Influência dos parâmetros de processo na microestrutura e nas propriedades mecânicas do aço inoxidável endurecido por precipitação CB7Cu-1

Abstract

Aços inoxidáveis endurecidos por precipitação são materiais de difícil processamento, dado sua elevada complexidade. O CB7Cu-1 é um aço que obtém melhores propriedades mecânicas através da precipitação de partículas submicroscópicas ricas em cobre em sua matriz, em um tratamento térmico conhecido como envelhecimento. Porém, parâmetros inadequados de envelhecimento, como tempo e temperatura elevados, podem gerar o coalescimento desse elemento intermetálico, causando perda de propriedades mecânicas. Neste trabalho, diversas condições distintas de envelhecimento são testadas no aço CB7Cu-1, tendo como base a norma ASTM A747 e cálculos realizados pelo setor de Engenharia. Duas placas foram fundidas e cortadas em diversas seções distintas para testar as condições de envelhecimento a 495ºC, 550ºC e 620ºC por 3h ou 6h, totalizando seis combinações diferentes de parâmetros de processo. Além disso, foram retiradas amostras após a solidificação do material em seu estado bruto, bem como após os tratamentos térmicos prévios de homogeneização e solubilização. As metalografias analisadas com um microscópio óptico indicam que o aço CB7Cu-1 contém uma matriz martensítica com presença de ferrita delta, remanescente da solidificação. A ferrita é prejudicial para o comportamento do aço e tende a coalescer em condições mais envelhecidas. Em temperaturas maiores, é perceptível o superenvelhecimento da liga, gerando a formação de austenita revertida. Os ensaios mecânicos de tração mostraram que temperaturas maiores de envelhecimento tendem a piorar as propriedades mecânicas do aço, sendo a condição H925 (495ºC) a que apresentou melhor combinação de resistência mecânica, dureza e ductilidade. Os ensaios de impacto Charpy realizados indicam uma baixa resistência ao impacto das amostras devido à elevada presença de ferrita delta e à precipitação do cobre na liga. Em condições superenvelhecidas, o aumento expressivo de resistência ao impacto se dá em detrimento das demais propriedades mecânicas testadas. Por fim, conclui-se que a condição H925 é a mais indicada para aplicações gerais do aço, enquanto a condição H1150 (envelhecida a 620ºC) apresentou melhor ductilidade graças à presença de austenita revertida.

Precipitation-hardened stainless steels are materials with difficult processing due to their high complexity. The CB7Cu-1 steel achieves better mechanical properties through the precipitation of fine copper-rich particles in its matrix, in a heat treatment known as aging. However, inadequate aging parameters, such as high time and temperature, can cause the coarsening of this intermetallic element, leading to a loss of mechanical properties. In this work, various aging conditions are tested on the CB7Cu-1 steel, based on the ASTM A747 stantard and calculations made by the engineering team. Two plates were cast and cut into several different sections to test aging conditions at 495ºC, 550ºC, and 620ºC for 3h or 6h, totaling six different combinations of process parameters. Additionally, other samples of the material were taken in its as-cast state, as well as after prior homogenization and solution annealing heat treatments. Metallographies made with an optical microscope indicate that CB7Cu-1 steel contains a martensitic matrix, with the presence of delta ferrite remaining from solidification. Ferrite is detrimental to the steel’s behavior and tends to coarse in overaged conditions. At higher temperatures, the alloy’s overaging is noticeable, causing the formation of reversed austenite. Tensile strength tests showed that higher aging temperatures tend to worsen the steel’s mechanical properties, with the H925 condition (495ºC) presenting the best combination of mechanical strength, hardness, and ductility. Charpy impact tests show low impact resistance of the samples due to the high presence of delta ferrite and copper-rich precipitates in the alloy. In overaged conditions, the significant increase in impact resistance comes at the expense of the other mechanical properties tested. Finally, it is concluded that the H925 condition is the most suitable one for general applications of the alloy, while the H1150 condition (aged at 620ºC) showed better ductility due to the presence of reversed austenite.