Emprego dos Aços Bainíticos

Há um grande mercado para o emprego dos aços com resistência até 1000 MPa e teor total de elemento de liga raramente superior a 2%. Os aços bainíticos são ideais para estas aplicações. No entanto, deve-se planejar cuidadosamente a forma da peça para garantir a microestrutura correta. Aços com temperabilidade inadequada tendem a formar mistura de ferrita alotriomorfa e bainita. Deve-se tomar cuidado ao fato que para melhorar a temperabilidade pode ocorrer a transformação parcial da martensita. A solução para aços baixa liga e aços baixo carbono é adicionar pequenos teores de boro e molibdênio para suprimir a formação da ferrita alotriomorfa. O boro aumenta a capacidade de endurecimento da bainita. A adição de outro soluto, na presença de boro, evita a formação de martensita. Uma composição típica pode ser Fe - 0,1C - 0,25Si - 0,50Mn - 0,55Mo - 0,003B. Aços como este sofrem transformação em bainita com baixa quantidade de martensita com tratamento térmico de normalização.

A maioria dos aços bainíticos modernos são produzidos com baixo teor de carbono e outros elementos de liga. Eles são processados com resfriamento elevado para obter a microestrutura bainítica. A concentração de liga reduzida não só lhe garante boa soldabilidade mas, também uma grande resistência devido a refinamento da bainita.

Entre os diversos tipos de aços bainíticos disponíveis comercialmente destacam-se os aços bainíticos ultra baixo carbono com alta soldabilidade, os aços com alta resistência mecânica que competem com os aços liga temperados e revenidos, os aços com resistência a fadiga usados durante décadas na indústria de geração de energia elétrica, os aços para forjamento com qualidades melhores que os martensíticos por exigirem menor processamento, os aços inoculados, nos quais a nucleação da bainita é induzida a ocorrer em partículas intragranulares para produzir uma microestrutura caótica com melhor resistência à propagação de trincas, etc. Os aços com ultra alta resistência consistem de uma mistura de ferrita bainítica, martensita e austenita retida. Eles têm a temperabilidade alterada pela adição de manganês, cromo e níquel e, normalmente possuem elevado teor de silício (cerca de 2%) para prevenir a formação de cementita (Figura). Aços de alta resistência possuem baixo teor de impurezas e concentração de inclusões, em conseqüência apresentam suscetibilidade para formar partículas de cementita, o que deve ser evitado ou se ocorrer deve ser fina.

Liga                    | C       Si     Mn   Ni   Mo    Cr    V   B       Nb   Otros 
Aços bainíticos antigos | 0.10   0.25   0.5   -    0.55   -    -   0.003   -    
Ultra baixo carbono     | 0.02   0.20   2.0   0.3  0.30   -    -   0.010   0.05  
Ultra alta resistência  | 0.20   2.00   3.00  -    -      -    -   -       -   
Resistente a fadiga     | 0.15   0.25   0.50  -    1.00   2.3  -   -       -   
Liga para forjamento    | 0.10   0.25   1.00  0.5  1.00   -    -   -       0.10   
Inoculado	        | 0.08   0.20   1.40  -    -      -    -   -       0.10   0.012 Ti 

Composição química de aços bainíticos típicos, percentual em peso

Aços com média resistência e com reduzido teor de liga têm aplicação na indústria automobilística, como por exemplo em barras de reforço para resistir impacto e proteger contra colisões laterais. Outra aplicação na indústria automobilística é a aplicação de componentes forjados como virabrequim. Estas peças eram anteriormente feitas com aços martensíticos, com operações de forjamento, endurecimento, revenido, desempenamento e finalmente alívio de tensões. Todas as operações de tratamento térmico foram substituídas por resfriamento controlado a partir da temperatura de forjamento para induzir a formação da microestrutura bainítica, com redução de custo.

Os aços bainíticos resistentes a fadiga têm sido usados na indústria de geração de energia elétrica desde o início da década de 40. Sua temperabilidade permite o projeto de componentes com diâmetro de 1 metro e com garantia de formação de bainita em toda sua seção com refriamento contínuo. Emprega-se cromo e molibdênio para garantir a temperabilidade e durante o tratamento térmico subsequente há precipitação de carbonetos finos que melhoram a resistência à fadiga.

Com a adição controlada de partículas não metálicas na fase líquida do aço pode-se induzir a nucleação intergranular de bainita nas inclusões inoculadas, com maior intensidade que nos contornos da austenita. Esta nucleação intergranular é chamada ferrita acicular. A microestrutura é mais desorganizada com maior tendência a tornar a trinca com deslocamento em zig zag. Os aços inoculados são disponíveis comercialmente e são empregados em aplicações estruturais como na fabricação de anéis usados em ambientes agressivos.