Frederico A.P. Fernandes

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1 Universidade Estadual Paulista UNESP Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira FEIS Departamento de Eng. Mecânica Programa de Pós-Graduação em Eng. Mecânica Disciplina: Ciência dos Materiais de Engenharia Frederico A.P. Fernandes Ilha Solteira 02 de outubro de 2015

2 Conteúdo - Difusão:.Introdução.Mecanismos de difusão.efeito Kirkendall.Fatores que influenciam a difusão.exemplos - Diagramas de fases:.introdução.sistemas isomorfos binários.sistemas eutéticos binários.diagrama Fe-Fe 3 C - Transformações de fases:.introdução.cinética de reações no estado sólido.alterações microestruturais em ligas Fe-Fe 3 C

3 Introdução Versatilidade dos metais:. Possibilidade de controle das propriedades;. Mecanismos de aumento de resistência:.refino de grão, solução sólida, encruamento;. Microestrutura; Importância das transformações:. Solidificação;. Recuperação, recristalização e crescimento de grão;. Precipitação;. Tratamentos térmicos;. Desenvolvimento da microestrutura; Transformação de fases

4 Transformações de fases Classificação:. Difusional;. Não-difusional; Nucleação:.Homogênea.Heterogênea Crescimento:

5 Transformações de fases Nucleação homogênea:. Solidificação de um metal puro. Raio crítico G Energia livre total G v Energia livre de volume - Energia livre de superfície r* raio crítico do núcleo Energia livre crítica ou de ativação

6 Transformações de fases Nucleação homogênea: se, logo: Raio crítico H f e - insensíveis à temperatura; Assim, G* e r* diminuem com a diminuição da temperatura. Energia livre crítica ou de ativação H f Calor latente de fusão - Energia livre de superfície r* raio crítico do núcleo T m - Temperatura de fusão Aplicações: -diversas formas de núcleos; -sólido-vapor; -sólido-líquido; -sólido-sólido (um termo a mais);

7 Transformações de fases Nucleação homogênea:.exemplo: Para a solidificação do ouro puro, calcular o raio crítico (r*) e a energia livre de ativação ( G*) se a nucleação é homogênea, ocorrendo a uma temperatura de 830 C. Os valores para o calor latente de fusão e a energia livre de superfície são -1, J/m 3 e 0,132 J/m 2, respectivamente. A temperatura de fusão do ouro é de 1060 C. Calcule também o número de átomos encontrados em um núcleo de tamanho crítico. Suponha que um parâmetro de rede de 0,413nm para o ouro sólido na sua temperatura fusão.

8 Transformações de fases Nucleação heterogênea: IL - Energia interfacial IL SI - Energia interfacial SI SL - Energia interfacial SL - Ângulo de molhamento Energia livre crítica ou de ativação ( G*):

9 Transformações de fases Nucleação:.Número de núcleos estáveis:.frequência de fixação:.taxa de nucleação:. N = n* d

10 Transformações de fases Crescimento:.ocorre por difusão atômica Solidificação S-L. G Taxa de crescimento C Fator pré-exponencial Q Energia de ativação.taxa global?? Aplicações: -sólido-vapor; -sólido-líquido; -sólido-sólido;

11 Transformações de fases Solidificação:. Zona coquilhada;. Zona colunar;. Zona equiaxial; (Seção de um lingote após vazamento)

12 Transformações de fases Transformações no estado sólido: sólido Volume transformado.energias envolvidas:.volume;.superfície;.deformação; sólido Nova interface sólido-sólido

13 Transformações de fases Sobreaquecimento vs. Super-resfriamento:.Transformações em condições fora do equilíbrio são deslocadas para temperaturas mais baixas, no caso de resfriamento, e para temperaturas mais elevadas, no caso do aquecimento..exemplo:.reação eutetóide (±20 C)

14 Cinética da transformação de fases Dependência da taxa de transformação com o tempo -Exame microscópico; -Avaliação de uma propriedade (condutividade); Equação de Avrami: y Fração da transformação t Tempo k e n Constantes (Temperatura constante) Taxa de transformação:

15 Cinética da transformação de fases Exemplo:.Recristalização de cobre (Cu) deformado à frio;.processo difusional;.comportamento da maioria das reações no estado sólido;

16 Cinética da transformação de fases Recuperação, recristalização e crescimento de grão:.recuperação: parte da energia interna é liberada devido à movimentação de discordâncias;.recristalização: formação de um novo conjunto de grãos (equiaxiais) livre de deformação;.crescimento de grão: após recristalização completa, os grãos livres de deformação continuarão a crescer;

17 Cinética da transformação de fases Recuperação, recristalização e crescimento de grão:.deformação plástica em baixas temperaturas: mudança a forma dos grãos, encruamento, aumento na densidade de discordâncias;.operações de conformação: - Trabalho a frio - Trabalho a quente (T>T rec. ) - Forjamento; - Laminação; - Extrusão; - Estiramento...

18 Cinética da transformação de fases Recuperação:. Estrutura deformada > Aniquilação > Rearranjo

19 Cinética da transformação de fases Recristalização e crescimento de grão em latão (Cu-Zn): 33% (RD) 3s 580 C 4s 580 C 8s 580 C 15min 580 C 10min 700 C

20 Cinética da transformação de fases Recristalização e crescimento de grão em latão (Cu-Zn):. Temperatura de recristalização: temperatura na qual o processo de recristalização ocorre em 1h..Recozimentos de 1h T rec. = 450 C.Metais puros: 0,3 a 0,5.T m.algumas ligas: 0,7.T m

21 Cinética da transformação de fases Recristalização e crescimento de grão:. Deformação crítica: 2-20%;. Deformação a frio aumenta a taxa de recristalização; Ferro puro

22 Cinética da transformação de fases Crescimento de grão:. Difusão atômica em pequena escala;. Migração dos contornos de grão;.crescimento de grão em latão:

23 Alterações microestruturais em ligas Fe-Fe 3 C Diagramas de transformações:. Isotérmicas (TTT);. Resfriamento contínuo (CCT); Diagramas de transformações Isotérmicas:. Temperatura constante;. Tempo para a transformação; (Reação eutetóide).liga Fe-Fe 3 C com 0,76%p. C..Transformação da austenita em perlita

24 Alterações microestruturais em ligas Fe-Fe 3 C Aço eutetóide: Diagrama TTT: Transformação tempo-temperatura Temperatura constante

25 Alterações microestruturais em ligas Fe-Fe 3 C Aço eutetóide:. Desenvolvimento microestrutural: Perlita grossa: Perlita fina:. Transformação controlada pela nucleação da perlita (727 a 540 C).

26 Alterações microestruturais em ligas Fe-Fe 3 C Bainita:. Micro-constituinte;. Bainita superior e inferior;

27 Alterações microestruturais em ligas Fe-Fe 3 C Bainita: Bainita Superior: T C Bainita Inferior: T C Perlita: 727< T< 540 C

28 Alterações microestruturais em ligas Fe-Fe 3 C Martensita:. Fase metaestável;. Não-difusional;. Ocorre por cisalhamento;. Solução sólida supersaturada; T < 230 C

29 Alterações microestruturais em ligas Fe-Fe 3 C Aço eutetóide:

30 Alterações microestruturais em ligas Fe-Fe 3 C Aço hipoeutetóide:

31 Alterações microestruturais em ligas Fe-Fe 3 C Aço hipereutetóide:

32 Alterações microestruturais em ligas Fe-Fe 3 C Tipos de martensita: Placas Ripas

33 Alterações microestruturais em ligas Fe-Fe 3 C Tipos de martensita: Placas Ripas.Aço Maraging

34 Alterações microestruturais em ligas Fe-Fe 3 C Cementita globulizada (esferoidita):. Aquecimento em temperatura abaixo da eutetóide;. Longos tempos;. Exemplo: 700 C por 18 a 24h.

35 Alterações microestruturais em ligas Fe-Fe 3 C Exemplo: a) Resfriamento rápido até 350 C, manutenção dessa temperatura por 10 4 s, e em seguida resfriamento rápido até a temperatura ambiente. b) Resfriamento rápido até 250 C, manutenção dessa temperatura por 100s, e em seguida resfriamento rápido até a temperatura ambiente. c) Resfriamento rápido até 650 C, manutenção dessa temperatura por 20s, resfriamento rápido até 400 C, manutenção dessa temperatura por 10 3 s, e em seguida resfriamento rápido até a temperatura ambiente. (Aço eutetóide)

36 Fatores que afetam a curva TTT Tamanho do grão da austenita; Homogeneidade da austenita; Composição química;

37 Fatores que afetam a curva TTT Tamanho do grão da austenita: Homogeneidade da austenita:

38 Fatores que afetam a curva TTT Composição química:.quase todos elementos de liga (exceto Al, Si e Co) aumentam a estabilidade da austenita, deslocando a curva TTT para a direita. -Baixa difusividade desses elementos; -Baixa difusividade do carbono; -Al, Si e Co deslocam a curva TTT para a esquerda; Teor de carbono:

39 Fatores que afetam a curva TTT Composição química:.separação das regiões de estabilidade;.deslocamento da curva para a direita;

40 Curvas de resfriamento contínuo Deslocamento das curvas de início e fim da transformação; Maioria das situações práticas; Aço eutetóide

41 Curvas de resfriamento contínuo Exemplos de meios de resfriamento:. A (FORNO) = Perlita grossa. B (AR) = Perlita + fina. C (AR SOPRADO) = Perlita + fina. D (ÓLEO) = Perlita + martensita. E (ÁGUA) = Martensita

42 Outros fatores importantes Efeito do tamanho da peça:. Diferentes taxas de resfriamento. Promoção de diferentes microestruturas

43 Alterações microestruturais em ligas Fe-Fe 3 C Propriedades mecânicas:. Aços compostos por perlita fina;. Aumento na resitência à tração e na dureza;

44 Alterações microestruturais em ligas Fe-Fe 3 C Propriedades mecânicas:

45 Alterações microestruturais em ligas Fe-Fe 3 C Resumo: