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A classificação mais simples e mais usada dos aços inoxidáveis é baseada na microestrutura que apresentam à temperatura ambiente. Nessas condições, são considerados os três grupos seguintes:
I – Aços Inoxidáveis Martensíticos – ou endurecíveis.
II – Aços Inoxidáveis Ferríticos – não endurecíveis.
III – Aços Inoxidáveis Austeníticos – também não endurecíveis.
Os aços pertencentes a essas classes são os de uso mais generalizado. Contudo, outros tipos de aços resistentes à corrosão, com características importantes, vêm sendo empregados em condições especiais:
- aços inoxidáveis duplex
- aços inoxidáveis endurecíveis por precipitação
- aços inoxidáveis nitrônicos.
Os grupos I e II são essencialmente ligas de ferro e cromo; o grupo III compreende as ligas de ferro-cromo níquel.
O carbono desempenha papel importante para localizar um aço de alto cromo na classe martensítica ou ferrítica, como se pode verificar pelo exame da figura 160. Nota-se, por exemplo, que um aço com 16% de cromo pode pertencer tanto ao grupo martensítico como ao ferrítico, dependendo do teor de carbono.
Fig. 160 – Gráfico esquemático mostrando a influência do carbono sobre a capacidade de endurecimento das ligas ferro-cromo.
A seguir serão estudados os efeitos dos elementos cromo e níquel no diagrama de constituição Fe-C.
5.1 – Efeito do Cr
Primeiramente será considerado o diagrama de equilíbrio da liga Fe-Cr, isenta de qualquer carbono (fig. 161). Os principais pontos a notar no referido diagrama são os seguintes:
- presença da chamada “lupa austenítica”, a qual indica que todas as ligas de composição à direita da lupa, mais ou menos além de 12% ou 13% de cromo, solidificam na forma de ferrita e como tal permanecem até a temperatura ambiente;
- a presença de uma fase quebradiça Fe-Cr, denominada “fase sigma”, entre 42% e 48% de cromo. À esquerda do campo em que está presente somente a fase sigma, nota-se um campo em que estão presentes duas fases: ferrita ou ferro alfa e sigma. Assim sendo, os aços inoxidáveis ferríticos com teor de cromo acima de cerca de 23% (como o AISI 446) já podem apresentar essa fase quebradiça. A desvantagem da sua presença reside no fato de que a mesma afeta as propriedades mecânicas do aço e sua resistência à corrosão. De fato, sendo a fase sigma dura e quebradiça, sua presença tende a reduzir a ductilidade e principalmente a tenacidade do aço. A influência sobre a resistência à corrosão da fase sigma, no sentido de prejudicá-la, foi verificada experimentalmente. Alguns autores consideram que a fase sigma é parcialmente responsável pelo fenômeno denominado “fragilidade a 475 graus C”, que pode ocorrer nos aços inoxidáveis ferríticos. Esse assunto será novamente abordado. Verificando-se que a presença da fase sigma é realmente prejudicial, pode-se atenuar esse inconveniente pelo aquecimento do aço acima da máxima temperatura de estabilidade da fase sigma, de modo a dissolvê-la na austenita ou convertê-la em ferrita delta. Assim, são restauradas as propriedades normais. As temperatura recomendadas são superiores a 900 graus C.
O sistema Fe-Cr torna-se bem complexo, quando o carbono estiver presente, mas seu estudo é simplificado pela observação do que ocorre no diagrama Fe-C quando se introduz cromo em teores crescentes. O efeito mais importante é verificado na zona austenítica, como mostra a figura 162.
Fig. 161 – Diagrama de constituição da liga Fe-Cr.
Note-se que, à medida que o teor de cromo aumenta, a faixa austenítica diminui, até praticamente desaparecer para cerca de 20% de cromo. Esse fato leva à conclusão de que, à medida que o cromo cresce, a composição das ligas Fe-C-Cr que permitirá a obtenção de endurecimento total por têmpera fica reduzida a limites cada vez mais estreitos.
Os diagramas das figuras 163, 164 e 165 correspondem a secções transversais do diagrama Fe-Cr-C com respectivamente 6%, 12% e 18% de cromo. Do seu exame, além da paulatina redução da faixa austenítica, nota-se a precipitação, pelo esfriamento muito lento, de excesso de carbonetos acima do eutetóide (ponto P), os quais serão encontrados em equilíbrio no campo “gama mais carbonetos”, à direita na linha SE.
Essas considerações são importantes, pois certos aços inoxidáveis com teores de cromos elevados – entre 16% e 20% - podem se tornar quebradiços pelo esfriamento muito lento, admitindo-se que esse fenômeno seja associado a uma precipitação de carbonetos. Essa fragilidade pode, entretanto, ser eliminada pelo reaquecimento a temperaturas entre 790 e 850 graus C seguido de resfriamento razoavelmente rápido.
5.2 – Efeito do Ni
É interessante inicialmente verificar o efeito do níquel e do cromo na transformação alotrópica do ferro, o que está demonstrado na figura 166.
Nessa figura estão colocados lado a lado os diagramas de constituição aproximados dos sistemas Fe-Ni e Fe-Cr. Qualquer dos elementos adicionados em quantidades apreciáveis, elimina a alotropia do ferro, mas o níquel estabiliza a austenita, ao passo que o cromo estabiliza a ferrita. Assim, quando ambos os elementos estão presentes, resulta uma situação de compromisso e ambas as formas alotrópicas podem se desenvolver nas suas temperaturas apropriadas. Aparentemente, o níquel exerce uma influência mais decisiva do que o cromo, no que diz respeito às formas alotrópicas do ferro.
Fig. 162 – Efeito do teor de cromo sobre o campo austenítico
Fig. 163 – Secção transversal do diagrama Fe-Cr-C com 6% de Cr.
Fig. 164 – Secção transversal do diagrama Fe-Cr-C com 12% de Cr.
A figura 167 mostra a influência aproximada do níquel quando adicionado a uma liga Fe-Ni com 8% de níquel. Esses teores foram escolhidos devido à importância dos aços inoxidáveis do tipo 18-8 (18% Cr e 8% Ni).
A figura mostra que essa liga 18-8 seria, em princípio, ferrítica à temperatura ambiente, no estado de equilíbrio. Entretanto, como se verá, as condições de sua fabricação são tais que o equilíbrio não é geralmente alcançado, de modo que a liga, na realidade, é austenítica às temperaturas de serviço.
A figura 168 mostra secções uniformes a 0%, 3%, 6%, 9%, 12%, 15%, 18%, 21% e 24% de cromo, dos diagramas Fe-Ni-Cr, revelando a mudança gradual que sofrem as fases, à medida que se adiciona cromo.
As figuras 169 e 170 correspondem a secções dos diagramas de equilíbrio Fe-Cr-Ni-C, para 18% de cromo com 4% e 8% de níquel respectivamente.
Verifica-se que a fase gama, à medida que aumenta o teor de níquel, torna-se cada vez mais estável a ponto de, com 8% de níquel, para baixos teores de carbono, as ligas ficarem inteiramente austeníticas, mesmo com recozimento. Nessas condições, a liga 18-8 para todos os fins práticos, pode ser considerada austenítica.
Fig. 165 – Secção transversal do diagrama Fe-Cr-C com 18% de Cr.
Fig. 166 – Comparação dos sistemas Fe-Ni-Cr sob o ponto de vista de influência na transformação alotrópica do ferro.
Fig. 167 – Efeito do Ni (à esquerda) sobre a constituição de uma liga com 18% de Cr e do Cr (à direita) sobre uma liga com 8% de Ni.
Fig. 168 – Secções uniformes dos diagramas Fe-Cr-Ni com vários teores de cromo.
Fig. 169 – Influência do carbono numa liga Fe-Cr-Ni com 18% de Cr e 4% de Ni.
Fig. 170 – Influência do carbono em aços Ni-Cr com 18% de Cr e 8% de Ni.
