Comportamento mecanico de um aço inoxidavel duplex do tipo 2205 sob a influencia da temperatura e da precipitação de fases frageis

Orientador : Itamar FerreiraTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecanicaResumo: Os aços inoxidáveis duplex são caracterizados por possuírem duas fases com frações aproximadamente iguais, sendo essas fases normalmente a fernta e a austenita. Nas várias aplicações do duplex, eles são mais empregados onde a resistência mecânica é de fundamental importância, como por exemplo, em vasos de pressão e tubulações. A resistência à corrosão sob tensão e à corrosão por pite desses aços são excelentes, em muitos casos superiores às dos austeníticos de custo similar. Contudo, apesar da combinação de resistência à corrosão e propriedades mecânicas, esses aços são menos apropriados que os austeníticos para aplicações acima de 250°C (devido à precipitação de fases frágeis) e abaixo de -50°C (por causa da fragilidade associada à fase ferrita). Este trabalho tem por objetivos estudar o comportamento mecânico de um aço inoxidável duplex do tipo 2205 em meio neutro, sob o ponto de vista da influência da temperatura de ensaio e da precipitação de fases frágeis. Foram feitos ensaios de tração, tenacidade à fratura, impacto, dureza e "impressão de esferas" nas temperaturas de +24°C, -20°C, -50°C e -90°C, com o material solubilizado e em cinco outras condições com crescentes frações de fases precipitadas, principalmente Sigma e Chio A fração volumétrica dessas fases variou de 0,88% a 10,7%, tendo sido obtidas por tratamentos isotérmicos. Para caracterização microestrutural do material, foram utilizadas as técnicas de microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, difração de raios X e medidas magnéticas via ferritoscópio. Com relação à resistência mecânica, obtida por meio do ensaio de tração, observou-se um aumento dessa com a diminuição da temperatura de ensaio. A precipitação de fases não influenciou os parâmetros de resistência mecânica, exceto a tensão verdadeira de fratura. Os parâmetros de dutilidade, avaliados no ensaio de tração, foram mais sensíveis à influência das fases frágeis do que à variação da temperatura. A tenacidade e a tenacidade à fratura, avaliadas pelos ensaios de impacto Charpy e CTOD, respectivamente, diminuíram com a redução da temperatura e com a precipitação das fases frágeis, tendo a precipitação maior influência. A dureza, assim como a resistência mecânica, não foi sensível à precipitação das fases fragilizantes, mas foi influenciada pela temperatura de ensaio, aumentando com o abaixamento da temperatura. Em uma análise da influência da precipitação das fases frágeis nesse material, devese dar atenção aos parâmetros de tenacidade e aos de dutilidade relacionados à região da estricção, sendo que para a influência da temperatura de ensaio, pode-se também utilizar os parâmetros de dureza e resistência mecânica. Com o ensaio de "impressão de esferas" conseguiuse estimar com boa aproximação os limites de escoamento e resistência à tração do material, para as diversas condições microestruturais e temperaturas de ensaio. Em relação aos mecanismos de fratura, observou-se a fratura do tipo alveolar com tendência para clivagem pelo abaixamento da temperatura ou aumento da porcentagem de fases frágeis. O fenômeno das separações também foi observado, sendo o número de separações aumentado tanto pela redução da temperatura como pelo aumento da porcentagem de fases frágeisAbstract: Duplex stainless steels (DSS) may be defined as a family of steels having two-phase ferritic-austenitic microstructures, both of them stainless. They are used usually in applications where the strength is of fundamental importance, like in pressure vessels and pipelines. They have excelIent stress corrosion and pitting corrosion resistances and, in some cases, these properties are greater when compared to austenitic stainless steels having the same price. However, in spite of the good mechanical and corrosion properties, they are not recommended for applications above 250°C (due to the brittle phase precipitation) and below -50°C (due to the brittle behavior of the ferrite phase). The purpose of this work is to study the mechanical behavior of a DSS, type 2205, in inert environrnent as a function of the temperature and brittle phase precipitation. Tension, ftacture toughness, notched bar impact, hardness, and balI indentation tests have been conducted in order to characterize the mechanical properties at four temperature (24°C, -20°C, -50°C, and -90°C) and under six material conditions (annealed and five microstructures with an increasing ftaction of precipitated phases, mainly the Sigma and Chi phases, ftom 0.88% to 10.7%). These five microstructures were obtained ftom isothermal heat treatment and characterized by using optical and scanning electron microscopies, X-ray diffraction, and magnetic measurement (ferrite content detector). It was observed that the lower the temperature the higher the hardness and strength (evaluated by yield strength, tensile strength, true ftacture strength, and necking stress). These properties were not affected by an increase in the brittle phase quantity, except the true ftacture stress. On the other hand, as expected, the ductility, the toughness (impact energy), and the ftacture toughness (CTOD and K-EE) were affected by the temperature and the brittle phase quantity. The ftaction of the brittle phase affected the latter properties in a very strong way. To analyze the effect of the brittle phases in DSS, the toughness, ftacture toughness, and ductility (reduction of area, reduction of area ftom the necking point, and necking elongation) parameters must be taken into account and to analyze the effect of the temperature the hardness and strength parameters can be also utilized. The balI indentation test was satisfactory for estimating the yield strength and tensile strength at alI temperatures and/or microstructural conditions used in this experiment. The ftacture mechanism was dimples and c1eavage was observed with decreasing the temperature and increasing the ftaction of brittle phases. Delamination was also observed, and the number of splits increased with decreasing the temperature and increasing the ftaction of brittle phasesDoutoradoMateriais e Processos de FabricaçãoDoutor em Engenharia Mecânic