Ferro nodular temperado e particionado após recozimentos intercríticos: caracterização microestrutural e mecânica

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Vurobi Junior , Selauco
• Orientador(a): Hupalo, Marcio Ferreira
• Banca de defesa: Goldenstein, Hélio , Aguiar, Denilson José Marcolino de, Carvalho, André Luis Moreira de, Cintho, Osvaldo Mitsuyuki
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual de Ponta Grossa
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências de Materiais
• Departamento: Departamento de Engenharia de Materiais
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: ferro nodular; recozimento intercrítico; ferrita proeutetoide; têmpera e partição; propriedades mecânicas; ductile iron; intercritical annealing; proeutectoid ferrite; quenching and partitioning; mechanical properties
• Área do conhecimento CNPq: Engenharia e Ciências de Materiais
• Link de acesso: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/4578

Nos últimos dez anos, o tratamento térmico de têmpera e partição surgiu como uma rota alternativa para a produção de ferros nodulares com resistência mecânica superior e ductilidade comparável às das classes de ferro nodular austemperado (ADI) 1 a 5. No entanto, os efeitos de diferentes frações volumétricas de ferrita proeutetoide sobre as propriedades mecânicas desses materiais ainda não haviam sido sistematicamente investigados. Nesse contexto, este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de correlacionar os aspectos microestruturais com o comportamento mecânico de um ferro nodular FUCO® FE 45012 temperado e particionado, contendo ferrita proeutetoide. Para tanto, o material foi submetido ao tratamento térmico de têmpera e partição após recozimentos intercríticos, seguido de caracterização microestrutural e mecânica. Inicialmente, realizou-se a caracterização da microestrutura bruta de solidificação, a determinação das temperaturas críticas do campo trifásico estável e a avaliação das cinéticas de formação da ferrita proeutetoide e da transformação martensítica. Na sequência, para obter microestruturas com frações volumétricas de 10, 20 e 30% de ferrita proeutetóide; 25, 35, 45 e 55% de martensita particionada; e 15, 25, 35 e 45% de ausferrita, foram projetados oito tratamentos térmicos variando o tempo de recozimento intercrítico e a temperatura de têmpera. Após os tratamentos térmicos, as microestruturas foram caracterizadas por microscopia óptica (MO), difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (MEV-FEG) e mapeamentos de fases por difração de elétrons retroespalhados (EBSD). As propriedades mecânicas foram avaliadas via ensaios de tração, dureza Brinell, microdureza Vickers e impacto Charpy. A microestrutura bruta de solidificação apresentou heterogeneidades ao longo da seção transversal das barras do material, relacionadas à distribuição, ao tamanho e ao espaçamento médio dos nódulos de grafita. Os tratamentos térmicos projetados resultaram em microestruturas compostas por martensita particionada, ausferrita, placas laterais de ferrita de Widmanstätten e frações volumétricas de ferrita proeutetoide variando de 2,3 a 33,2%. Em tempos de recozimento intercrítico superiores a 30 min, grãos poligonais de ferrita proeutetoide envolveram os nódulos de grafita, resultando em uma morfologia do tipo "olho de boi". O aumento das frações volumétricas de ferrita proeutetoide resultou na redução dos limites de escoamento e de resistência à tração, da dureza Brinell, e no aumento da energia absorvida no impacto. O limite de resistência à tração variou de 1077 a 1462 MPa; o limite de escoamento, de 833 a 1292 MPa; a dureza Brinell, de 291 a 396 HBW; a energia absorvida, de 55,6 a 79,3 J, com alongamentos percentuais de no máximo 2%. As heterogeneidades relacionadas aos nódulos de grafita e os grãos de ferrita proeutetoide distribuídos preferencialmente ao redor dos nódulos contribuíram para os baixos níveis de alongamento percentual observados. As microestruturas contendo ferrita proeutetoide apresentaram um mecanismo misto de fratura, caracterizado por dimples, clivagem e quasi-clivagem. O FUCO® FE 45012 temperado e particionado após recozimentos intercríticos apresentou limites de resistência à tração e alongamentos percentuais comparáveis aos dos ADI de média resistência e baixa ductilidade, além de limites de resistência à tração superiores e alongamentos percentuais inferiores aos dos ADI duais.