A influência do mangânes no aço O manganês (Mn) é considerado, depois do carbono, como o elemento de liga de adição mais importante para o aço ter melhor resposta ao tratamento térmico
inShare É comum dizer que todo t odo mundo e todas as coisas tem seus 15 minutos de fama em algum lugar, em algum tempo e de alguma forma. Desta forma, para o manganês, este tempo é agora. O efeito de um determinado elemento de liga tanto no processo de fabricação do aço como na resposta deste aço ao tratamento térmico depende do elemento de liga de forma individual e das suas interações (complexas) com os demais elementos de liga, tanto individual quanto coletivamente. O manganês (Mn) é considerado, seguindo o carbono, como o elemento de adição mais importante para o aço. Vamos entender mais. Partindo-se estritamente da perspectiva do tratador térmico, o objetivo de se adicionar elementos de liga ao aço é melhorar a resposta do material ao tratamento térmico, que por sua vez resulta em propriedades físicas e mecânicas do aço melhores. A adição de elementos de liga pode ser feita f eita por uma ou mais das seguintes razões: • Aumentar a temperabilidade • Ajudar a reduzir a distorção das peças • Produzir um tamanho de grão mais fino r edução considerável considerável da ductilidade • Melhorar a resistência à tração sem redução • Evitar trincas de têmpera • Ganhar tenacidade • Alcançar melhor resistência ao desgaste • Melhorar a dureza a quente • Alcançar melhor resistência à corrosão
Além de sua função na desoxidação desoxidação do aço aço e modificação dos sulfetos sulfetos presentes, o manganês é um elemento de liga com função f unção maior, tem interações complexas com o carbono e é utilizado para controlar inclusões. O manganês é benéfico para a qualidade superficial em todas as faixas de carbono, exceto para os aços efervescentes (<0,15%C) e é particularmente benéfico em aços com alto enxofre. O Mn contribui para resistência e dureza, mas em um grau menor ao do carbono. O aumento depende da quantidade de carbono, tendo o Mn maior efeito sobre os aços com alto carbono. Altos teores de Mn diminuem a ductilidade e a soldabilidade (mas em menor grau que o C). O Mn também aumenta a taxa de penetração do carbono durante a cementação.
Fig. 1. Efeito do manganês na forma do campo austenítico [2]
Os efeitos do manganês podem ser resumidos como: 1. Diminui a temperatura na qual a austenita começa a se decompor 2. Aumenta a região austenítica metaestável e atrasa o início de qualquer reação de decomposição da austenita 3. Favorece a formação de bainita inferior e suprime a reação da bainita superior em transformação isotérmica 4. É o elemento de liga mais efetivo para a diminuição da temperatura de início da transformação martensítica (Ms) 5. Favorece a formação de martensita 6. Tem pequeno efeito na resistência da martensita e na mudança de volume da austenita para martensita 7. Tem efeito pequeno ou nulo sobre o endurecimento por solução sólida na austenita e entre 30-40 MN/m2 por % em peso na ferrita (o Mn aumenta a taxa de endurecimento por deformação devido a diminuição da energia de falha de empilhamento da austenita) 8. Devido a diminuição da temperatura Ms, o Mn evita o efeito deletério de autorevenimento 9. Substancial refinamento de grãos devido a diminuição da temperatura de transformação 10. Em geral, diminui a temperatura de transição dúctil-frágil (devido a ação do refinamento do grão) 11. Aumenta a propensão a trincas em soldas devido ao seu efeito na temperabilidade. A severidade da sua influência depende, em grande parte, do t ipo de aço e técnica de soldagem empregada 12. Não aumenta a susceptibilidade do aço a f ratura devido a absorção de hidrogênio 13. Melhora o limite de fadiga 14. Reduz o número de ciclos para falha sob condições de alta deformação 15. Forma 5 carbonetos (Mn23C5, Mn15C4, Mn3C, Mn5C2 e Mn7C3), sendo o Mn3C o dominante, o qual forma uma faixa contínua de solução sólida com o Fe3C, reduzindo assim a solubilidade do carbono no ferro 16. Previne a formação de cementita fragilizante em contorno de grão 17. Suprime o limite de escoamento em estampagem profunda de aços devido ao efeito do refinamento dos grãos 18. Suprime o envelhecimento por deformação 19. Se combinado com o nitrogênio, apresenta efeito de endurecimento por solução sólida e melhora as propriedades em altas temperaturas 20. Aumenta a faixa de uso dos aços baixo carbono 21. Tem forte influência na morfologia da perlita em aços alto carbono 22. Aumenta a faixa de uso dos aços alto carbono devido a suas ações no refinamento do grão e da perlita 23. Aumenta os valores de resistência nos aços bainíticos devido a redução no tamanho de grão e aumento no endurecimento por dispersão 24. Permite que aços bainíticos sejam produzidos por endurecimento ao ar 25. Aumenta a temperabilidade
Fig. 2. Efeito dos elementos de liga na temperabilidade – fatores de multiplicação
Grossman [2] 26. Diminui a velocidade das reações de revenimento na martensita 27. Auxilia a precipitação de interfases 28. Melhora as propriedades de austêmpera e martêmpera 29. Aumenta a fragilidade ao revenido, a não ser que a quantidade de carbono seja muito baixa e os traços de impurezas sejam mínimos 30. Em aços para molas, promove ductilidade e tenacidade a fratura sem perda indevida da resistência à tração 31. Reduz o risco de fragilidade e fissuras a quente quando a relação Mn/S é maior que 20:1, devido a formação de um eutético com o enxofre com ponto de fusão mais alto que o sulfeto de ferro 32. Tem alta influência na anisotropia da tenacidade em aços trabalhados devido a habilidade de deformação do sulfeto de manganês durante o trabalho a quente 33. Forma 3 morfologias de sulfeto de manganês (Tipo I, II e III), que são dependentes do estado de oxidação do aço 34. Melhora a usinagem dos aços 35. Aumenta a estabilidade da austenita 36. Tem tamanho atômico próximo ao do ferro (Mn = 3,58Å e Fe = 3,44Å) 37. Diminui a energia de falha de empilhamento da austenita (em contraste com outros elementos de liga como o cromo ou o ferro) 38. Permite diminuir a temperatura de solução para os tratamentos de endurecimento por precipitação em austenitas altamente ligadas devido ao aumento na solubilidade de carbono 39. Forma compostos intermetálicos adequados para aços austeníticos endurecíveis por precipitação 40. Tem fator determinante no controle do processo de precipitação que ocorre durante a transformação isotérmica para austenita 41. Aumenta a taxa de penetração de carbono durante a cementação 42. Contribui, quando combinado com nitrogênio, para o desempenho dos aços inoxidáveis austeníticos endurecíveis por deformação 43. Melhora a resistência a corrosão a quente em atmosferas sulfurosas 44. Melhora a resistência ao desgaste em aços austeníticos contendo carbono quando a quantidade de carbono está entre 12 e 14% 45. Melhora a resposta dos aços baixa liga aos tratamentos termomecânicos 46. Aumenta a resistência de aços como os maraging pela produção de uma estrutura austenítica utilizando compósitos contendo manganês 47. Melhora o desempenho de aços TRIP 48. Promove o comportamento ferro-elástico em determinados aços 49. Menor tendência a segregação dentro de lingotes 50. Em geral, melhora a qualidade superficial
Fig. 3. Seções isotérmicas do diagrama ternário Fe-Mn-C a 600°C, 800°C e 1000°C Em resumo O manganês é o tipo de elemento de adição que é facilmente negligenciado, mas pode ter um papel bastante significativo ajudando os aços a ati ngir suas propriedades mecânicas e metalúrgicas (por exemplo, dureza ao austemperar um aço de médio a alto carbono).
