Porque é que o aço se quebra?

Existem milhares de variedades de aço usadas em diversas indústrias. Cada aço possui um nome comercial diferente devido às diferentes propriedades, composição química ou tipo e teor de liga. Embora os valores de tenacidade à fratura facilitem muito a seleção de cada aço, esses parâmetros são difíceis de aplicar a todos os aços. As principais razões são:

• 1. Porque uma certa quantidade de alguns ou mais elementos de liga precisa ser adicionada na fusão do aço, diferentes microestruturas podem ser obtidas após um tratamento térmico simples, alterando assim as propriedades originais do aço;
• 2. Porque os defeitos gerados no processo de fabricação e vazamento do aço, especialmente defeitos concentrados (como poros, inclusões, etc.) são extremamente sensíveis durante a laminação, e diferentes mudanças ocorrem entre diferentes tempos de forno do mesmo aço de composição química, e até mesmo em diferentes partes do mesmo tarugo, afetando assim a qualidade do aço. Porque a tenacidade do aço depende principalmente da microestrutura e da dispersão de defeitos (prevenir estritamente defeitos concentrados), em vez da composição química. Portanto, a tenacidade mudará muito após o tratamento térmico.

Para explorar profundamente as propriedades do aço e as causas da fratura, também é necessário dominar a relação entre metalurgia física e microestrutura e tenacidade do aço.

A influência da tecnologia de processamento

Sabe-se pela prática que o desempenho de impacto do aço temperado em água é melhor do que o do aço recozido ou normalizado, porque o resfriamento rápido impede a formação de cementita nos contornos dos grãos e promove o refinamento dos grãos de ferrita.

Muitos aços são vendidos no estado laminado a quente, e as condições de laminação têm grande influência nas propriedades de impacto. A temperatura final de laminação mais baixa reduzirá a temperatura de transição de impacto, aumentará a taxa de resfriamento e promoverá o refinamento do grão de ferrita, melhorando assim a tenacidade do aço. Como a taxa de resfriamento da placa espessa é mais lenta do que a da placa fina, o grão de ferrita é mais espesso do que o da placa fina. Portanto, sob as mesmas condições de tratamento térmico, as placas espessas são mais frágeis do que as placas finas. Portanto, o tratamento de normalização é comumente usado após a laminação a quente para melhorar as propriedades das chapas de aço.

A laminação a quente também pode produzir aços anisotrópicos e aços dúcteis direcionais com várias estruturas mistas, bandas de perlita e contornos de grãos de inclusão na mesma direção de laminação. A banda de perlita e as inclusões alongadas são grosseiramente dispersas em escamas, o que tem grande influência na tenacidade ao entalhe em baixa temperatura na faixa de temperatura de transição Charpy.

O impacto do teor de carbono em 0,3% ~ 0,8%

O teor de carbono do aço hipoeutetóide é de 0,3% ~ 0,8%, e a ferrita pró-eutetóide é uma fase contínua e se forma primeiro no contorno do grão austenítico. A perlita é formada em grãos de austenita e representa 35% ~ *** da microestrutura. Além disso, uma variedade de estruturas de agregação é formada dentro de cada grão de austenita, tornando a perlita policristalina.

Como a resistência da perlita é maior do que a da ferrita pré-eutetóide, o fluxo de ferrita é limitado, de modo que a resistência ao escoamento e a taxa de encruamento do aço aumentam com o aumento do teor de carbono da perlita. O efeito limitante é aprimorado com o aumento do número de blocos endurecidos e o refinamento do tamanho do grão pré-eutetóide da perlita.

Quando há uma grande quantidade de perlita no aço, microfissuras de clivagem podem ser formadas em baixas temperaturas e/ou altas taxas de deformação durante a deformação. Embora existam algumas seções de tecido agregado interno, o canal de fratura é inicialmente ao longo do plano de clivagem. Portanto, existem algumas orientações preferenciais nos grãos de ferrita entre as placas de ferrita e nas estruturas de agregação adjacentes.

Fratura do aço inoxidável

O aço inoxidável é composto principalmente de ligas de ferro-cromo, ferro-cromo-níquel e outros elementos que melhoram as propriedades mecânicas e a resistência à corrosão. A resistência à corrosão do aço inoxidável se deve à formação de óxido de cromo na superfície do metal para evitar a oxidação adicional - uma camada impermeável.

Portanto, o aço inoxidável em uma atmosfera oxidante pode evitar a corrosão e fortalecer a camada de óxido de cromo. No entanto, em uma atmosfera redutora, a camada de óxido de cromo é danificada. A resistência à corrosão aumenta com o aumento do teor de cromo e níquel. O níquel pode melhorar a passivação do ferro.

A adição de carbono visa melhorar as propriedades mecânicas e garantir a estabilidade das propriedades do aço inoxidável austenítico. Em geral, o aço inoxidável é classificado por microestruturas.

• Aço inoxidável martensítico É uma liga de ferro-cromo que pode ser austenitizada e pós-tratada termicamente para produzir martensita. Tipicamente 12% de cromo e 0,15% de carbono.
• Aço inoxidável ferrítico. Teor de cromo cerca de 14% ~ 18%, carbono 0,12%. Como o cromo é um estabilizador de ferrita, a fase austenítica é completamente suprimida por mais de 13% de cromo e, portanto, é uma fase ferrítica completa.
• Aço inoxidável austenítico. O níquel é um forte estabilizador de austenita, portanto, à temperatura ambiente, abaixo da temperatura ambiente ou alta temperatura, teor de níquel de 8%, teor de cromo de 18% (tipo 300) pode tornar a fase austenítica muito estável. Os aços inoxidáveis austeníticos são semelhantes às formas ferríticas e não podem ser endurecidos por transformação martensítica.

As características dos aços inoxidáveis ferríticos e martensíticos, como o tamanho do grão, são semelhantes às de outros aços ferríticos e martensíticos da mesma classe.