Experimentos dinâmicos de transformações de fase no
Transcrição
Experimentos dinâmicos de transformações de fase no
Experimentos dinâmicos de transformações de fase no microscópio eletrônico de varredura Bolsista Maria Eduarda Zani Estudante de Engenharia de Materiais na Universidade Estadual Paulista ”Júlio de Mesquita Filho” Orientador Prof. Dr. Antonio J. Ramirez / LNNano RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM 2 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM Projeto Experimentos dinâmicos de transformações de fase no microscópio eletrônico de varredura Bolsista Maria Eduarda Zani Estudante de Engenharia de Materiais da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” Relatório técnico-científico apresentado como requisito parcial exigido no 22º Programa Bolsas de Verão do CNPEM Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais. Orientador Prof. Dr.Antonio J.Ramirez/ LNNano Campinas, SP, 2013 3 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM 4 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM Agradecimentos À comissão organizadora do 22º Programa Bolsas de Verão e ao CNPEM pela iniciativa e oportunidade dada. Ao meu orientador no programa, Dr. Antônio J. Ramirez pelo conhecimento, ensinamento repassado nesses meses, pela paciência, ajuda nos momentos difíceis e principalmente por me dar a oportunidade de manter o vínculo com o CNPEM. Ao Fabiano E. Montoro pela ajuda no uso da instrumentação desenvolvida no LNNano com os microscópios eletrônicos usados no projeto, ao Joel pela ajuda na preparação das amostras. Aos meus orientadores de iniciação científica da Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, Prof. Luiz Rogério Hein e Prof. Marcelino Pereira do Nascimento e ao meu Prof. Marcelo Baptiste Hott, agradeço a todos pela recomendação no Programa. E, principalmente à minha família, Márcia (minha mãe), Tarcila (minha irmã), pela força que me deram nos momentos que mais precisei, Marcelo (meu pai), que mesmo me faltando tenho certeza que me acompanha em cada passo e que está orgulhoso das minhas conquistas, e ao meu namorado (Renan), pela força e ajuda com o projeto. “Família, Deus e educação.” Marcelo Zani 5 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM 6 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM Resumo A microscopia eletrônica tem um papel extremamente importante no desenvolvimento da ciência dos materiais, fornecendo imagens em escalas desde macroscópicas até atômicas. Experimentos ex situ são os mais comuns nesses tipos de equipamentos, porém quando se pretende analisar fenômenos microestruturais em tempo real, as análises são menos frequentes e denominadas in situ. Esse tipo de experimento traz inúmeras vantagens, entre as mais importantes estão delas o acesso direto aos dados sobre a cinética do fenômeno estudado, pois são facilmente obtidos com um único experimento, diferentemente dos métodos ex situ que são post mortem. Além disso, o método permite o acompanhamento em tempo real do que está acontecendo com o material quando ele é submetido a uma determinada condição externa. E com base nessa importância dos experimentos in situ, o grupo CPM vem desenvolvendo instrumentação cientifica para que se realizem com mais frequência experimentos dessa natureza. O presente trabalho procura acompanhar as transformações de fase dentro do microscópio eletrônico de varredura. Os materiais estudados foram uma liga de alumínio 6060F e um aço inoxidável duplex UNS S32750 que receberam tratamento térmico de 280 °C e 800 °C, respectivamente. Os resultados apresentados para a liga de alumínio se mostraram insatisfatórios, pois mesmo com o experimento realizado em vácuo, uma camada de óxido formou-se muito rapidamente sobre a superfície do alumínio. Já os resultados para o aço inoxidável duplex mostraram a precipitação de uma nova fase, sigma, conforme o esperado. Pode-se também comparar diversas instrumentações usadas nos diferentes MEVs Palavras chave: Experimentos in situ, transformações de fase, liga de aluminio, aço inoxidável duplex. 7 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM Abstract The electron microscopy has an important influence in the development of materials science, providing images of atomics and macroscopic scale. However if the sample needs and external treatment, the analysis most common is ex situ, before and after the treatment, so experiments in situ are not so usual. In situ experiments give many advantages and the most important is data from kinetic of the process, because they are easily taken from one single experiment, and currently the experiments of kinetic use numerous samples, one sample correspond to each point of the kinetic graphic. So in situ experiments use less samples and give a perfectly graphic of the kinetic process. Discovering the importance of this kind of experiments, CPM develops scientific instrumentation to be came more frequently and easy this kind of experiment. This work studies the phase transformation. The materials studied were an aluminum alloy 6060F and duplex stainless steel UNS S2750. The aluminum alloy was heated from 280oC to 500oC, while the duplex stainless steel was heated to 800 oC for 55 minutes. The results for aluminum alloy are not satisfactory because an oxide layer was formed on its surface, which hinder grain boundary migration. Nevertheless, on the experiments with duplex stainless steel on the SEM-LV, it was possible to observe the sigma phase growth over the ferrite and precipitating initially on austenite-ferrite boundaries. A comparison between the heat instrumentation of each microscopy could also be drawn. Key- words: In situ experiments, phase transformation, aluminum alloy and duplex stainless steel 8 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM 9 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM Índice de figuras Figura 1 - Funcionamento do detector de alta temperatura ........................................................................ 20 Figura 2 - Amostra de liga de alumínio ......................................................................................................... 21 Figura 3 - Amostra de AID ............................................................................................................................. 22 Figura 4 - Buehler Isomet 4000 ..................................................................................................................... 22 Figura 5 - Mesa de polimento e lixamento ................................................................................................... 23 Figura 6 - Ataque eletrolítico ........................................................................................................................ 24 Figura 7 - SEM- LV com controle da temperatura ao lado............................................................................ 24 Figura 8 - SEM-LV .......................................................................................................................................... 24 Figura 9 - Porta amostras .............................................................................................................................. 25 Figura 10 - Forno responsável por aquecer a amostra ................................................................................. 25 Figura 11 - Estágio de aquecimento pronto.................................................................................................. 26 Figura 12 - SEM-Quanta ................................................................................................................................ 27 Figura 13 – Estágio de aquecimento no SEM-Quanta .................................................................................. 27 Figura 14 - SEM-Quanta preparado para o aquecimento ............................................................................. 27 Figura 15 - AA6060 como recebido............................................................................................................... 28 Figura 16 - AA6060 a 320°C com 75 min de aquecimento ........................................................................... 28 Figura 17 - AA6060 a 450°C com 85 min de aquecimento ........................................................................... 29 Figura 18 - AA6060 a 500°C com 90 min de aquecimento ........................................................................... 29 Figura 19 - AID2507 como recebido ............................................................................................................. 30 Figura 20 - AID2507 a 800°C com 25 min de aquecimento .......................................................................... 30 Figura 21 - AID2507 a 800°C com 41 min de aquecimento .......................................................................... 30 Figura 22 - AID2507 a 800°C com 70 min de aquecimento .......................................................................... 30 Figura 23 - Amostra no MO como recebida.................................................................................................. 31 Figura 24 - SEM-Inspect após experimento a 800 °C .................................................................................... 31 Figura 25 - Amostra no MO após experimento a 800 °C .............................................................................. 31 Figura 26-SEM-Inspect como recebido ......................................................................................................... 31 Figura 27 - SEM-Inspect após experimento a 800 °C .................................................................................... 32 Figura 28- SEM-Inspect após experimento a 800 °C ..................................................................................... 32 Figura 29 - AID2507 como recebido ............................................................................................................. 32 Figura 30-AID2507 a 597°C durante 8 minutos ............................................................................................ 32 Figura 31 - AID2507 a 800°C durante 1 hora ................................................................................................ 33 Figura 32 - SEM ............................................................................................................................................. 33 Figura 33 - SEM ............................................................................................................................................. 33 Figura 34-MO ................................................................................................................................................ 34 Figura 35-MO ................................................................................................................................................ 34 Figura 36 - Imagem do SEM-LV ..................................................................................................................... 36 Figura 37 – Imagem do SEM-Quanta ............................................................................................................ 36 Figura 38 - Crescimento de fase sigma ......................................................................................................... 38 10 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM Índice de gráficos Gráfico 1 - Diagrama pseudo-binário dos AIDs ............................................................................................. 11 Gráfico 2 - Diagrama TTT .............................................................................................................................. 14 Gráfico 3 - Curva em “C” da precipitação de fase σ...................................................................................... 16 Gráfico 4-Temperatura durante o experimento ........................................................................................... 29 Gráfico 5-Temperatura durante o experimento ........................................................................................... 31 Índice de tabelas Tabela 1 - Composição química dos elementos em cada liga .......................................................4 Tabela 2 - Propriedades físicas do alumínio ..................................................................................5 Tabela 3 - Produção anual de alumínio no Brasil...........................................................................6 Tabela 4 - Exportação de alumínio por ano ...................................................................................6 Tabela 5 - Propriedades físicas dos aços inoxidáveis .................................................................. 13 Tabela 6 - Propriedades mecânicas dos aços inoxidáveis........................................................... 13 Tabela 7 - Principais características de cada fase formada em um AID ..................................... 15 Tabela 8 - Composição química das principais fases .................................................................. 15 Tabela 9 - Composição química AA6060F ................................................................................... 21 Tabela 10 - Composição química AID2507 ................................................................................. 21 Tabela 11 - Resultados a partir da estereologia quantitativa ..................................................... 35 Tabela 12 - Resultado final de frações volumétricas .................................................................. 35 11 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM SUMÁRIO 1. Revisão da literatura .............................................................................................................. 3 1.1. 1.1.1. Composição e classificação ................................................................................... 3 1.1.2. Propriedades físicas e mecânicas .......................................................................... 5 1.1.3. Características ....................................................................................................... 5 1.1.4. A deformação ........................................................................................................ 6 1.1.5. Recuperação .......................................................................................................... 8 1.1.6. A recristalização .................................................................................................... 8 1.1.7. Tipos de recristalização ....................................................................................... 10 1.2. 3. 4. 5. Aço inoxidável duplex ................................................................................................. 10 1.2.1. Microestrutura .................................................................................................... 11 1.2.2. Propriedades físicas e mecânicas ........................................................................ 12 1.2.3. Precipitação de fases ........................................................................................... 14 1.2.4. Fase sigma ........................................................................................................... 15 1.3. 2. Ligas de Alumínio .......................................................................................................... 3 Estágio de aquecimento .............................................................................................. 17 1.3.1. Introdução ........................................................................................................... 17 1.3.2. Estágio de aquecimento ...................................................................................... 18 1.3.3. Medição da temperatura .................................................................................... 18 1.3.4. Detectores de elétrons para alta temperatura ................................................... 19 Materiais e métodos ............................................................................................................ 21 2.1. Materiais ..................................................................................................................... 21 2.2. Preparação de Amostras ............................................................................................. 22 2.3. Estágio de aquecimento in situ ................................................................................... 24 2.3.1. SEM-LV 5900-LV: ................................................................................................. 24 2.3.2. SEM-Quanta 650F: .............................................................................................. 27 Resultados ........................................................................................................................... 28 3.1. Estudo da recristalização na liga Al ............................................................................. 28 3.2. O aço inoxidável duplex .............................................................................................. 30 Conclusões .......................................................................................................................... 36 4.1. Instrumentação ........................................................................................................... 36 4.2. Transformações de fase .............................................................................................. 37 Referências .......................................................................................................................... 39 1 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM 2 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM 1. Revisão da literatura 1.1. Ligas de Alumínio 1.1.1. Composição e classificação O alumínio puro é um metal extremamente macio. Com a finalidade de melhorar algumas propriedades mecânicas, são associados elementos em sua matriz, formando assim as ligas de alumínio. Mas para que essa melhora seja efetiva os elementos a serem associados devem ser estudados de maneira que confiram boas propriedades à liga (2). Principais ligas: As ligas de alumínio são divididas em familias de acordo com a sua composiçao química. Dentre as mais importantes estão: - Ligas da série 3XXX: Conformabilidade e resistência à corrosão similares às do alumínio comercialmente puro (ligas da série 1XXX). - Ligas da série 5XXX: São as mais resistentes. Elas também possuem elevada resistência à corrosão e são facilmente produzidas e soldadas. - Ligas tratadas termicamente de média resistência: Contêm magnésio e silício (ligas da série 6XXX) e possuem elevada resistência à corrosão. -Ligas tratadas termicamente de elevada resistência: Têm cobre (série 2XXX) ou zinco (série 7XXX) como os principais elementos de liga. São tão resistentes quanto o aço estrutural, mas necessitam de proteção superficial. Estas ligas são utilizadas quando o fator resistência/peso for essencial, como na aviação. 3 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM A tabela 1 mostra a composição química das principais ligas de alumínio(15). Tabela 1 - Composição química dos elementos em cada liga 4 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM 1.1.2. Propriedades físicas e mecânicas Na tabela 2 encontram-se as principais propriedades físicas do alumínio puro em comparação com o aço, metal mais usado na indústria, e com o cobre (2). Propriedades físicas Alumínio Aço Cobre Densidade (g/cm3) 2,7 7,86 8,96 Temperatura de fusão(oC) 660 1500 1083 Modulo de elasticidade (MPa) 70000 205000 110000 Coeficiente de dilatação térmica (L/oC) 23*10-6 Condutibilidade térmica (Cal/cm/oC) 0,53 0,12 0,94 Condutibilidade elétrica (%IACS) 61 14,5 100 11,7*10-6 16,5*10-6 Tabela 2 - Propriedades físicas do alumínio, do aço e do cobre E as principais propriedades mecânicas do alumínio puro são (2): Resistência à tração: aproximadamente 48 MPa (4,9 kgf/mm²) e quando associados a elementos de liga obtém valores próximos ao limite de resistência do aço. Limite de escoamento: aproximadamente 12,7 MPa (1,3 kgf/mm²). O trabalho a frio e o tratamento térmico aumentam o limite de escoamento mais rapidamente do que a resistência à tração. 1.1.3. Características Atualmente, a produção de alumínio é maior do que a soma de todos os outros metais não ferrosos. Hoje, os Estados Unidos e o Canadá são os maiores produtores mundiais. Entretanto, nenhum deles possui jazidas de bauxita em seu território, dependendo exclusivamente da importação. O Brasil tem a terceira maior reserva do minério no mundo, sendo dono de 8% do total delas, é o quarto maior produtor de alumina e ocupa o quinto lugar na exportação de alumínio e ligas de alumínio (2). 5 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM Como mostram as tabelas 3 e 4, o alumínio apresenta grande importância na economia brasileira(2). Tabela 3 - Produção anual de alumínio no Brasil Tabela 4 - Exportação de alumínio por ano As características do alumínio permitem que ele tenha uma diversa gama de aplicações. Por isso, o metal é um dos mais utilizados no mundo todo. Dentre as principais características estão: leveza, condutibilidade térmica e elétrica, durabilidade e resistência à corrosão. 1.1.4. A deformação Quando um material é deformado, parte da energia é armazenada dentro dele, na forma de defeitos, os quais durante o recozimento tendem a se rearranjar de forma que minimizem a energia total do sistema (1). Considerando a variação de energia interna do material durante a deformação, ∆U como a energia resultante da deformação dentro do metal, a variação da entropia, ∆S e a temperatura absoluta, T, obtém a variação de energia livre, ∆F: 6 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM Levando em conta que os principais defeitos gerados na deformação são as discordâncias e que elas pouco influem na variação de entropia (∆S=0), o potencial termodinâmico para o sistema pode ser dado da seguinte forma: A quantidade de defeitos gerados depende de vários fatores, tais como: energia de falta de empilhamento (EFE), temperatura, quantidade e taxa de deformação, pureza do material e outros. (a) Energia de falta de empilhamento (EFE): Quando um material de baixa EFE é deformado, suas discordâncias apresentam pouca mobilidade, porque as discordâncias parciais se localizam muito distantes umas das outras. Já os materiais com alta EFE apresentam discordâncias parciais próximas entre si, o que facilita o escorregamento com desvio (“cross-slip”) e a escalada (“climb”). As discordâncias tendem a se concentrar em planos cristalinos com baixos índices de Miller e aniquilar as discordâncias vizinhas que possuem sinais opostos. (b) Temperatura de deformação: A temperatura na qual o material é deformado tem influência absoluta na microestrutura do material, pois quanto maior a temperatura maior a mobilidade dos defeitos. (c) Pureza do material: Impurezas tendem a alterar a EFE do material, afetando também a distribuição das discordâncias. Sendo assim as impurezas distribuídas ao longo do material tendem a dificultar a mobilidade das discordâncias. 7 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM 1.1.5. Recuperação É o rearranjo de defeitos de modo a minimizar a energia armazenada no material. Acontece antes e durante a recristalização (1) (4) (3). 1.1.6. A recristalização O processo de recristalização pode ser entendido como o resultado de um conjunto de alterações na microestrutura de um material em decorrência de tratamento térmico onde novos grãos são formados, livres de defeitos, ou seja, com menor energia acumulada (Blum e Mcqueen, 1996). O processo que leva a formação dos grãos com tamanho normal é denominado recristalização primária e os que levam o grão a um crescimento anormal é denominado recristalização secundária (1) (12). A recristalização pode ser entendida como uma característica do material que a alta temperatura tem a função de minimizar a energia armazenada durante a deformação. Ela se dá basicamente pela migração de contornos de alto ângulo até encontrar uma nova barreira, geralmente outro contorno de alto ângulo. Burke e Turnbull criaram as chamadas leis da recristalização que podem ser aplicadas na maior parte dos casos, pois a análise da recristalização sempre é realizada a partir da avaliação do tamanho dos novos grãos (4). Leis da Recristalização i. "Para que a recristalização ocorra é necessária uma deformação mínima” ii. "Quanto menor o grau de deformação, mais alta é a temperatura para o início a recristalização”. iii. "Quanto mais longo o tempo de recozimento, menor é a temperatura para o início da recristalização”. iv. "O tamanho de grão final depende fortemente do grau de deformação e pouco da temperatura de recozimento. Quanto maior o grau de deformação e/ou menor a temperatura de recozimento, menor será o tamanho do grão final”. 8 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM v. "Quanto maior o tamanho de grão inicial, maior será a deformação necessária para que a recristalização se complete no mesmo intervalo de tempo e temperatura de recozimento”. vi. "O grau de redução necessário para se obter um mesmo endurecimento por deformação (encruamento) aumenta com o aumento da temperatura de deformação. Para um dado grau de redução, quanto maior for a temperatura de deformação, maior será a temperatura de recristalização e maior será o tamanho de grão final", vii. "O aquecimento continuado após o término da recristalização causa crescimento de grão" Etapas da recristalização: Nucleação Um núcleo é uma região com baixa densidade de discordâncias ela pode se formar por diferentes mecanismos como difusão, subgrão, entre outros. A teoria mais aceita é a de crescimento a partir de núcleos preexistentes, pois após a deformação os núcleos apresentam orientações definidas que não são alteradas durante o processo, e as regiões que apresentam maior energia armazenada são aquelas em que os cristais possuem orientações muito diferentes. Nessas condições é necessário fornecer bastante energia, por meio da temperatura, para que o material recristalize (3). Crescimento de grão: É a etapa posterior a recristalização, onde os contornos apenas migram a fim de que minimizem a energia livre do material. Pode ocorrer um fenômeno conhecido como recristalização secundária que é quando há um crescimento exagerado de um único grão em relação aos seus vizinhos, devido aos contornos de baixo ângulo que os envolvem e fazem com o que o grão com contorno de alto ângulo se sobreponha aos de pequeno ângulo (3). 9 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM 1.1.7. Tipos de recristalização Há dois tipos de recristalização a dinâmica e a estática: Dinâmica: processo de deformação ocorre concomitantemente ao processo de recristalização Estática: A deformação e a recristalização ocorrem em momentos diferente, primeiro o material é deformado e depois ele é recristalizado. 1.2. Aço inoxidável duplex Os aços inoxidáveis duplex (AID) são formados basicamente pelo sistema Fe-Cr-Ni. Possuem uma microestrutura bifásica com quantidades praticamente iguais de ferrita (α) e austenita (γ) devido a sua composição química e tratamento termomecânico, possuem de 20 a 30% de Cr, 5 a 10% de Ni e teores de C menores que 0.03% com adição de Mo, W e Cu(5). Os AIDs possuem muitas vantagens sobre os aços inoxidáveis austeníticos e ferríticos tradicionais. Dentre as principais estão: Resistência mecânica associada a uma boa tenacidade. Elevada resistência ao trincamento por corrosão-sob-tensão Resistência à corrosão em meios que contêm cloretos. 10 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM 1.2.1. Microestrutura Os aços inoxidáveis duplex são basicamente formados por uma matriz de ferrita (α) com ilhas de austenita (γ). As fases em equilíbrio podem ser obtidas traçando uma linha vertical no digrama ternário Fe-Cr-Ni, conforme o gráfico1, um diagrama pseudo-binario 70% Fe-Cr-Ni. Na medida em que se resfria o material parte da ferrita se transforma, no estado sólido, em austenita. Sendo assim, na temperatura ambiente, tem-se 50% ferrita e 50% austenita. A transformação de ferrita em austenita depende da temperatura em que se realiza o processo. Em altas temperaturas (650 ºC- 1200 ºC), condições normais de fabricação dos AIDS, forma-se austenita por nucleação e crescimento, correspondendo uma curva de cinética em “C”, enquanto em baixas temperaturas(300ºC-650ºC) a transformação pode ser por um processo atérmico tipo martensitico. Gráfico 1 - Diagrama pseudo-binário dos AIDs 11 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM A microestrutura do material depende da composição química da liga, do tratamento termomecânico e das condições de resfriamento (5). Como já foi dito anteriormente, os AIDs possuem uma excelente combinação de propriedades mecânicas e resistência a corrosão. A combinação de boas propriedades mecânicas é devido às corretas proporções de austenita e ferrita que são obtidas a partir dos tratamentos de solubilização e precipitação, seguido de resfriamento rápido, para que novas fases não precipitem e assim o material não se fragilize. O processo de fragilização pode ser divido em duas faixas de temperaturas: Fragilização de baixa temperatura: costuma ocorrer na faixa de 300º500ºC. Está associada à utilização do material em serviço, limitando assim a temperatura máxima de aplicação dos AIDs. Fragilização de alta temperatura: ocorre na faixa de 600º a 1000ºC, faixa de temperatura na qual novas fases intermetálicas são criadas (σ,τ,R,Cr2N,…) 1.2.2. Propriedades físicas e mecânicas A tabela 5 traz um comparativo entre os AIDS e os aços inoxidáveis austeniticos e ferriticos tradicionais. As principais propriedades físicas são: baixo coeficiente de expansão térmica e condutividade térmica(5). 12 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM Tabela 5 - Propriedades físicas dos aços inoxidáveis (5) . Como já foi dito anteriormente, os AIDs apresentam ótimas propriedades mecânicas. A tabela 6 traz um comparativo entre os AIDs e os aços inoxidáveis ferriticos e austeniticos tradicionais. O limite de escoamento dos AIDs é quase o dobro dos aços inoxidáveis austeníticos Tabela 6 - Propriedades mecânicas dos aços inoxidáveis É importante lembrar que tais propriedades mecânicas citadas acima só são mantidas se a microestrutura estiver proporcionalmente correta. 13 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM 1.2.3. Precipitação de fases Como já foi mencionada anteriormente, pode ocorrer precipitação de novas fases nas temperaturas de 300 ºC a 1000 ºC. Essas temperaturas podem ser atingidas com ciclos térmicos de soldagem ou tratamentos térmicos inadequados. De acordo com o diagrama TTT (tempo-temperatura-transformaçao) apresentado no gráfico 2, as novas fases formadas são intermetálicas podendo ser sigma, chi, nitretos, carbonetos, austenita secundária entre outras. E como já dito, a formação dessas novas fases são indesejáveis, pois fragilizam o material degradando suas propriedades mecânicas e aumenta a susceptibiliade à corrosão(5) (8). Gráfico 2 - Diagrama TTT O presente trabalho busca estudar a precipitação da fase sigma que causa uma grande diminuição na tenacidade do material. 14 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM As tabelas 7 e 8 trazem as principais características das fases que precipitam mais facilmente em AIDS Fase Est. Cristalina Faixa de temperatura (oC) Ferrita ccc Austenita cfc Austenita secundaria cfc 600-1000 Nitreto(Cr2N) Nitreto(CrN) σ(FeCr) hexagonal cfc tetragonal 550-1000 550-1000 650-1000 Tabela 7 - Principais características de cada fase formada em um AID Fase Ferrita Austenita Austenita secundaria Fe 54,5 55,5 56,8 Cr 27,9 27 25,3 Ni 8,4 10 11,2 Mo 2,9 3,6 0,2 Nitreto(Cr2N) Nitreto(CrN) σ(FeCr) 4,6 5,8 55 85,5 83,1 29 5 4,8 9,3 11 Tabela 8 - Composição química das principais fases 1.2.4. Fase sigma A fase sigma precipita numa faixa de temperatura de 600 a 950ºC. Nestes aços a ferrita é termodinamicamente metaestável na faixa de 600 a 950 ºC, local onde se encontra a maior concentração dos elementos formadores da fase( Fe, Cr e Mo). Sendo assim, o inicio da fase sigma é dado pela decomposição de ferrita. Essa decomposição segue a seguinte reação: α γ + δ A reação ocorre por nucleação seguida de crescimento com uma curva de transformação em “C”, conforme o gráfico 3. 15 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM Gráfico 3 - Curva em “C” da precipitação de fase σ A precipitação é controlada pelo arranjo atômico. A nucleação ocorre principalmente na interface α/γ e para dentro dos grãos de α. Dentre os principais fatores que afetam a cinética da formação da fase sigma estão: Composição química Fração volumétrica de ferrita e austenita Deformação Temperatura de tratamento térmico de solubilização. Sendo que para cinética da fase sigma a presença em maior quantidade de Cr e Mo são responsáveis por aumentar a velocidade de precipitação. A deformação plástica pode acelerar a precipitação da fase sigma, porém quando é seguida de recristalização retarda a precipitação. O aumento da temperatura do tratamento térmico de solubilização faz com que a fração volumétrica de ferrrita cresça, diminuindo a concentração de Cr e Mo, e a quantidade de interfaces entre ferrita e austenita, tendo o efeito de retardar a cinética de precipitação de fase σ (5) (8) 16 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM Basicamente, os fatores que facilitam a precipitação da fase sigma são: Potencial termodinâmico elevado na ferrita, devido às quantidades de Cr e Mo elementos formadores da fase sigma. Quantidade de sítios para nucleação (interfaces ferrita/austenita) Crescimento da fase sigma dentro da ferrita, devido a maior difusibilidade na estrutura CCC desta fase. 1.3. Estágio de aquecimento 1.3.1. Introdução O microscópio eletrônico de varredura é um equipamento desenvolvido para análises e caracterizações de materiais a temperatura ambiente, no entanto muitos fenômenos de estudo acontecem a altas temperaturas. Pensando nisso muitas técnicas de aquecimento in situ vem sendo aprimoradas, pois para temperaturas acima de 1000 oC há inúmeras dificuldades, como: A relação sinal/ruído diminui por causa da emissão de elétrons termicamente excitados pela amostra. Possível vaporização da amostra o que compromete o vácuo do microscópio e a sua integridade. Modificações necessárias para contenção de calor a fim de este não danifique o equipamento e nem seus acessórios. Das dificuldades citadas acima a mais critica é a diminuição da relação sinal ruído, pois os elétrons termiônicos emitidos da superfície metálica aquecida possuem baixa energia, o que os fazem serem coletados pelo detector de secundários gerando ruído na imagem. Outro tipo de ruído gerado é pela emissão de fótons pela amostra, os quais atingem o detector de elétrons secundários (7) (911) (13) . 17 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM A emissão de elétrons termiônicos para um corpo aquecido segue a lei de Richardson fazendo com que experimentos a mais de 1000 oC tenham muito ruído coletado pelo detector, afetando a qualidade da imagem. Existem detectores de elétrons para experimentos a altas temperaturas que permite a formação de imagens mediante a separação dos elétrons termiônicos e elétrons retroespalhados, a partir da sua diferença de energia. Para gerar a imagem este detector coleta os elétrons retroespalhados de alta energia e os fazem colidir com materiais de alta emissividade de elétrons secundários ou fótons, podendo ser detectado em uma região de espectro onde os elétrons termiônicos não afetem o sinal. As limitações desse detector são as limitações de um detector de retroespalhados normal, apresenta baixo contrate topográfico e depende muito da composição química do material. 1.3.2. Estágio de aquecimento O estágio de aquecimento usado no SEM-LV permite trabalhar até 1200ºC e para isso é necessário um aquecedor apropriado e um isolamento térmico. O isolamento térmico é imporatnte, pois precisa garantir uma boa estabilidade térmica do sistema e reduzir as perdas de calor para o contorno. Como o aquecimento é realizado dentro da câmara de vácuo não há troca de calor por convecção, apenas condução e radiação. As perdas de energia por condução são minimizadas com o adequado isolamento térmico contato entre o estagio e o microscópio. Já as perdas por radiação são mais difíceis de serem controladas, já que a potência total irradiada por área é proporcional a quarta potencia da temperatura (7). 1.3.3. Medição da temperatura A medida da temperatura é outro fator importante nesse tipo de experimento que envolve variação da temperatura. O mais comum é o uso de um termopar ou de um pirômetro. O experimento no SEM-LV utiliza um pirômetro capaz de determinar a temperatura a partir de radiação infravermelha emitida 18 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM pelo material. Para que essa radiação possa ser captada, a câmara de vácuo conta com uma janela de quartzo, de modo que o pirômetro fique fora da câmara (7). O pirômetro utilizado foi um pirômetro óptico infravermelho IGA fabricado pela Impac que permite medidas de temperatura de 250 oC a 1300 oC, saída de vídeo para ajuste de foco, cerca de 0,5x0,5mm2, e alinhamento. É importante que o pirômetro esteja apontando para a amostra, pois ele afere a temperatura do local em que está apontando. Um termopar foi usado no SEM-Quanta, pois faz parte do sistema de aquecimento comercial do microscópio. 1.3.4. Detectores de elétrons para alta temperatura O detector de elétrons secundários convencional não permite registrar boas imagens da amostras em temperaturas acima de 1000 oC, devido a emissão de elétrons termiônicos, que por possuírem nível de energia similar a dos elétrons secundários também são coletados pelo detector introduzindo um enorme nível de ruído na imagem (7). Alguns detectores comerciais para alta temperatura formam a imagem a partir dos elétrons retroespalhados, porém a imagem gerada terá contraste topográfico limitado e resolução limitada. O detector de elétrons secundários para analise de amostras a alta temperatura desenvolvido no LNNano opera separando o sinal do ruído após a detecção, de modo que nenhuma modificação no hardware do detector de elétrons secundários convencional (ET) seja necessária. 19 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM Figura 1 - Funcionamento do detector de alta temperatura A figura 1A apresenta a operação básica de um detector de elétrons secundários em temperatura ambiente, enquanto a figura 1B demonstra a situação problema em temperaturas elevadas, onde elétrons secundários e termiônicos são gerados e coletados concomitantemente. Na figura 1C com o uso de um “beam blanker” na coluna de elétrons do microscópio, este é formado por duas placas condutoras entre as quais se aplica uma diferença de potencial elétrico capaz de defletir o feixe e incidi-lo sobre uma abertura, e assim o detector passa a coletar apenas os elétrons termiônicos. A figura 1D mostra o funcionamento do detector desenvolvido no LNNano, o qual a uma determinada frequência permite que o feixe de elétrons incida na amostra. Desta forma de tempos em tempos o detector gerará sinais diferentes e com o uso de um amplificador é possível filtrar os sinais, obtendo apenas os sinais dos elétrons secundários. 20 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM 2. Materiais e métodos 2.1. Materiais Os materiais usados nesse projeto foram uma liga de alumínio 6060F e um aço inox duplex UNS S32750. A liga de alumínio 6060F: Composição (massa%) Elementos de liga Liga 6060 Si Fe Cu Mn 0,3-0,6 0,1-0,3 0,1 Mg Cr 0,1 0,35-0,6 Zn Ti 0,05 0,15 0,1 Outros 0,05 Tabela 9 - Composição química 6060F O aço inox duplex UNS S32750: Composição (massa%) Elementos C Si Mn Duplex 2507 0,016 0,25 0,78 P S Cr Ni 0,023 0,001 24,94 6,88 3,79 0,34 0,26 Tabela 10 - Composição química UNS S32750 Figura 2 - Amostra de liga de alumínio 21 Mo Cu N RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM Figura 3 - Amostra de AID 2.2. Preparação de Amostras Conforme visto na figura 2 e 3 os materiais possuíam grandes dimensões para o aquecimento, por isso foi necessário o corte com disco abrasivo na Leco Cut off e um corte de precisão na Buehler Isomet 4000. Figura 4 - Buehler Isomet 4000 Com as amostras em dimensões corretas se inicia o processo de preparação metalográfica. Primeiramente realizou-se o lixamento, depois o polimento e em seguida o ataque químico. O lixamento foi feito com lixas de SiC de granulometria: 100, 220, 360, 400, 600, 1200, 2000 e 4000. Em seguida partiu-se para o processo de polimento, quando se utilizou sílica coloidal de 0.05 mícrons. 22 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM E para o ataque químico utilizou-se o ácido fluorídrico 1% com 5 minutos e 2% 5 minutos, para as amostra de alumínio. Figura 5 - Mesa de polimento e lixamento Para as amostras de aço inoxidável duplex utilizou-se o mesmo procedimento inicial. Corte, lixamento e polimento. Todas essas etapas foram realizadas da mesma maneira. O único tratamento diferente foi o ataque eletrolítico para o AID em solução de 40 %-vol de HNO3 em água. O ataque é dividido em duas etapas: primeira consiste em uma tensão de 1.5V por 60s, com a finalidade de revelar contraste entre a ferrita e a austenita, enquanto a segunda consiste em uma tensão de 1.0V por 8 minutos a fim de revelar os contornos de grão de austenita. 23 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM Figura 6 - Ataque eletrolítico Como as amostras seriam usadas nos microscópios eletrônicos, as mesmas foram limpas em banho de ultrassom usado isopropanol. 2.3. Estágio de aquecimento in situ Com as amostras preparadas já se tornou possível levá-las para os MEVs para realizar as análises dinâmicas de transformações de fase nos diferentes microscópios eletrônicos. 2.3.1. SEM-LV 5900-LV: Figura 7 - SEM- LV com controle da temperatura ao lado 24 Figura 8 - SEM-LV RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM Para o aquecimento no SEM-LV, as amostras devem ser colocadas em um porta amostras apropriado para esta finalidade, de forma que evite danos ao microscópio. Figura 10 - Forno responsável por aquecer a amostra Figura 9 - Porta amostras O aquecimento é realizado pela passagem de corrente elétrico através de um elemento resistivo. Para evitar o superaquecimento do microscópio e seus acessórios, como detectores e estágio para posicionamento das amostras, é utilizado um fluido de refrigeração, que neste caso é a água. O procedimento para o aquecimento da liga de alumínio e do aço inox duplex é o mesmo, deve-se abrir a câmara de vácuo do microscópio e inserir o estágio de aquecimento fazendo as devidas ligações tomando o máximo cuidado para não esbarrar nos detectores posicionados dentro da câmara do MEV. 25 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM Figura 11 - Estágio de aquecimento pronto Colocado o porta amostra o processo de formação do vácuo passa a tomar até 30 minutos, devido toda a instrumentação colocada dentro da câmara. Antes de se iniciar o aquecimento na amostra é necessário ajustar o pirômetro, pois é a partir deste que a temperatura será aferida. Liga de Alumínio: Como a intenção é estudar a recristalização de uma liga de alumínio realizaram-se experimentos na faixa de temperatura entre 280oC e 500oC, com tensão de aceleração dos elétrons de 25kV. Aço Inox Duplex: No caso do AID a intenção é estudar a precipitação da fase sigma, que ocorre efetivamente à 800 ºC no AID UNS S32750. E por isso realizaram-se experimentos a 800 ºC por volta de 55 minutos com tensão de aceleração dos elétrons de 25kV. 26 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM 2.3.2. SEM-Quanta 650F: Figura 12 - SEM-Quanta Figura 13 – Estágio de aquecimento no SEMQuanta Figura 14 - SEM-Quanta preparado para o aquecimento O aquecimento in situ do SEM-Quanta possui o mesmo sistema de funcionamento, utiliza um forninho com isolamento cerâmico para aquecer a amostra e sistema de refrigeração que utiliza água. A única diferença é que o detector utilizado é o GSED, um detector comercial para temperatura elevada, que opera em atmosfera gasosa, a fim de amplificar o sinal coletado. 27 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM Aço inoxidável duplex: Realizou-se um experimento a 800°C por 1horas. Em atmosfera de argônio 99.5 % , tensão de aceleração dos elétrons de 30kV e pressão na câmara de 60Pa 3. Resultados 3.1. Estudo da recristalização na liga Al Experimento do AA6060 no SEM-LV: O experimento de aquecimento da liga de alumínio 6060F não apresentou os resultados esperados, pois criou-se muito rapidamente uma camada de óxido sobre a superfície do metal, impedindo a observação do fenômeno de recristalização. A recristalização deveria ocorrer entre 200oC e 300oC em no máximo 1 hora. Os experimentos realizados mostraram a liga de alumínio fundindo,mas sem qualquer alteração microestrutural observada. O experimento foi realizado no SEM-LV. As imagens abaixo foram registradas ao longo do experimento e a partir dela é possível notar que não foi possível observar nenhuma alteração microestrutural. Figura 16 - AA6060 a 320°C com 75 min de aquecimento Figura 15 - AA6060 como recebido 28 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM Figura 18 - AA6060 a 500°C com 90 min de aquecimento Figura 17 - AA6060 a 450°C com 85 min de aquecimento A partir da análise dessas figuras, podemos observar que a recristalização não pode ser observada, pois a figura 15 apresenta a amostra à 320oC, condição na qual o material já teria recristalizado. E as figuras 15 e 16 já evidenciam degradação e possível fusão da amostra, pela sua superfície enrugada. Fig 18 Temperatura(oC) Fig 17 Fig 16 Tempo (min) Gráfico 4-Temperatura durante o experimento Devido à impossibilidade de se acompanhar dinamicamente a recristalização da liga de alumínio, a observação dessa transformação de fase foi suspensa e partiu-se para um material menos susceptível a oxidação 29 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM 3.2. O aço inoxidável duplex Estudo da precipitaçao de fase sigma no aço inoxidavel duplex: Estudo no SEM-LV: Os experimentos para o AID foram satisfatórios. Houve a transformação de fase conforme o esperado. A fase ferritica(α) se decompondo em austenita(γ) e fase sigma(σ) muito rapidamente, pois num aquecimento há 25 minutos já se pode observar a fase sigma crescendo sobre a matriz ferritíca. Figura 19 - AID2507 como recebido Figura 20 - AID2507 a 800°C com 25 min de aquecimento Figura 22 - AID2507 a 800°C com 70 min de aquecimento Figura 21 - AID2507 a 800°C com 41 min de aquecimento 30 Temperatura(oC) RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM Fig 21 Fig 20 Fig 22 Tempo (min) Gráfico 5-Temperatura durante o experimento Imagens registradas a partir de outros microscópios apenas como recebida e após o tratamento térmico, preparadas novamente. Experimento Experimento Região diferente Figura 23 - Amostra no MO como recebida Figura 25 - Amostra no MO após experimento a 800 °C Experimento Região diferente Figura 26-SEM-Inspect como recebido Figura 24 - SEM-Inspect após experimento a 800 °C 31 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM Mesma região Figura 28- SEM-Inspect após experimento a 800 °C Figura 27 - SEM-Inspect após experimento a 800 °C As imagens obtidas durante o experimento não são tão nítidas quanto as preparadas novamente, pois mesmo sendo um aço inoxidável é muito difícil barrar a oxidação na temperatura de 800 ºC. Experimento do AID no SEM-Quanta: O experimento foi realizado a 800oC durante 1h. A pressão na câmara de 60 Pa e tensão de aceleração dos elétrons de 30kV. Figura 29 - AID2507 como recebido Figura 30-AID2507 a 597°C durante 8 minutos 32 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM Figura 31 - AID2507 a 800°C durante 1 hora As imagens acima foram obtidas durante o experimento, a figura 29 foi antes do aquecimento, a 30 foi com 8 minutos e 31 com 1 hora. Na imagem 30 é possível observar a formação de óxido sobre a austenita, que são os pontinhos brancos indicados pela seta. No final do processo na imagem 31 é possível notar flutuações de intensidade de na matriz ferritica, que possivelmente revela a presença da fase sigma, indicada pelo círculo. De modo a verificar a presença de fase sigma as amostra submetidas ao experimento passaram pelo processo de caracterização no Microscópio Óptico e no SEM-Inspect, depois de terem sido polidas e atacadas novamente. Figura 33 - SEM Figura 32 - SEM 33 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM Figura 35-MO Figura 34-MO Determinação da fração volumétrica das fases no AID Uma vez registradas as imagens necessárias, foi possível por meio de processamento digital de imagens e estereologia quantitativa determinar a fração volumétrica das fases presentes no AID antes e após os experimentos dinâmicos O software utilizado foi o ImageJ que traz resultados em porcentagem de área. A estereologia quantitativa é o método convencional, porém necessário quando o contraste das fases não é tão aparente e as fases não se diferenciam tanto. Trata de se confeccionar uma grade do tamanho da imagem e contar os pontos, nos quais a fase desejada está sendo sobreposta pela grade e fazer a proporção dentre todos os pontos da grade. O método apresenta algumas normas a serem seguidas, como: cada tamanho de grade se faz necessário certo numero n de imagens para se realizar a contagem, cada ponto que está sobrepondo o contorno de grão conta-se 0.5 e o que está sobre a fase desejada conta-se 1. O método trabalha com um índice de confiabilidade que pode ser seguido como padrão 95% e um erro a ser calculado, a partir da seguinte equação: k: constante dependente do numero de imagens utilizadas σ: desvio padrão n: numero de imagens 34 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM Nesse método foram utilizadas 10 imagens que resultaram na tabela: Calculo de % fase sigma-Estereologia quantitativa %fase sigma Média Desvio Quadrado do desvio Variância Desvio padrão foto1 26 25 1 1 14,6 3,82 foto2 22 25 3 9 14,6 3,82 foto3 28 25 3 9 14,6 3,82 foto4 20 25 5 25 14,6 3,82 foto5 26 25 1 1 14,6 3,82 foto6 34 25 9 81 14,6 3,82 foto7 22 25 3 9 14,6 3,82 foto8 22 25 3 9 14,6 3,82 foto9 24 25 1 1 14,6 3,82 foto10 26 25 1 1 14,6 3,82 Tabela 11 - Resultados a partir da estereologia quantitativa Sabendo que o numero de imagens contabilizadas foram 10, temos k = 2.262 e como resultado: Vv= (25 ± 3)% Os resultados a partir da estereologia quantitativa são feitos a partir de pontos, enquanto que os de processamento digital de imagem são feitos em relação à área, porém sabe-se que essas proporções se mantêm. Sendo assim, as frações volumétricas, frações de área e de pontos são as mesmas. Obtendo resultados satisfatórios. E para fins comparativos, confeccionou-se a seguinte tabela: Como recebido (%) Após Tratamento térmico (%) Área Área Pontos α 51.8 ± 0.2 zero zero γ 48.2 ± 0.2 77,7 ± 1.7 75 ± 3 σ zero 22,3 ± 1.7 25 ± 3 Tabela 12 - Resultado final de frações volumétricas 35 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM 4. Conclusões 4.1. Instrumentação O experimento realizado no SEM-LV apresentou melhor desempenho do que o SEM-Quanta no que diz respeito a atmosfera do experimento, detector, medidores de temperatura. O SEM-Quanta, apesar de ser equipamento mais novo e com mais tecnologia, apresentou maiores dificuldades na obtenção das imagens do que o SEM-LV. Figura 36 - Imagem do SEM-LV Figura 37 – Imagem do SEM-Quanta No detector GSED foi necessário fazer ajustes de brilho, contraste, foco e astigmatismo durante o aquecimento com mais frequência do que no detector desenvolvido pelo LNNano. Sendo assim o detector comercial, GSED, se mostrou menos eficiente do que o detector desenvolvido pelo laboratório. Esse detector trabalha em atmosfera gasosa, o que comprometeu o experimento, pois o gás utilizado foi o Ar 99.5%, sendo que os 0.5% de impureza oxidou o material. Sendo possível afirmar que o óxido se formou durante o aquecimento, pois conseguimos acompanhar o seu crescimento a partir de 8 minutos. O SEM-LV utiliza um pirômetro para medir a temperatura, o que transfere mais confiabilidade na temperatura lida, pois ele trabalha com radiação direta da amostra, enquanto o SEM-Quanta utiliza um termopar soldado ao forno. 36 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM 4.2. Transformações de fase A recristalização O experimento com a liga de alumínio 6060 não foi satisfatório devido à camada de óxidos que se formou muito rapidamente em sua superfície impedindo a observação da formação de novos grãos ou até mesmo interferindo na movimentação dos grãos. As impurezas contidas na liga também podem ter sido responsáveis pela impossibilidade de observação do fenômeno, pois elas também atrapalham a movimentação dos grãos. Como sugestão fica o experimento com uma liga de alumínio mais pura e cuidados extremamente rígido de limpeza na preparação das amostras. A precipitação de fase sigma No experimento realizado com o aço inoxidável duplex, as mudanças que ocorreram na imagem comprovaram a nucleação da fase sigma na interface α/γ, de maneira muito rápida, pois a 25 minutos de aquecimento o material já apresentava fase sigma crescendo sobre a mátria ferritica, conforme o esperado. Os círculos feitos em vermelho mostram a fase sigma crescendo sobre a matriz ferrítica na figura 37. 37 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM σ σ σ σ Figura 38 - Crescimento de fase sigma 38 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM 5. Referências 1. PADILHA, A.F.; SICILIANO, F. Encruamento, recristalizaçao, crescimento de grão e textura. Terceira edição. São Paulo: Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais, 2005. 232p. 2. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DO ALUMINIO. Disponível em: http://www.abal.org.br/. Acesso em: 26/02/2013. 3. SANTOS R.G.Tranformações de fases em materiais metálicos. Campinas.Editora Unicamp.2006.432 4. ESPÓSITO I. A.Caracterização e cinética da liga de alumínio 6063 após tratamentos termomecânicos.Instituto de pesquisas energéticas e nucleares.São Paulo.2006 5. RAMIREZ,A.J.L.Estudo da precipitação de nitreto de cromo e fase sigma por simulação térmica da zona afetada pelo calor na soldagem multipasse de aços inoxidáveis duplex .Dissertação-Universidade de São Paulo.São Paulo 1997. 6. SENATORE M.; FINZETTO L.,Perea E. Revista Escola de Minas.vol 60.2007.pp 175181. 7. MONTORO F. E.Desenvolvimento e aprimoramento para experimento in situ de deformação a alta temperatura no MEV.Campinas,2010.p 44. 8. ROMANA, R.; Cinética de precipitação de fase sigma entre 750 °C e 900 °C no aço inoxidável superduplex UNS S32750. Dissertação. Centro Universitário FEI. São Bernardo do Campo. 2009. 9. ELMER J.W., PALMER T.A. e SPECHT E.D. Materials Science and Engineering A. 2007, vol 459, pp. 151-155. 10. RAMIREZ A. J.; TORRES E.A. Science Technology of Welding and Joining. 2011, vol 16, pp. 68-78. 11. LÓPEZ E. A. T., Desenvolvimento do teste in situ de deformação a alta temperatura no MEV e sua aplicação no fenômeno de fratura por queda de ductibilidade em ligas de níquel.Dissertação.Universidade Estadual de Campinas.Campinas.2008 12. LÓPEZ E. A. T., Soldagem por atrito com pino não consumóvel de chapas finas de aço e da liga de alumínio 6063T.Tese.Universidade Estadual de Campinas.Campinas.2012 13. PODOR R., RAVAUX J e BRAU H.P. In situ experiments in the scanning electron microscope chamber. Scanning Electron Microscopy, Dr. Viacheslav Kazmiruk.2012.ISBN: 978-953-51-0092- 8, disponível em: <http://www.intechopen.com/books/scanning-electron-microscopy/in-situexperiments-inthe-scanning-electron-microscope-chamber>.Acesso em: 26/02/2013. 14. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14, 2000, São Pedro - SP. Estudo Comparativo entre a Precipitação da Fase Sigma em um Aço Inoxidável Superferrítico e em um Aço Inoxidável Dúplex. Fernando Cerqueira, Pimenta Jr Wolfgang Reick, Angelo Fernando Padilha. 2000 15. SHOCKMETAIS,Disponível em: www.shockmetais.com.br/espec/cqui/aluminio> .Acessado em : 28/02/2013 39 RELATÓRIO FINAL DE BOLSISTA – 22º PROGRAMA BOLSAS DE VERÃO DO CNPEM 40