Ciências dos materiais- 232

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1 1 Ciências dos materiais- 232 Transformações de Fase em Metais e Microestruturas Quinta Quinzenal Semana par 05/05/ Professor: Luis Gustavo Sigward Ericsson Curso: Engenharia Mecânica Série: 5º/ 6º Semestre _CM_Aula05_TransformacaoF

2 Diagrama de Fases O diagrama de equilíbrio mostra as transformações físicas e químicas possíveis, mas não dá informações sobre o tempo necessário para que elas ocorram. As transformações de fase, normalmente, envolvem a formação de pelo menos uma nova fase com composição e estrutura cristalina diferentes da original. Para que isso ocorra são necessários rearranjos atômicos por difusão (tempo para que ocorra). 2

3 Transformações de Fase Existem 2 etapas para a transformação de : Nucleação formação de núcleos da nova fase em meio à original, ocorre preferencialmente nos contornos de grão Crescimento núcleos estáveis da nova fase aumentam de tamanho, enquanto o volume da fase original diminui. 3

4 Fração de transformação, y Aula 5 - Transformações de Fase Cinética de Transformação Nucleação Crescimento Logaritmo do tempo de aquecimento, t 4

5 Cinética de Transformação Porcentagem de recristalização isotérmica em função do tempo para cobre puro 5

6 Curvas TTT (Tempo Temperatura Transição) 6

7 Curvas TTT para um aço Quando é feito um resfriamento lento a austenita transforma-se em perlita. Um aumento na taxa de resfriamento altera de modo significativo a microestrutura do material resultante. O diagrama TTT mostra quando uma transformação específica inicia e termina e mostra qual a porcentagem de transformação de austenita foi atingida a uma dada temperatura 7

8 Curva TTT para um aço eutetóide Cinética da reação eutetóide em aços fora do equilíbrio 8

9 Curva TTT para aço eutetóide Temperatura de austenitização Como a martensita não envolve difusão, a sua formação ocorre instantaneamente (independente do tempo, por isso na curva TTT a mesma corresponde a uma reta). Martensita +Fe 3 C Perlita 9

10 Curvas de Resfriamento 10

11 Resfriamento Contínuo (Aço Eutetóide) C A A (FORNO) = Perlita grossa B (AR) = Perlita + fina (+ dura que a anterior) C (AR SOPRADO) = Perlita + fina que a anterior D (ÓLEO) = Perlita + martensita E (ÁGUA) = Martensita E D B 11

12 Microestruturas em Curvas TTT Perlita Bainita Martensita 12

13 Microestruturas - Resfriamento Rápido MARTENSITA - A martensita se forma quando o resfriamento for rápido o suficiente de forma a evitar a difusão do carbono, ficando o mesmo retido em solução. Como consequência disso, ocorre a transformação polimórfica mostrada ao lado. - Como a martensita não envolve difusão, a sua formação ocorre instantaneamente (independente do tempo). AUSTENITA TRANSFORMAÇÃO ALOTRÓPICA COM AUMENTO DE VOLUME, que leva à concentração de tensões MARTENSITA cúbico 13

14 Microestruturas - Resfriamento Rápido MARTENSITA É uma solução sólida supersaturada de carbono (não se forma por difusão) Microestrutura em forma de agulhas É dura e frágil (dureza: HRC) Tem estrutura tetragonal cúbica (é uma fase metaestável, por isso não aparece no diagrama) Na martensita todo o carbono permanece intersticial, formando uma solução sólida de ferro supersaturada com carbono, que é capaz transformar-se em outras estruturas, por difusão, quando aquecida. 14

15 Microestruturas - Resfriamento Rápido MARTENSITA REVENIDA É obtida pelo reaquecimento da martensita (fase alfa + cementita) A dureza cai Os carbonetos precipitam Forma de agulhas escuras 15

16 Microestruturas - Resfriamento Moderado BAINITA Ocorre a uma temperatura inferior a do joelho Forma de agulhas, contendo ferrita e cementita, que só podem ser vista com microscópio eletrônico Dureza: bainita superior HRC e bainita acicular HRC ESFEROIDITA É obtida pelo reaquecimento (abaixo do eutetóide) da perlita ou bainita, durante um tempo bastante longo 16

17 Microestruturas - Resfriamento Lento Perlita grosseira Perlita fina Perlita grosseira Perlita fina 17

18 Fatores que afetam a posição das curvas TTT para aços Composição química (Elementos de liga) 18

19 Fatores que afetam a posição das curvas TTT para aços Tamanho do grão de austenita Quanto maior o tamanho de grão mais para a direita deslocam-se as curvas TTT. Tamanho de grão grande dificulta a formação da perlita, já que a mesma inicia-se no contorno de grão. Tamanho de grão grande favorece a formação da martensita. Tamanho de grão grande: diminui a tenacidade; gera tensões residuais; é mais fácil de empenar; é mais fácil de ocorrer fissuras. 19

20 Transformações Resf. lento Perlita ( + Fe 3 C) + fase próeutetóide AUSTENITA Resf. moderado Bainita ( + Fe 3 C) Resf. Rápido (Têmpera) Martensita (fase tetragonal) reaquecimento Ferrita ou cementita Martensita Revenida ( + Fe 3 C) 20

21 Fatores que afetam a posição das curvas TTT para aços 1- Explique o que são e para que servem as curvas do diagrama TTT. 2- Quais são os fatores que afetam a posição das curvas TTT para aços. Explique-os. 3- Faça uma tabela com as características da: a-ferrita b-cementita c-perlita d-austenita e-martensita 21