Influncia das particularidades da

solidificao na qualidade de tarugos

e placas de diferentes teores de

carbono

Jorge Madias

metallon, San Nicolas, Argentina

Contedo 2

Introduo

Ao ultra baixo carbono

Ao baixo carbono

Ao perittico

Ao meio teor de carbono

Ao alto carbono

Concluses

Introduo 3

As ligas ferro carbono tm comportamento diferenciado na solidificao, dependendo do teor de carbono

A fase primria ferrita delta desde zero at 0,50% de carbono, onde a austenita a primeira fase a precipitar na solidificao

A ferrita admite um mximo de 0,1% C a 1495 oC

Entre 0 e 0,1% C, a curva de liquidus apresenta pouca pendente, desde 1539 oC at 1528 oC

A curva de solidus apresenta uma forte pendente, descendo desde os 1539 oC at 1495 oC

os aos ultra baixo carbono tm uma faixa de solidificao de uns poucos graus

um ao de 0,10% C tem um faixa de solidificao de 33 oC

Introduo 4

A temperaturas ainda elevadas, entre 1495 e 1401 oC, a estrutura de 100% de ferrita transforma a austenita, com mudana de volume

Para ao ultra baixo carbono, a transformao ocorre em uma faixa estreita de temperatura; para um ao de 0,08% de carbono, a faixa de temperaturas para a transformao bem maior

Nos aos de 0,10 a 0,50% de C vai ter lugar a transformao perittica ao atingir os 1495 oC. O lquido remanente a essa temperatura e a ferrita primria se transformam em um slido com outra microestrutura, em uma proporo dada e a uma temperatura definida: L +

A transformao est acompanhada de uma contrao de volume de 0,3 0,5%

Acima de 0,50%C, a fase primria a austenita

A diferena entre a temperatura de liquidus e a temperatura de solidus vai crescendo medida que o teor de carbono maior

Para 0,50% de C de uns 43 oC e para 1%C de 91 oC.

Introduo 5

Digrama Fe-C relevante para a solidificao dos

aos

Introduo 6

Clculo dos pontos relevantes

Ao ultra baixo carbono 7

Geralmente lingotados com formato de placas

Existe sensibilidade ao arraste de p fluxante e bolhas de argnio perto da superfcie da placa, devido formao do gancho subsuperficial curvo

Os arrastes do lugar ocorrncia de slivers e blisters nas tiras laminadas a quente e a frio

A formao dos ganchos curvos est ligada formao das marcas de oscilao. Comea pela solidificao do menisco. A forma do menisco no instante da formao determina a curvatura da linha de origem do gancho. O evento ocorre no comeo do perodo do tempo de estripamento negativo

O menisco, durante o tempo de estripamento negativo, to pronto como as foras inerciais no lquido excedem a foras de tenso superficial, sobe acima da linha do gancho e derrama metal lquido

A forma final do gancho se completa quando a ponta se fratura e arrastada pelo lquido

A tendncia dos aos ultra baixo carbono ocorrncia do gancho e a uma maior profundidade de penetrao, com proclividade ao arraste de p e gs, atribuda a sua elevada temperatura de liquidus e zona pastosa estreita, se comparado com outros tipos de ao

As solues propostas para minimizar a profundidade do gancho (e da marca de oscilao) so

lingotar com maior sobreaquecimento a maior velocidade de lingotamento

otimizar as propriedades do p fluxante e minimizar variaes de nvel

O controle das condies de lingotamento relacionadas com o fluxo de calor na regio perto do menisco a chave para diminuir a profundidade do gancho

Ao ultra baixo carbono 8

Formao de gancho

Ao ultra baixo carbono 9

Influncia do teor de carbono na penetrao do

gancho

0,002 % C 0,033 % C 0,10 % C

Ao baixo carbono 10

Formao de poros

Ao baixo carbono 11

Tendncia ao colamento

Cp (%) = C% + 0,02Mn% + 0,04Ni% - 0,1Si%-

0,04Cr%-0,1Mo%-0,7S%

Potencial de ferrita = 2,5 (0,5 Cp)

Ao baixo carbono 12

Placas

Ps fluxantes que proporcionem a maior lubrificao possvel, formando vidro na solidificao, sem precipitao de fases cristalina

Devido criticidade das perfuraes de veio para a produtividade, os moldes esto equipados usualmente com termopares

Tarugos

Pequenas perfuraes do veio, que solidificam no contato com o molde, do lugar ao defeito de dupla pele, ou bleeding

Ao baixo carbono 13

Influncia do teor de carbono na formao de

bleeds

Ao perittico 14

A mudana de volume decorrente da transformao de ferrita para austenita estimada como o fator que justifica a tendncia dos aos que passam por essa transformao a ter uma solidificao irregular e tender ao trincamento longitudinal

A transformao perittica ocorre para todos os aos entre 0,10 e 0,50% C, mas a proporo de ferrita mxima para 0,10% C

No lingotamento de placas, geralmente os aos com composio perto de 0,10% C so lingotados

a velocidades menores que os de carbono mais baixo

utilizando ps fluxantes que cristalizam durante sua solidificao, restringindo a transferncia de calor do veio para o molde

Ainda sob essas condies, requerem usualmente mais escarfagem

Ao medio carbono 15

A maior fatia de aos

mdio teor de carbono

lingotada em forma

de tarugos

O problema vinculado

solidificao mais usual

neste tipo de aos e a

romboidade

Ao medio carbono 16

Romboidade

Quando a romboidade muda de direita a esquerda

em distncias curtas, muitas das explicaes ficam

fora

Alinhamento da camisa de gua

Alinhamento da vlvula

Distorso do molde

Ao alto carbono 17

Trata-se usualmente de ao lingotado com formato de tarugos ou blocos, para usos como fio-mquina de alta resistncia, ao rolamento, corpos moedores, etc.

O problema tpico ligado solidificao a segregao e porosidade centrais

Geradas em forma peridica ao longo do veio, devido formao do minilingote, implicam a gerao de um ncleo com estrutura grosseira e teor mais elevado de carbono e outros elementos

No caso do fio-mquina, pode-se gerar uma rede de cementita proeutetoide no ncleo, que durante a trefilao vai dar trincas do tipo Chevron

Em outros produtos como barras grossas e barras para corpos moedores, a estrutura grosseira do ncleo pode interagir com o hidrognio para gerar trincas internas

Concluses 18

As particularidades decorrentes da trajetria de

solidificao dos aos tm influncia na qualidade

do produto lingotado

Diferentes caminhos de solidificao, dependentes

principalmente do teor de carbono, mas tambm

dos elementos de liga, tm como consequncia

distintos tios de defeitos.

Ao perittico

A transformao se est estudando com ferramentas como o microscpio confocal de varredura a laser

Observou-se num banho de ao inicialmente lquido de uma composio de 0,1% C e com os tenores de Mn e Si altos tpicos dos aos com efeito TWIP e TRIP

o crescimento da ferrita primria

a transformao da ferrita e o lquido em austenita (reao perittica)

a transformao da ferrita remanente em austenita, a tr6es velocidades de resfriamento

velocidade mais alta, com sub-resfriamento maior, a ltima transformao ocorria em forma massiva, sem estar controlada pela difuso do carbono

Isto implica que a contrao que acompanha essa transformao sucede em forma instantnea e no gradativamente, com o descenso da temperatura

As consequncias deste fenmeno na solidificao no menisco seriam importantes

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