Le matériau massif

A análise fratográfica revelou que em todos os corpos de prova de tenacidade ao impacto ocorreu o fenômeno de delaminação. A Figura 5.45 ilustra as fraturas de corpos de prova de tenacidade ao impacto do aço inoxidável estudado no estado de entrega e após os tratamentos isotérmicos a 475ºC com diferentes tempos de duração.

(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g)

Figura 5.45: Fratura de corpos de prova de tenacidade ao impacto para o aço inoxidável duplex UNS S32304: no estado de entrega (a) e após envelhecimento a 475ºC por 1h (b), 6h (c), 12h (d), 25h (e),

50h (f) e 100h (g).

O que se observou quanto ao fenômeno de delaminação e sua relação com os tratamentos térmicos a 475ºC é que o número de delaminações, ou seja, o número de trincas que se abrem perpendicularmente ao sentido de propagação da trinca principal aumenta com o tempo de envelhecimento a 475ºC. Para o aço no estado de entrega, foram observadas duas trincas de delaminação na superfície de fratura por impacto (Figura 5.45-a). Este número aumentou para três após uma hora de envelhecimento a 475ºC (Figura 5.45-b). Quatro para o aço envelhecido a 475ºC por seis horas (Figura 5.45-c) e assim sucessivamente até o tempo de envelhecimento de 100h (Figura 5.45-g). Observou-se também que a abertura de cada uma das trincas por delaminação diminuiu com o aumento do tempo de envelhecimento. Em

114 condições metalúrgicas idênticas o esperado é que a manifestação da delaminação relaxe o campo de tensões à frente da trinca principal fazendo com que o material absorva mais energia ao impacto, logo seria esperado uma relação proporcional entre a energia absorvida e o número de delaminações. Fato que não ocorreu devido às mudanças microestruturais sofridas pela liga após sua exposição aos tratamentos isotérmicos. Especificamente, foi observado que estes fenômenos estão relacionados com a capacidade da liga de se deformar plasticamente combinada à organização microestrutural e morfológica de suas fases constituintes. As trincas por delaminação propagam paralelas à superfície da chapa e no sentido longitudinal à laminação. Sua extensão e largura estão orientadas nas mesmas posições das maiores extensões e larguras das fases α e γ. Logo esta é a contribuição da microestrutura do metal para com o fenômeno de delaminação. No estado de entrega o aço inoxidável duplex é mais propenso à deformação plástica do que após os tratamentos isotérmicos a 475ºC devido à precipitação da fase α’. Logo são observadas poucas trincas de delaminação uma vez que a porção de metal que se encontra entre cada uma destas trincas absorve a energia do impacto deformando-se plasticamente. À medida que a liga é exposta à temperatura de 475ºC sua habilidade em se deformar plasticamente fica restringida. O metal não consegue mais absorver o mesmo nível de energia ao impacto e a deformação plástica ocorre em porções cada vez menores de metal separadas por um número cada vez maior de trincas por delaminação.

As considerações expostas sobre as relações entre habilidade desta liga de se deformar plasticamente, combinada com sua organização microestrutural específica e o fenômeno de delaminação no ensaio de tenacidade ao impacto são pertinentes e são fortalecidas quando os resultados dos tratamentos térmicos na temperatura de 850ºC são acrescentados à discussão. O efeito dos tratamentos térmicos nesta temperatura foi o amaciamento da liga devido, principalmente, à diminuição na concentração do elemento N na fase γ para formar Cr2N. Se

tornando mais macia, esta teve sua habilidade de se deformar plasticamente também aumentada. O resultado no que diz respeito à tenacidade ao impacto foi um expressivo aumento na energia absorvida. O efeito no fenômeno de delaminações foi que um número cada vez menor de trincas se formou exatamente pelo fato de que uma porção maior do metal entre estas trincas se deforma plasticamente mais facilmente. A Figura 5.46 ilustra as fraturas dos corpos de prova de tenacidade ao impacto após todos os tratamentos isotérmicos realizados na temperatura de 850ºC.

115 (a) (b) (c) (d)

Figura 5.46: Fratura de corpos de prova de tenacidade ao impacto para o aço inoxidável duplex UNS S32304: no estado de entrega (a) e após envelhecimento a 850ºC por 5h (b), 10h (c) e 50h (d).

Conforme pode ser observado na Figura 5.46, o número de trincas por delaminação caiu de duas para o aço inoxidável duplex no estado de entrega (Figura 5.46-a) para uma no aço inoxidável envelhecido a 850ºC por 50h (5.46-d). Também se constatou que, as trincas por delaminação têm sua extensão restringida nos casos em que o aço inoxidável duplex foi envelhecido na temperatura de 850ºC por tempos de 5h e 10h.

Outro aspecto sobre a fratura de tenacidade ao impacto para o aço inoxidável envelhecido a 850ºC em todos os tempos de exposição é a presença acentuada de zona cisalhante nas extremidades, principalmente, laterais dos corpos de prova devido à maior habilidade do aço de se deformar plasticamente após estes tratamentos térmicos (Figura 5.46(b-d)).

A Figura 5.47 ilustra as fraturas de corpos de prova de tenacidade ao impacto analisadas com auxílio do MEV com aumento de 35X para o aço inoxidável no estado de entrega e após os tratamentos isotérmicos a 475ºC por 100h e 850ºC por 50h.

Apesar destas imagens por MEV com aumento de 35X não abrangerem toda a extensão da superfície de fratura dos corpos de prova de tenacidade ao impacto, elas permitem observar que existe um maior número de trincas por delaminação na fratura do corpo de prova do aço envelhecido a 475ºC por 100h (Figura 5.47-b) e que a largura destas trincas por delaminação é inferior à largura das trincas de delaminação observadas na fratura do corpo de prova do aço no estado de entrega (Figura 5.47-a). Isto porque a resistência mecânica da liga foi aumentada com o envelhecimento a 475ºC e, consequentemente, a sua habilidade em se deformar plasticamente ficou restringida. Também se observou na superfície da fratura ilustrada na Figura 5.47-a para o aço no estado de entrega que as trincas por delaminação têm suas paredes curvadas. Durante a propagação da trinca principal devido ao impacto sofrido pelo corpo de prova ocorreu apreciável deformação plástica de cada uma das porções de material delimitado

116 pelas trincas de delaminação. Esta deformação plástica ocorreu em tal grau que houve estricção das porções de metal separadas pelas trincas. Fato que não foi observado na superfície de fratura do corpo de prova para o aço após o envelhecimento a 475ºC. Após este tratamento térmico as trincas de delaminação apresentaram-se mais estreitas, tendendo ao comportamento de fratura frágil. Já a análise de fratura do corpo de prova de tenacidade ao impacto para o aço inoxidável após o tratamento isotérmico na temperatura de 850ºC por 50h (Figura 5.47-c) mostrou que a única trinca por delaminação que se formou teve sua ponta “embotada” devido à maior habilidade da liga de se deformar plasticamente como efeito do envelhecimento. O aumento do raio da ponta da trinca diminui o estado de tensões que se desenvolve nesta região inibindo a sua propagação.

(a) (b)

(c)

Figura 5.47: Imagens por MEV de fraturas dos corpos de prova de tenacidade ao impacto do aço inoxidável duplex UNS S32304: no estado de entrega (a), envelhecido a 475ºC por 100h (b) e

envelhecido a 850ºC por 50h (c). 35X.

A Figura 5.48 ilustra imagens da superfície de fratura de corpos de prova de tenacidade ao impacto para o aço inoxidável duplex UNS S32304 no estado de entrega e após os

117 tratamentos isotérmicos nas temperaturas de 475ºC por 100h e 850ºC por 50h obtidas com o MEV com aumento de 1.000X.

(a) (b)

(c)

Figura 5.48: Imagens por MEV de fraturas de corpos de prova de tenacidade ao impacto do aço inoxidável duplex UNS S32304: no estado de entrega (a), envelhecido a 475ºC por 100h (b) e

envelhecido a 850ºC por 50h (c). 1.000X.

Por meio das imagens ilustradas na Figura 5.48 pode se confirmar que a fratura foi predominantemente dúctil, com mecanismo de fratura envolvendo a formação e o coalescimento de microcavidades para todas as condições analisadas devido à presença de

dimples em toda a superfície. Mesmo tendo havido acentuada redução na energia absorvida ao

impacto devido à precipitação da fase α’ durante o envelhecimento a 475ºC a liga ainda absorveu uma quantidade considerável de energia. Outros ensaios também mostraram que a fase α’ reduz a habilidade da liga em se deformar plasticamente, mas não anula completamente este comportamento. Logo, a presença deste precipitado não impediu que o metal fraturasse de forma dúctil durante o ensaio de tenacidade ao impacto (Figura 5.48-b). A única diferença que foi observada quanto à formação dos dimples na superfície de fratura de tenacidade ao impacto é que estes são relativamente menores para o aço inoxidável duplex

118 envelhecido a 475ºC se comparado com o aço inoxidável duplex no estado de entrega e após o envelhecimento a 850ºC. A presença de dimples na superfície de fratura por impacto do aço inoxidável duplex nas três condições analisadas são similares ao observado por Young et al. (2007) que investigaram os efeitos dos ciclos térmicos na solda de um aço inoxidável duplex UNS S31803 e seus efeitos na tenacidade ao impacto.