Aços & Ligas | Aços e Ferros Fundidos | Aços Marageing

A denominação dos aços marageing deriva de suas características microestruturais básicas: “mar” é uma abreviação de martensita e “ageing” significa envelhecimento (endurecimento por precipitação). Isso significa que a microestrutura de aços marageing consiste basicamente de martensita com baixo teor de carbono endurecida significativamente pela formação de precipitados durante tratamento térmico de envelhecimento [1-2].

Estes aços foram desenvolvidos a partir de 1960 com o propósito de atingir alta resistência mecânica, porém garantindo boa tenacidade. São fabricados a partir de composição química equivalente à aços de muito baixo teor de carbono, adicionando-se níquel em teores elevados. Essas características permitem que o aço se transforme em martensita de baixo teor de carbono mesmo para um resfriamento lento. O teor de carbono muito baixo, a elevada pureza do material e o alto teor de níquel resultam em excelente resistência ao impacto e alta tenacidade à fratura, que também é resultado do pequeno tamanho de grão ou de ripa da martensita. Esta martensita apresenta alta densidade de discordâncias, mas em geral sua resistência mecânica não é muito elevada, sendo suas propriedades típicas: tensão limite de resistência à tração = 950 a 1050 MPa; tensão limite de resistência ao escoamento = 650 a 800 MPa; alongamento de 17 a 19 %; redução em área de 70 a 75 % e dureza Vickers de 290 a 320 HV [1-3].

Então a resistência mecânica desta martensita com baixo teor de carbono é aumentada pelo envelhecimento através da formação de compostos intermetálicos, sendo as adições mais comuns de cobalto e molibdênio com um pouco de titânio e alumínio, ou então somente adições mais elevadas de titânio e alumínio [1]. A martensita de Fe-Ni formada é do tipo com forma de ripa, contendo alta densidade de discordâncias, que atuam como sítios preferenciais para a nucleação de precipitados intermetálicos durante o tratamento térmico de envelhecimento. A martensita antes do envelhecimento é macia (em torno de 30 HRC), permitindo operações de conformação mecânica, porém a taxa de encruamento é baixa e a deformação uniforme é pequena (em torno de 1 a 3 %). Os teores de impurezas (carbono, enxofre, fósforo e nitrogênio) devem ser mantidos os mais baixos possíveis, sendo necessária a fusão a vácuo. O efeito endurecedor do cobalto surge através do ordenamento de baixo alcance. O níquel é expulso das regiões ordenadas de Fe-Co, afetando o tamanho das partículas de Ni3Mo, ao alterar a solubilidade local do molibdênio. As regiões empobrecidas em níquel servem como núcleos para a precipitação de FeTi. O superenvelhecimento também leva à recuperação das subestruturas de discordâncias da martensita e á formação de austenita [3]. Três principais tipos de aços marageing foram desenvolvidos: a) aços com 18 % de níquel; b) aços com 20 % de níquel; c) aços com 25 % de níquel [1].

a)      Aços com 18 % de níquel

Estes aços são predominantemente ligas Fe-18 % Ni que são endurecidas por precipitação devido às adições de elevados teores de molibdênio e cobalto cm pequenas adições de titânio e alumínio. Três ligas deste tipo foram desenvolvidas com o objetivo de alcançar tensão limite de resistência ao escoamento de 1350, 1650 e 1950 MPa. A tabela 1 apresenta composições químicas típicas para cada nível de resistência mecânica, mas todas apresentam teores de impurezas muito baixos, são materiais fundidos em vácuo (uma ou duas vezes) e contêm adições de 0,003 % de boro, 0,02 % de zircônio e 0,05 % de cálcio para eliminar as impurezas e ajudar a melhorar a trabalhabilidade a quente.

Tabela 1 – Composições químicas (% em massa) dos aços marageing18 % Ni.

São notáveis os baixos teores de impurezas e o fato de que a resistência mecânica aumenta com o aumento dos teores de molibdênio e titânio.

O tratamento térmico envolve a solubilização a 850 – 870 ºC seguida por resfriamento ao ar ou têmpera em água, após o que é realizado o envelhecimento por 3 horas a 480 ºC. Todas as adições de elementos de liga, com exceção do cobalto, reduzem a temperatura Ms de início de transformação martensítica, porém mantendo a temperatura Mf (de final de transformação martensítica) da liga acima da temperatura ambiente, de modo que esta fica mais ou menos transformada em martensita após o resfriamento a partir da temperatura de solubilização. A fase endurecedora por precipitação é predominantemente Ni3Mo (estrutura cristalina ortorrômbica), que forma-se como pequenas plaquetas, mas também se precipita alguma quantidade de Ni3Ti. Na condição severamente superenvelhecida ocorre endurecimento por precipitação devido à formação de Ni3Mo, mas mesmo assim o principal agente endurecedor é o molibdênio. Quando o envelhecimento é realizado em temperaturas e/ou tempos excessivos pode ocorrer re-austenitização, e freqüentemente a austenita formada é tão estável que fica retida, porque os teores de elementos de liga são tão elevados que a temperatura Ms fica abaixo da temperatura ambiente. Caso seja necessário que o aço atinja resistência mecânica mais alta, é possível trabalhar a frio a martensita inicial de baixo teor de carbono para uma redução de espessura da ordem de 50 % antes do envelhecimento. A tabela 2 apresenta propriedades mecânicas típicas para os aços marageing 18 % Ni.

Tabela 2 – Propriedades mecânicas dos aços marageing 18 % Ni.