TRANSFORMAÇÕES DE NÃO EQUILIBRIO

TRANSFORMAÇÕES DE NÃO EQUILÍBRIO

DIAGRAMA DE FASE Fe-Fe3C

MICROESTRUTURA DOS AÇOS RESFRIADOS LENTAMENTE

(a) (b)

(c)

(a) aço com 0,45%C, (b) aço com 0,8%C E (c) aço com 0,95%C. Ataque Nital 2%

500X 500X

1000X

MICROESTRUTURAS /EUTETÓIDE

Supondo resfriamento fora do equilíbrio

EFEITOS DO NÃO-EQUILÍBRIO

Ocorrências de fases ou transformações em temperaturas diferentes daquela prevista no diagrama

Existência a temperatura ambiente de fases que não aparecem no diagrama

Cinética das transformações

•Existem diagramas que fornecem as fases e constituintes formados em um aço, em função de suas condições de resfriamento a partir do campo austenítico. Estes diagramas podem ser baseados em transformações a temperatura constante (após o material ser resfriado rapidamente a partir do campo austenítico até a temperatura de interesse), conhecidos como diagramas TTT (Tempo, Temperatura e Transformação) ou em transformações desenvolvidas durante um resfriamento contínuo, diagramas TRC (Transformação em Resfriamento Contínuo).

•Estes diagramas são experimentais, obtidos a partir de amostras de um dado aço, que são aquecidos até uma temperatura no campo austenítico e que, após permanecerem nesta temperatura por um certo tempo, são resfriados de acordo com o tipo de diagrama. A transformação da austenita pode ser acompanhada pela análise metalográfica de amostras resfriadas rapidamente, após seguirem a forma desejada de resfriamento por diferentes períodos de tempo, ou através da medida de variações com o tempo de propriedades físicas (ou outras características) dependentes da estrutura do aço, como por exemplo a liberação de calor (análise térmica), a resistividade elétrica, etc.

MICROESTRUTURAS Supondo resfriamento fora do equilíbrio

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Curvas em S para a cinética de transformação isotérmica de um aço com composição eutétóide (0,76 %C). Decomposição da fase austenita e formação dum agregado de ferrita + cementita denominado perlita.

Seção do diagrama de equilíbrio Fe-Fe3C

CINÉTICA DA REAÇÃO EUTETÓIDE EM AÇOS

CURVAS TTT

As curvas TTT estabelecem a temperatura e o tempo em que ocorre uma determinada transformação

Só tem validade para transformações a temperatura constante

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Diagrama de transformação isotermica TTT (Tempo-Transformação- Temperatura) para a reação eutetoide em aços

CINÉTICA DA REAÇÃO EUTETÓIDE EM AÇOS

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Diagrama de transformação isotermica TTT (Tempo-Transformação- Temperatura) para a reação eutetoide em aços

CINÉTICA DA REAÇÃO EUTETÓIDE EM AÇOS

CURVAS TTT

Diagrama TTT de um aço hipoeutetóide (0,44%C, 0,22%Si, 0,66%Mn,0,15%Cr)

Diagrama TRC de um aço hipoeutetóide (0,44%C, 0,22%Si, 0,66%Mn,0,15%Cr)

EXEMPLOS DE CURVAS TTT E TRC

CURVAS TTT MICROESTRUTURAS /EUTETÓIDE

CURVAS TTT AÇOS HIPOEUTETÓIDE E

HIPEREUTETÓIDE

0,35% C 0,9 %C

RESFRIAMENTO A TEMPERATURA

CONSTANTE

CURVAS TTT

RESFRIAMENTO CONTÍNUO

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

No resfriamento contínuo, as curvas TTT deslocam-se um pouco para a direita e para baixo

MICROESTRUTURAS BAINITA- Ocorre a uma temperatura inferior a do joelho- Forma de agulhas que só podem ser vista com microscópio

eletrônicoDureza: bainita superior 40-45 Rc e bainita acidular 50-60 Rc ESFEROIDITA- É obtida pelo reaquecimento (abaixo do eutetóide) da

perlita ou bainita, durante um tempo bastante longo TROOSTITA- os carbonetos precipitam de forma globular (forma escura)- Tem baixa dureza (30-40 Rc)

PERLITA

Perlita fina:

20-30 Rc

Perlita grossa:

86-97 RB

Microestrutura da Bainita contendo finíssimas agulhas das fases

MARTENSITA (dureza: 63-67 Rc)

Martensita nos aços

Martensita no titânio

A transf. Martensítica ocorre c/ aumento de

volume

MARTENSITA REVENIDA

MICROESTRUTURAS MARTENSITA- É uma solução sólida supersaturada de carbono (não se forma por

difusão)- Forma de agulhas - É dura e frágil (dureza: 63-67 Rc)- Tem estrutura tetragonal (é uma fase metaestável, por isso não

aparece no diagrama)

MARTENSITA REVENIDA- É obtida pelo reaquecimento da martensita (fase alfa + cementita)

- A dureza cai- Os carbonetos precipitam- Forma de agulhas escuras

RESUMO DAS TRANSFORMAÇÕES

AUSTENITA

Perlita

( + Fe3C) + a fase

próeutetóide

Bainita

( + Fe3C)

Martensita

(fase tetragonal)

Martensita Revenida

( + Fe3C)

Ferrita ou cementita

Resf. lentoResf. moderado

Resf. Rápido (Têmpera)

reaquecimento

FATORES QUE AFETAM A POSIÇÃO DAS CURVAS TTT

Teor de carbono

Tamanho do grão da austenita

Composição química (elementos de liga)

TEOR DE CARBONO

Quanto menor o teor de carbono (abaixo do eutetóide) mais difícil de se obter estrutura martensítica

COMPOSIÇÃO QUÍMICA – ELEMENTOS DE LIGA

Quanto maior o teor e o número dos elementos de liga, mais numerosas e complexas são as reações

Todos os elementos de liga (exceto o Cobalto)

deslocam as curvas para a direita, retardando as transformações

Facilitam a formação da martensita

*** Conseqüência: em determinados aços pode-se obter martensita mesmo com resfriamento lento

CURVAS TTT EFEITO DAS ELEMENTOS DE LIGA

AISI 1335 AISI 5140

Mesmo teor de carbono mas com diferentes elementos de liga

AISI 4340 neste aço é possível obter bainita por resfriamento contínuo

CURVAS TTT EFEITO DAS ELEMENTOS DE LIGA

AISI 1321 cementado as linhas Mi e Mf são abaixadas. Neste aço a formação da martensita não se finaliza, levando a se ter austenita

residual a temperatura ambiente.

CURVAS TTT EFEITO DAS ELEMENTOS DE LIGA

TAMANHO DE GRÃO DA AUSTENITA

Tamanho de grão grande retarda a formação da perlita, já que a mesma inicia-se no contorno

de grão

Quanto maior o tamanho de grão mais para a direita deslocam-se as curvas TTT

E consequentemente, tamanho de grão grande favorece a formação da martensita

TAMANHO DE GRÃO DA AUSTENITA

No entanto deve-se evitar tamanho de grão da austenita muito grande porque:

Diminui a tenacidade Gera tensões residuais É mais fácil de empenar É mais fácil de ocorrer fissuras

HOMOGENEIDADE DA AUSTENITA

Os carbonetos residuais ou regiões ricas em C atuam como núcleos para a formação da

perlita

Quanto homogênea a austenita mais para a direita deslocam-se as curvas TTT

Então, uma maior homogeneidade favorece a formação da martensita

TRATAMENTOS TÉRMICOS E CONTROLE DA MICROESTRUTURA

Finalidade:

Alterar as microestruturas e como consequência as propriedades mecânicas das ligas metálicas

OBJETIVOS DOS TRATAMENTOS TÉRMICOS

- Remoção de tensões internas- Aumento ou diminuição da dureza- Aumento da resistência mecânica- Melhora da ductilidade- Melhora da usinabilidade- Melhora da resistência ao desgaste- Melhora da resistência à corrosão- Melhora da resistência ao calor

PRINCIPAIS TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS

Recozimento Normalização Têmpera e revenido Coalescimento ou esferoidização

RECOZIMENTO

Objetivos:- Remoção de tensões internas devido aos

tratamentos mecânicos- Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade- Alterar as propriedades mecânicas como a

resistência e ductilidade- Ajustar o tamanho de grão- Melhorar as propriedades elétricas e magnéticas- Produzir uma microestrutura definida

NORMALIZAÇÃO

Objetivos:

Refinar o grão Melhorar a uniformidade da microestrutra

*** É usada antes da têmpera e revenido

TÊMPERA E REVENIDO

Objetivo: Obter estrutura matensítica que promove:- Aumento na dureza- Aumento na resistência à tração- Redução na tenacidade

*** A têmpera gera tensões deve-se fazer revenido posteriormente

REVENIDO

*** Sempre acompanha a têmpera

Objetivos:- Aliviar ou remover tensões da têmpera- Corrigir a dureza e a fragilidade,

aumentando consequentemente a tenacidade

ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO

ObjetivoObtenção de uma estrutura globular ou esferoidal

de carbonetos no aço, com o qual: Melhora a usinabilidade, especialmente dos aços

alto carbono facilita a deformação a frio