DIAGRAMAS TTT Prof. Dr. Anael Krelling 1
MATERIAIS METÁLICOS Ampla gama de propriedades mecânicas Mecanismos de aumento de resistência Refino do tamanho de grão Formação de solução sólida Encruamento Outras técnicas através de alterações da microestrutura Transformações de fases 2
Transformações de Fases Envolve alterações da microestrutura Três tipos de transformações Dependem da difusão e não há alterações do número e composição de fases Solidificação de um metal puro Transformações alotrópicas Recristalização e crescimento de grão Dependem da difusão e há alterações nas composições das fases e, frequentemente, no número de fases Reação eutetóide Sem difusão com produção de uma fase metaestável Reação martensítica 3
TRANSFORMAÇÕES MULTIFÁSICAS Transformações de fase são induzidas através de alterações de temperatura tratamentos térmicos. Corresponde a se cruzar um contorno entre fases no diagrama de fases composição-temperatura à medida que uma liga é aquecida ou resfriada. A maioria das transformações necessita de um tempo finito para atingir sua conclusão. Velocidade ou taxa importante na relação entre o tratamento térmico e o desenvolvimento da microestrutura. 4
Limitação do diagrama de fases NÃO indica o tempo necessário para que o equilíbrio seja atingido. Taxa de aproximação do equilíbrio muito lenta estruturas em verdadeiro equilíbrio raramente são atingidas. Resfriamento em condições de equilíbrio inviável na prática. Para condições fora do equilíbrio transformações deslocadas para temperaturas mais baixas (resfriamento). Ocasionalmente deseja-se estruturas metaestáveis diferentes daquelas obtidas nas condições de equilíbrio - INFLUÊNCIA DO TEMPO nas transformações de fases. 5
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS (CURVAS TTT) Servem para indicar quanto tempo se deve ficar a determinada temperatura para atingir o grau de transformação desejado. Indicam as transformações que ocorrem tendo o tempo como variável. São geradas a partir de gráficos de fração de transformação em função do logaritmo do tempo para diferentes temperaturas. Válido para uma única liga Fe-C. Precisos somente quando a temperatura da liga é mantida constante. 6
PERLITA Reação Eutetóide: Para uma liga ferro-carbono com composição eutetóide (0,76%p C), a fração reagida isotermicamente em função do log do tempo para transformação de austenita em perlita 7
Demonstração de como um diagrama de transformação isotérmica (parte inferior) é gerado a partir de medições da porcentagem da transformação em função do logaritmo do tempo. 8
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Fotomicrografias de amostras de (a) perlita grosseira e (b) perlita fina. 11
A razão entre as espessuras das camadas de ferrita e de cementita na perlita é de aproximadamente 8 para 1. A espessura absoluta da camada depende da temperatura na qual se deixa prosseguir a transformação isotérmica. Em temperaturas imediatamente abaixo da eutetóide são produzidas camadas relativamente grossas, tanto para a ferrita quanto para a cementita devido ao fato das taxas de difusão serem relativamente altas, dessa forma, os átomos de carbono podem se difundir ao longo de distâncias relativamente longas. A estrutura é conhecida como perlita grosseira. Com a diminuição da temperatura, a taxa de difusão do carbono também diminui, e as camadas se tornam progressivamente mais finas. A estrutura é conhecida como perlita fina. 12
Para ligas Fe-C com outras composições, uma fase proeutetóide (ferrita ou cementita) irá coexistir com a perlita. Dessa forma, também devem ser incluídas no diagrama de transformação isotérmica as curvas adicionais que correspondem a uma transformação proeutetóide. Diagrama de transformação isotérmica de uma liga Fe-C contendo 1,13%p C: A, austenita; C, cementita proeutetóide; P, perlita. 13
BAINITA Temperatura abaixo daquela na qual a perlita fina se forma são formados outros microconstituintes. Bainita Bainita Superior Bainita Inferior DIAGRAMAS TTT Consiste em ferrita e cementita, porém com arranjos distintos da estrutura lamelar da perlita. Entre 300 e 540 C - Bainita Superior - série de ripas paralelas (tiras finas e estreitas) ou agulhas de ferrita separadas por partículas alongadas de cementita. 14
Entre 200 e 300 C - Bainita Inferior ferrita na forma de placas finas e partículas estreitas de cementita (forma de bastões ou lâminas muito finas) se formam no interior das placas de ferrita. Micrografia eletrônica de transmissão de réplica que mostra a estrutura da bainita superior. 15
Natureza dupla: apresentando propriedades típicas de transformação com nucleação e crescimento (como na formação da perlita), mas apresenta ao mesmo tempo características semelhantes à transformação martensítica. Envolve mudanças de composição difusão de C, diferente da reação Martensítica. Bainíta não é fase, é uma mistura de ferrita + carbonetos. Grande quantidade de defeitos material duro (frágil) 16
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CEMENTITA GLOBULIZADA DIAGRAMAS TTT Aquecimento de uma liga de aço com microestrutura perlítica ou bainítica a temperatura abaixo da temperatura eutetóide, por longo período (700 C, 18 24h) cementita globulizada força motriz é a redução na área de contornos entre as fases α e Fe 3 C. Fotomicrografia de um aço que possui uma microestrutura de cementita globulizada. As partículas pequenas são de cementita, a fase contínua consiste em ferrita α. 18
Fotomicrografia de um aço que se transformou parcialmente em cementita globulizada. 19
MARTENSITA Resfriamento rápido (temperadas) até uma temperatura baixa. Transformação polimófica, CFC TCC. Transformação com ausência de difusão. 20
Ocorre quase instantaneamente (quase 1/3 da velocidade do som). A energia de ativação para o crescimento de uma placa é muito baixa. Dois tipos de estruturas martensíticas nas ligas Fe-C: <0,6%p C em ripas (placas longas e finas, tais como lâminas de uma folha de grama) lado a lado alinhadas paralelamente. >0,6%p C lenticular (placas). Aparência em forma de agulhas. Não aparece no diagrama de fases fora do equilíbrio. No diagrama isotérmico linhas horizontais (início, 50% e 90%). Independente do tempo (depende exclusivamente da temperatura). A nova fase não cresce não há transformação por nucleação e crescimento. 21
Não há transformação isotérmica formação de martensita pára com a parada do resfriamento. A martensita é dura, resistente e frágil porque não possui estrutura cúbica (é tetragonal) e todo o C permanece em solução sólida. Quanto maior a % de C, maior será a dureza da martensita. 22
Em branco austenita retida Austenita que não se transformou no processo de resfriamento rápido. Fotomicrografia mostrando a microestrutura martensítica lenticular ou em placas 23
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REVENIMENTO DA MARTENSITA 1. (Temperatura ambiente até 200 C) a martensita se transforma em um precipitado de transição cuja composição varia de Fe 2 C a Fe 3 C. 2. (de 200 a 300 C) qualquer austenita retida se decompõe em bainita (mescla fina de ferrita e cementita). 3. (de 260 a 360 C) a martensita de baixo carbono e o carboneto ε, se decompõem em ferrita e cementita. 4. (de 360 até a temperatura eutetóide, 727 C) se produz uma esferoidização e um crescimento das partículas de carboneto. 25
MEV de aço temperado e revenido a 594 C, mostrando a Martensita Revenida (partículas de cementita em matriz de ferrita). 9300X 26
Fragilização por Revenido 27
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INFLUÊNCIAS NOS DIAGRAMAS TTT Elementos de liga (Cr, Ni, Mo e W) alterações significativas na posição e formas das curvas TTT. 29
Diagrama de transformação isotérmica para um aço-liga (tipo 4340): A, austenita; B, bainita; P, perlita; M, martensita; F, ferrita proeutetóide. 30
EXERCÍCIO: Descrever as estruturas formadas (em termos dos microconstituintes presentes e das porcentagens aproximadas). 31
COMPORTAMENTO MECÂNICO DE LIGAS Fe-C 32
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Com difusão Sem difusão 35