Os carbonetos ou carbetos precipitados na faixa de temperatura entre 950°C e 1050°C são os M7C3 e os que precipitam em temperaturas abaixo de 950°C são M23C6. Carbonetos precipitam previamente a formação de outras fases, em estágios muito rápidos de envelhecimento, podendo ser formados em menos de um minuto. Eles só podem ser evitados por um resfriamento rápido de uma temperatura elevada. A precipitação de carbonetos precede a formação de fases secundárias 
durante o tratamento térmico. Carbonetos são encontrados, predominantemente, na fronteira entre as fases ferrita e austenita, mas também podem estar presentes na fronteira ferrita-ferrita ou austenita-austenita.É conhecido que os carbonetos causam sensitização em aços austeniticos em temperaturas elevadas, o que não ocorre em aços duplex por causa da grande oferta de Cr na fase ferrita, que é enriquecida deste elemento . A precipitaçãodesta fase no aço duplex pode provocar perda de resistência à corrosão e fragilização do material.
 Fase ε
A solubilidade do Cu na ferrita diminui com o decréscimo da temperatura de modo que partículas extremamente finas precipitem, formando a fase ε rica em Cu, após exposição por 100 horas a temperatura de 500°C. A precipitação dessa fase ocorre ao longo de discordâncias ou distribuída de forma uniforme ao longo da matriz, dependendo do tipo de liga.
A presença de Cu em AISDs pode aumentar a dureza mantendo a tenacidade, sendo essa mudança relevante após um período de tratamento térmico maior que 10 horas. As alterações nas propriedades mecânicas são parecidas com as medidas na presença de precipitado α’