Diagramas de fases II

Transformação Congruente

Transformação Peritética

Transformação Eutetóide

Sistema Ferro Carbono

TECNOLOGIA MECÂNICA

Diagramas e Transformações de Fases

Lorena Bertranda

Reação Congruente

Intermediary composition

Não ocorre mudança de composição química das fases

envolvidas na transformação

Reação Peritética e Reação Eutetóide

heating

cooling

heating

cooling

L(eutetóide) (peritética)

Sistema Ferro- carbono

Reações Invariantes no Sistema Fe-C

Reação Peritética

)%18.0()%5.0()%1.0( 1493CwtCwtLCwt Co

OBS: a linha horizintal sempre indica que existe uma reação

invariante em diagramas de fases binários

Reação eutética

)%67.6()%1.2()%3.4( 3

1150 CwtCFeCwtCwtL Co Reação eutetóide

)%67.6()%02.0()%8.0( 3

725 CwtCFeCwtCwtCo

Sistema Ferro- carbono

Aço Eutetóide

+Fe3C

Perlita

Aço hipoeutetóide

+Fe3C

Perlita + ferrita proeutetóide

Aço hiperutetóide

+Fe3C

cementita proeutetóide

Ferrita Austenita

9

Reação Eutetóide

CFeCo

3

725 0.8 0.02 6.67

cool

Perlita

Reação Eutetóide

Reação Eutetóide

CFeCo

3

725 0.8 0.02 6.67

cool

Perlita

Quantidade de Fe3C na perlita

Linha vermelha acima da Temp. eutetóide

117.065.6

78.0

02.067.6

02.08.03

pearlite

CFf

Desenvolvimento microestrutural em aços hipoeutetóides

Figura 4.18 - a)Nucleação e

crescimento da ferrita (Fe-) nos

contornos de grão da austenita

(Fe-)

b)Crescimento da ferrita (Fe-)

c)Crescimento de perlita a partir

da austenita residual

d) Microestrutura de um aço 0,2%

C resfriado lentamente.

Desenvolvimento microestrutural em aços hipoeutetóides

Ferrita

Proeutetóide

Perlita

Microestrutura de um aço hipereutetóide, 0,4 % C

Desenvolvimento microestrutural em aços hipoeutetóides

fperlita abaixoTE = faustenita acima TE

“Tie-Line” acimada temperatura eutetóide TE

54.078.0

42.0

02.08.0

38.08.0

pearlitef

54.078.0

42.0

2.08.0

38.08.0

pearlitef

Quantidade de microconstituintes - Regra da alavanca

Desenvolvimento da microestrutura em aços

hipereutetóides

Desenvolvimento da microestrutura em aços

hipereutetóides

Representação esquemática das transformações de fases em um aço

hipereutetóide.

Microestrutura de um aço

hipereutetóide, 1,4 % C

cementita

Proeutetóide em

contornos de grão da

antiga austenita

Perlita

Desenvolvimento da microestrutura em aços

hipoeutetóides

F cementita proeutetóide= fcementita acima TE

10.087.5

6.0

8.067.6

8.04.1

cementiteidproeutectof

Quantidade de microconstituintes - Regra da alavanca

20

TRANSFORMAÇÕES DE FASE EM AÇOS – DIAGRAMA DE EQUILIBRIO Fe – Fe3C

Diagrama de transformação

isotermica TTT (Tempo-

Transformação- Temperatura)

para a reação eutetoide em aços

CINÉTICA DA REAÇÃO EUTETÓIDE EM AÇOS

Diagrama de transformação isotermica TTT (Tempo-Transformação- Temperatura) para a

reação eutetoide em aços

CINÉTICA DA REAÇÃO EUTETÓIDE EM AÇOS

Transformações sem difusão: martensíticas

• O diagrama TTT para o aço 1080 mostrado anteriormente não dava nenhuma informação abaixo de 2500 C. Na figura abaixo pode-se ver que ocorre um processo diferente em baixas temperaturas.

Transformação bainítica

• Na faixa de temperaturas em que ocorre essa transformação, a difusão do carbono (intersticial) é significativa, no entanto, a difusão do ferro (substitucional) é praticamente nula. Tem-se assim uma transformação mista – difusional quanto ao C e martensítica quanto ao Fe.

• O resultado é uma microestrutura composta por bainita de aspecto bastante similar ao da martensita, porém não frágil.

25

Morfologia da Bainita

Bainita

Resumo

- A bainita ocorre a uma temperatura inferior a

do joelho.

- Ela se apresenta na forma de agulhas,

contendo ferrita e cementita, que só podem ser

vistas com microscópio eletrônico

- Dureza: bainita superior 40-45 Rc e bainita

acicular 50-60 Rc

DIFERENÇAS ENTRE OS MECANISMOS DE

FORMAÇÃO DA PERLITA E DA BAINITA

.

Microestrutura da Martensita mostrando estrutura de agulhas

Por que a martensita apresenta elevada dureza?

- resfriamento rápido Supersaturação em carbono distorção do reticulado cristalino

formação da estrutura cristalina tetragonal de corpo centrado grande aumento de

resistência mecânica.

- O aumento de dureza ocorre porque a estrutura está com muitas tensões internas e

supersaturada em carbono, impedindo o movimento de discordâncias.

- A dureza depende do teor de carbono. Aços com baixo carbono não poderão ser

endurecidos por transformação martensíticas (mínimo=0,3% e dureza máxima ocorre para

0,6%).

- A reação martensítica é adifusional.

Reação martensítica:

Para temperaturas próximas a 200oC resfriamento rápido não há tempo para a

difusão do carbono e este permanece em solução sólida (ver figura abaixo).

A martensita é uma fase dura e

frágil.

Sua dureza aumenta com o

teor de carbono do aço.

TÊMPERA DOS AÇOS (fases de não equilíbrio)

Martensita

Dureza da martensita em função do teor de carbono

Martensita

Tipos de martensita

Transformação martensítica

• Duas linhas horizontais foram adicionadas para representar a ocorrência de um transformação adifusional, conhecido como transformação martensítica.

• É sempre possível evitar a difusão através do resfriamento rápido da austenita. A austenita permanece instável permitindo a formação de martensita, microconstituinte duro, porém frágil.

.

Microestrutura da Martensita mostrando estrutura de agulhas

Transformação nos aços hipoeutetóides

a) Nucleação e crescimento da ferrita (Fe-) nos contornos de

grão da austenita (Fe-)

b) Crescimento da ferrita (Fe-)

c) Crescimento de perlita a partir da austenita residual

d) Microestrutura de um aço 0,4% C resfriado lentamente.

Resumo: Cinética da decomposição da austenita em aços

Diagrama TTT para a decomposição da austenita em aços ao carbono

37

Curva TTT para Aços Hipoeutetóides

Curva TTT para Aços Hipoeutetóides

Fatores que afetam a posição das curvas TTT

- tamanho de grão: o aparecimento de núcleo de novas fases ocorrem

preferencialmente nos contornos dos grãos, e portanto, com a diminuição

do tamanho do grão aumenta a área total do contorno. O material com

granulação fina terá tendência a apresentar maior velocidade de

nucleação, pois este apresenta maior número de pontos de

transformação, portanto o de granulação grosseira terá maior

temperabilidade;

- elementos de liga: a presença de elementos de liga provoca alterações

que afetam não só a mobilidade do carbono, mas principalmente a

velocidade de nucleação das novas fases. Os elementos de liga( exceto

níquel e cobre) diminuem a velocidade de difusão do carbono,

aumentando a temperabilidade, isto é, dificultam a transformação por

nucleação e o crescimento. Isto mostra que seu efeito no mecanismo de

formação de novas fases é retardado.

Efeito dos elementos de liga na forma e na posição das

curvas TTT

Aço com 0,37% C, 0,68%Mn e 3,41% Ni

Efeito dos elementos de liga na forma e na posição das

curvas TTT

Diagrama TTT de um aço baixo molibdênio (0,4%C 0,2%Mo).

Efeito dos elementos de liga na forma e na posição das curvas TTT

Aço com 0,42% C, 0,78%Mn e 1,79% Ni, 080%Cr e 0,38%Mo