Aços Inoxidáveis Fundidos
Propriedades Magnéticas
Tradução na íntegra de parte do capítulo sobre Aços Inoxidáveis Fundidos do livro Propriedades e Seleção: Ferros, Aços e Ligas de Alta Performance
Volume 1 - Décima Edição - 1990
ASM Internacional - Metals Handbook
Piracicaba, Julho 2001

DIAGRAMA DE SCHOEFFER

DIAGRAMA DE SCHAEFFLER

PROPRIEDADES MAGNÉTICAS
As propriedades magnéticas de fundidos de alta liga dependem da microestrutura. Os aços ao cromo comum são ferríticos e ferromagnéticos. Todos os outros graus são principalmente austeníticos, com ou sem pequenas quantidades de ferrita, e são ou fracamente ou totalmente magnéticos.

Peças fundidas não magnéticas para aplicações em radar e em drenagem de minas requerem rigoroso controle da quantidade de ferrita. Secção mais espessa tem mais altas permeabilidades que secções mais finas. Entretanto, para assegurar baixa permeabilidade magnética em todas as áreas do fundido, controles de permeabilidade magnética devem ser feitos nas secções mais espessas.

A FERRITA NOS AÇOS INOXIDÁVEIS FUNDIDOS
A liga fundida austeníticas usualmente tem de 5 a 20% de ferrita distribuídas em ilhas descontínuas através da matriz. A percentagem de ferrita depende das quantidades de níquel, cromo e carbono. A presença de ferrita pode ser benéfica ou prejudicial dependendo da aplicação.

FERRITA BENÉFICA
A ferrita benéfica e intencionalmente presente em vários aços fundidos resistentes à corrosão, como por exemplo os aços CF8 e CF8M, para melhorar a soldabilidade e para maximizar a resistência à corrosão em meios específicos. Ferrita também é usada para aumentar a resistência das ligas duplex. A ferrita pode ser benéfica em termos de soldabilidade devido aos aços inoxidáveis completamente austeníticos serem susceptíveis ao problema de soldabilidade conhecido como trincamento a quente, ou microfissuração.

O trincamento intergranular ocorre no depósito de solda e/ou na zona termicamente afetada e pode ser evitado se a composição do metal de enchimento é controlada para produzir em torno de 4% de ferrita na austenita do depósito de solda. As ligas fundidas dos graus CF duplex são imunes à esse problema.

A presença de ferrita em ligas CF duplex melhoram a resistência ao trincamento em corrosão sob tensão (SCC) e geralmente ao ataque intergranular. No caso de SCC, a presença de ilhas de ferrita na matriz austenítica é acreditado bloquear ou dificultar a propagação de trincas. No caso da corrosão intergranular, a ferrita é útil em fundidos sensitizados por que ela promove a precipitação preferencial de carbonetos na fase ferrítica ao invés de nos contornos dos grãos austeníticos, onde eles aumentariam a susceptibilidade ao ataque intergranular. A presença de ferrita também aumenta os contornos de grão na matriz austenítica, e existe evidência que o ataque intergranular é confinado nos contornos da austenita-ferrita. É importante notar, entretanto, que nem todo o estudo tem  mostrado a ferrita ser incondicionalmente benéfica à resistência à corrosão geral de aços inoxidáveis fundidos. Algumas soluções atacam a fase austenítica nas ligas tratadas termicamente, ao passo que outras atacam a ferrita. Por exemplo, soluções de cloreto de cálcio atacam a austenita. Por outro lado, a solução “Cornstarch” 10° Baumé acidificada para um pH de 1,8 com ácido sulfúrico e aquecida a 135° C, ataca a ferrita. Se a resistência à corrosão é melhorada pela ferrita e para que grau, depende da composição específica da liga, do tratamento térmico e das condições de serviço (meio e estado de tensão).

FERRITA PREJUDICIAL
A ferrita pode ser prejudicial em algumas aplicações. Um cuidado deve ser à reduzida tenacidade pela ferrita, embora este não é o maior cuidado, dado à tenacidade extremamente alta da matriz austenítica. Um muito maior cuidado é para aplicações que requerem exposição a temperaturas elevadas, usualmente 315°C, e maiores, onde as mudanças metalúrgicas associadas com a ferrita podem ser severas e prejudiciais. Em aplicações que requerem que estes aços sejam aquecidos na faixa de 425 a 650°C, precipitação de carboneto ocorre nas bordas das ilhas de ferrita de forma preferencial em relação aos contornos de grão da austenita. Quando o aço é aquecido acima de 540°C as ilhas de ferrita se transformam para a fase c ou s. Se estas ilhas estão distribuídas de tal forma que uma rede contínua é formada, resulta em fragilizaçao ou uma rede de penetração de corrosão. Também, se a quantidade de ferrita é muito grande, a ferrita pode formar alinhamentos contínuos onde a corrosão acontece, produzindo uma condição similar ao ataque de contorno de grão.

No limite inferior desta faixa de temperatura, as reduções na tenacidade observadas tem sido atribuídas à precipitação de carbonetos ou reações associadas com a fragilização a 475°C. A fragilização a 475°C é causada pela precipitação de uma fase intermetálica com uma composição de aproximadamente 80Cr – 20Fe. O nome se deve ao fato de que esta fragilidade é mais severa e rápida quando ela ocorre a aproximadamente 475°C.

Para 540°C e acima, a fase ferrita pode transformar-se em um complexo composto intermetálico de ferro-cromo-níquel-molibdênio conhecido como fase s, à qual reduz a tenacidade, a resistência à corrosão e a ductilidade em fluência. A extensão da reação aumenta com o tempo e temperatura até cerca de 815°C e pode persistir até 925°C. Em casos extremos, a energia do teste Charpy V na temperatura ambiente pode ser reduzida 95% de seu valor inicial.

Para temperaturas acima de 540°C,  a austenita também tem melhor resistência à fluência que a ferrita. A fase menos resistente ferrita pode dar melhor plasticidade à liga, mas após longa exposição a temperaturas na faixa de 540 a 760°C, pode-se transformar para fase c ou s, à qual reduz a resistência ao impacto. Em alguns casos, a liga é deliberadamente envelhecida para formar a fase c ou s, e então aumentar a resistência. A austenita pode se transformar diretamente para c ou s sem passar pela fase ferrita.

Em depósitos de solda, a presença da fase c ou s é extremamente prejudicial à ductilidade. Quando soldagem para serviço na temperatura ambiente ou até 540°C, 4 a 10% de ferrita pode estar presente e isto reduzirá grandemente a tendência ao trincamento pela solda. Entretanto, para serviços à temperatura entre 540 e 815°C, a quantidade de ferrita na solda deve ser reduzida para menos que 5% para evitar fragilização devido à excessiva fase c ou s.

CONTROLE DE FERRITA
A partir da discussão anterior, é evidente que a ferrita em aços inoxidáveis austeníticos fundidos, oferece vantagens em alguns aços (notadamente nas ligas CF) e desvantagens em outras (principalmente para temperaturas elevadas). As causas fundamentais para a dependência da quantidade de ferrita na composição são encontradas no equilíbrio de fases para o sistema ferro-cromo-níquel. Este equilíbrio de fase tem sido exaustivamente documentado e relatado para os aços inoxidáveis comerciais.

Os principais componentes elementares dos aços inoxidáveis fundidos estão na composição para promover as fases austenita ou ferrita na microestrutura da liga. Cromo, silício, molibdênio e nióbio promovem a presença de ferrita na microestrutura da liga; níquel, carbono, nitrogênio e manganês promovem a presença da austenita. Pelo balanceamento das quantidades dos elementos formadores da ferrita e austenita dentro das faixas especificadas para os elementos em uma dada liga, é possível controlar a quantidade de ferrita na matriz austenítica. A liga pode usualmente ser feita completamente austenítica ou com a quantidade de ferrita até 30% ou mais na matriz austenítica.

A relação entre a composição e a microestrutura nos aços inoxidáveis fundidos permite aos fundidores prever e controlar a quantidade de ferrita de uma liga, tão bem como suas propriedades resultantes, pelo ajuste da composição da liga.