Os Aços TRIP e suas características
Aços TRIP são aqueles que adquirem maior plasticidade mediante a ocorrência de transformação de fase induzida geralmente por deformação plástica. No caso, a sigla TRIP em inglês significa “Transformation Induced Plasticity”. Do ponto de vista microestrutural, estes aços, inicialmente austeníticos, apresentam composição química que permite a transformação desta austenita em martensita através da deformação, resultando em resistência mecânica mais elevada e, simultaneamente, maior ductilidade, devido ao aumento do coeficiente (taxa) de encruamento, associada a este tipo de transformação, uma vez que o aumento da taxa de encruamento (n) resulta em maior deformação plástica uniforme, ou seja, o material é capaz de se deformar em maior grau antes da estricção (“empescoçamento”), e assim deforma-se mais antes de fraturar.
Dois tipos de aplicações têm sido observadas para o aço TRIP. A primeira delas está relacionada à maior capacidade de conformação desse aço em relação a outros aços de resistência mecânica similar. Nessas aplicações, quase sempre uma forma mais complicada é requerida, além da alta resistência. O segundo tipo está relacionado à absorção de energia que esse aço é capaz de proporcionar em um evento de impacto. Nesse caso, ele é aplicado em peças do veículo cuja função é se deformar e absorver a energia de impacto. Não raro, no entanto, o aço TRIP é aplicado em partes onde ambas as características são requeridas.
Segundo Kuziak et al. (2008) aços TRIP são caracterizados por apresentar adições de elementos de liga relativamente baixas, embora extremamente necessárias para que se possa obter o efeito desejado. Dessa forma a seleção e a quantidade de elementos de liga a serem adicionados (Alloy Design) é um tópico bastante relevante para o desenvolvimento desses aços. O trabalho destaca que o carbono tem papel fundamental na composição da liga, já que esse elemento é necessário para que se possa estabilizar a austenita retida em temperatura ambiente. Já o Manganês diminui a temperatura de formação da cementita além de atuar na estabilização da austenita. O silício e o alumínio são adicionados a fim de evitam a formação da cementita durante o processo de austêmpera, contribuindo para que o carbono se difunda para enriquecer e estabilizar austenita.
- Carbono, manganês e silício: Como o carbono, o manganês é um estabilizador de austenita. O silício, embora seja um estabilizador de ferrita, ajuda a reter austenita enriquecida com carbono suprimindo a precipitação de cementita da austenita. O silício também solúvel em sólidos fortalece a ferrita e, portanto, pode aumentar a força total do aço. Um aumento no manganês pode compensar qualquer redução no silício, mas isso muda a curva T0 para baixas concentrações de carbono, limitando assim a quantidade de bainita que pode se formar. Além disso, faixas pronunciadas podem ocorrer em aços contendo uma grande concentração de manganês.
- Alumínio e Fósforo: Tanto o alumínio como o fósforo inibem a precipitação de cementita e, portanto, podem substituir o silício. No entanto, ao contrário do silício, o alumínio não fortalece a ferrita. Os aços nos quais o silício é substituído pelo alumínio podem, portanto, ser mais fracos. O fósforo, por outro lado, fortalece a ferrita. Uma adição de 0,1% em peso de fósforo leva a um aumento de cerca de 75 MPa na resistência da ferrita.
- Nióbio e Molibdênio: O nióbio em solução sólida é relatado para aumentar a quantidade de austenita. A razão não é clara, pois o nióbio é conhecido por ser um estabilizador de ferrite. Precipitados finos de carbetos de nióbio e precipitados NbMoC complexos também podem fortalecer a ferrita. O molibdênio é um fortalecedor de solução sólida de ferrita e retarda formação de perlita. Em aços com baixo teor de silício, a sua adição pode conduzir a propriedades mecânicas comparáveis aos aços com alto teor de silício, com uma resistência à tracção superior a 1000 MPa, com um alongamento total de cerca de 36%.
- Cobre: O cobre, sendo um estabilizador de austenita, ajuda a reter austenita. Além do fortalecimento da solução sólida, os precipitados de ǫ-Cu na ferrita podem aumentar a força total. Assim, pode-se pensar que o cobre substitui o silício tanto no papel de reter austenita quanto no aumento da resistência da ferrita.
- Boro: Sabe-se que pequenas concentrações de boro melhoram significativamente o endurecimento. Descobriu-se que os aços com baixo teor de silício contendo boro continham austenita retida suficiente.
Figura 1:Composições típicas dos aços TRIP-assistidos
Como observado, pode-se imaginar que o aço assistido por TRIP seja uma modificação do aço de fase dupla. Substancialmente maiores quantidades de austenita retida em aços assistidos por TRIP produziram um alongamento ainda maior, em comparação com os aços de fase dupla. No entanto, o aço assistido por TRIP não parece apresentar rendimento contínuo, ao contrário do aço de dupla fase. O rendimento gradual de aços de fase dupla é principalmente devido às deslocações livres presentes nos grãos de ferrita. A formação de bainita, em vez de martensita, em aços TRIP-assistidos não é muito eficaz para induzir deslocamentos livres em ferrita, resultando em produção descontínua. Pode ser possível evitar isso, permitindo que algumas martensitas se formem durante o resfriamento após a formação isotérmica de bainita. O grande alongamento uniforme nos aços TRIP -assistidos é atribuído principalmente à transformação martensítica induzida por deformação de austenita retida. No entanto, as próprias tensões de transformação podem contribuir, no máximo, 2% para o alongamento observado, dada a pequena fração de austenita presente nesses materiais. Os fatores utilizados para controlar a propriedade mecânica destes aços são: proporção de fases, estabilidade de austenita retida, parâmetros de teste (temperatura e taxa de deformação), estado de estresse ou tensão.
Propriedades Especias:
As propriedades especiais são: conformabilidade, resistência ao choque, resistência à fadiga.
Conformabilidade:
Conformabilidade é definida como a facilidade com que um objeto com uma geometria complexa pode ser fabricado usando o material. Isso pode estar relacionado, aproximadamente, à plasticidade ou à ductilidade, que tendem a se deteriorar com o aumento da força. Aços assistidos por TRIP são únicos neste aspecto, eles exibem melhor conformabilidade do que vários outros aços de resistência comparável.
Resistência ao choque:
Um dos principais requisitos para os aços para automóveis é a resistência a colisões. Em um cenário de colisão, a taxa de deformação pode muito bem exceder 250s e o estado predominante de estresse ou tensão pode ser muito mais complexo do que a tensão uniaxial. Ensaios de tração estáticos e quase estáticos realizados com uma taxa de deformação lenta de cerca de 0,005s não são, portanto, suficientes. Sistema de teste servo-hidráulico, Split Hopkinson Bar, testador de impacto pneumático, testes dinâmicos de tração no impacto, testes de colisão em amostras soldadas em forma de chapéu duplo são alguns exemplos de procedimentos de teste para avaliações de resistência a colisões.
Aços TRIP-assistidos, como todos os outros aços, exibem um índice de sensibilidade de taxa de deformação positiva, o que significa que um aumento na taxa de deformação aumenta o estresse de fluxo, mas o alongamento é reduzido.
No entanto, o alongamento superior foi relatado para os aços TRIP-assistidos, mesmo com alta taxa de deformação, presumivelmente devido ao efeito TRIP. Com a capacidade de resistência a acidentes justificada adequadamente, esses aços podem ser usados como barras de impacto lateral da porta dianteira ou traseira em um carro de passeio.
Resistência à fadiga:
A importância da resistência à fadiga é óbvia para um aço ser usado em componentes de automóveis que são rotineiramente submetidos a cargas cíclicas. O pré-treinamento foi identificado como o fator mais eficaz para aumentar a resistência à fadiga. A resistência à fadiga aumenta significativamente em aços com matriz de ferrita alotriomórfica quando comparada a aços bainíticos com austenita retida. Isto é devido à maior tensão de compressão na matriz do primeiro tipo de materiais devido à transformação induzida por tensão da austenita retida durante o pré-treinamento. Aços de dupla fase são conhecidos por apresentar alta resistência à fadiga. Além do endurecimento por solução sólida de ferrita com silício, a tensão residual compressiva devido à transformação martensítica durante o carregamento cíclico pode atuar como uma vantagem extra nos aços TRIP-assistidos. Esses materiais, portanto, parecem desempenhar um papel significativo nos automóveis modernos, com peso corporal mais leve, mas com segurança adequada.
Limitações:
As atraentes propriedades mecânicas dos aços assistidos por TRIP os tornam adequados para a fabricação de carros de passageiros de nova geração. No entanto, existem muitos problemas encontrados durante o processamento desses materiais devido ao alto teor de silício. O uso de chapas de aço mais resistentes em componentes automotivos requer proteção contra a corrosão por meio de revestimentos de zinco através do processo de galvanização por imersão a quente. Isso consiste em mergulhar o aço num banho de zinco fundido mantido a uma temperatura de cerca de 450ºC, em que o ferro e o zinco têm uma grande afinidade e permitem a formação de uma liga, enquanto o zinco puro prevalece na superfície.
O produto final é uma superfície de aço protegida com um revestimento de zinco. As chapas laminadas a frio são inicialmente aquecidas a uma temperatura no (α + γ) região de fase. Isto é seguido por outra habitação a uma temperatura mais baixa de cerca de 400◦C. Entre estes dois estágios, a folha é passada através de um banho de zinco fundido para galvanização. Silício causa problemas durante a operação de galvanização.
O recozimento intercrítico é realizado em um forno mantido com baixa pressão parcial de oxigênio antes da galvanização por imersão a quente. Sob essa condição, o ferro não é oxidado, mas o silício ainda pode ser oxidado preferencialmente. Isto dá origem a uma superfície de folha com pouca molhabilidade no zinco fundido. O silício também afeta a natureza da escala de superfície formada em um material laminado a quente. Durante a laminagem a quente, o aço é exposto ao ar a alta temperatura. Isso leva à oxidação da superfície. Normalmente, a camada de óxido consiste principalmente de FeO. Mas nos aços TRIP-assistidos, a escala da superfície muda para óxidos complexos como o Fayalite (FexSiOy). Isso reduz a qualidade da superfície e afeta negativamente as propriedades de rolagem, alterando o coeficiente de atrito.
O silício é adicionado nestes aços principalmente para inibir a precipitação de cementita durante a formação de baianita.
O fósforo, no entanto, impõe o risco de fragilização devido à segregação de contenção de grãos. Isso provavelmente restringe sua adição a um máximo de 0,2% em peso nesses aços. A substituição de silício por alumínio ajuda a modificar o óxido da superfície. Aços contendo alumínio exibem melhor molhabilidade do que aqueles feitos com silício após processamento em um forno com baixo ponto de orvalho antes da galvanização. O ponto da atmosfera de recozimento afeta a taxa de oxidação dos elementos segregados para a superfície e, portanto, exerce uma influência sobre a molhabilidade.
Referências Bibliográficas:
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