11

Transformações de fases em Transformações de fases em metais e microestruturasmetais e microestruturas

- Conceitos básicos- Conceitos básicos

- Alterações microestruturais das ligas Fe-C e - Alterações microestruturais das ligas Fe-C e propriedades (curvas Temperatura-Tempo-propriedades (curvas Temperatura-Tempo-Transformação).Transformação).

22

RResfriamento fora do equilíbrioesfriamento fora do equilíbrio

EFEITOS DO NÃO-EQUILÍBRIOEFEITOS DO NÃO-EQUILÍBRIO

• Ocorrências de fases ou Ocorrências de fases ou transformações em temperaturas transformações em temperaturas diferentes daquela prevista no diferentes daquela prevista no diagramadiagrama

• Existência a temperatura ambiente Existência a temperatura ambiente de fases que não aparecem no de fases que não aparecem no diagramadiagrama

• Cinética das transformações Cinética das transformações

equação de Arrhenius: equação de Arrhenius: r=A r=A expexp-Q/RT-Q/RT

33

TRANSFORMAÇÕES DE FASETRANSFORMAÇÕES DE FASE

COM DIFUSÃOCOM DIFUSÃOo Sem variação no número e composição de fases

Ex: solidificação metal puro e transformação Ex: solidificação metal puro e transformação alotrópicaalotrópica

o Com variação no número e composição de fasesEx: Transformação eutética, eutetóide...Ex: Transformação eutética, eutetóide...

SEM DIFUSÃOSEM DIFUSÃOo Ocorre com formação de fase metaestável

Ex: transformação martensíticaEx: transformação martensítica

A maioria das transformações de fase no estado sólido não ocorre instantaneamente, ou seja, são dependentes do tempo

44

CURVAS TTTCURVAS TTT

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

• Só tem validade para Só tem validade para transformações a temperatura transformações a temperatura constante constante

55

CURVAS TTTCURVAS TTT

início final

66

Ex 1: CURVA TTTEx 1: CURVA TTT PARA AÇO PARA AÇO EUTETÓIDEEUTETÓIDE

Temperatura de austenitização

+Fe3C

Perlita

-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

77

EX 2: CURVAS TTTEX 2: CURVAS TTT PARA AÇO PARA AÇO EUTETÓIDE COM ASEUTETÓIDE COM AS DUREZAS DUREZAS ESPECIFICADAS DAS MICROESTRUTURASESPECIFICADAS DAS MICROESTRUTURAS

Perlita grossa ~86-97HRB

Perlita fina ~20-30HRC

Troostita ~30-40HRC

Bainita superior ~40-45 HRC

Bainita inferior~50-60 HRC

Martensita 63-67 HRC

88

Ex 3: ALGUMAS CURVAS DE Ex 3: ALGUMAS CURVAS DE RESFRIAMENTO A RESFRIAMENTO A TEMPERATURA CONSTANTETEMPERATURA CONSTANTE, PARA UM AÇO , PARA UM AÇO EUTETÓIDE, E AS RESPECTIVAS MICROESTRUTURAS EUTETÓIDE, E AS RESPECTIVAS MICROESTRUTURAS FORMADAS PARA CADA UM DOS CASOSFORMADAS PARA CADA UM DOS CASOS

99

Ex 4: ALGUMAS CURVAS DE Ex 4: ALGUMAS CURVAS DE RESFRIAMENTO RESFRIAMENTO CONTÍNUOCONTÍNUO, PARA UM AÇO EUTETÓIDE, E AS , PARA UM AÇO EUTETÓIDE, E AS RESPECTIVAS MICROESTRUTURAS FORMADAS PARA RESPECTIVAS MICROESTRUTURAS FORMADAS PARA CADA UM DOS CASOSCADA UM DOS CASOS

A (A (FORNOFORNO)= Perlita )= Perlita grossagrossa

B (B (ARAR)= Perlita + fina (+ )= Perlita + fina (+ dura que a anterior)dura que a anterior)

C(C(AR SOPRADOAR SOPRADO)= Perlita )= Perlita + fina que a anterior+ fina que a anterior

D (D (ÓLEOÓLEO)= Perlita + )= Perlita + martensitamartensita

E (E (ÁGUAÁGUA)= Martensita)= Martensita

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

1010

Ex 5: CURVAS TTTEx 5: CURVAS TTT E E MICROESTRUTURAS PARA AÇOS MICROESTRUTURAS PARA AÇOS HIPOEUTETÓIDE E HIPEREUTETÓIDEHIPOEUTETÓIDE E HIPEREUTETÓIDE

0,35% C 0,9 %C

1111

MICROESTRUTURAS MICROESTRUTURAS RESULTANTES DO RESULTANTES DO RESFRIAMENTO RÁPIDORESFRIAMENTO RÁPIDO• MARTENSITAMARTENSITA- A martensita se forma quando A martensita se forma quando

o resfriamento for rápido o o resfriamento for rápido o suficiente de forma a suficiente de forma a evitar a evitar a difusão do carbonodifusão do carbono, ficando o , ficando o mesmo retido em solução. mesmo retido em solução. Como conseqüência disso, Como conseqüência disso, ocorre a transformação ocorre a transformação polimórfica mostrada ao lado.polimórfica mostrada ao lado.

- Como a martensita não Como a martensita não envolve difusão, a sua envolve difusão, a sua formação ocorre formação ocorre instantaneamente instantaneamente (independente do tempo).(independente do tempo).

Cúbicode face centrada

AUSTENITA

MARTENSITA

TRANSFORMAÇÃO ALOTRÓPICA COM

AUMENTO DE VOLUME, que leva à concentração de tensões

1212

MICROESTRUTURAS MICROESTRUTURAS RESULTANTES DO RESULTANTES DO RESFRIAMENTO RÁPIDORESFRIAMENTO RÁPIDO

• MARTENSITAMARTENSITA

- - É uma solução sólida supersaturada de carbono (não se forma por difusão)É uma solução sólida supersaturada de carbono (não se forma por difusão)-Microestrutura em forma de agulhas -Microestrutura em forma de agulhas - É dura e frágil (dureza: 63-67 Rc)- É dura e frágil (dureza: 63-67 Rc)- Tem estrutura tetragonal cúbica (é uma fase metaestável, por isso não - Tem estrutura tetragonal cúbica (é uma fase metaestável, por isso não

aparece no diagrama)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.

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

1313

MARTENSITA MARTENSITA (dureza: 63-67 (dureza: 63-67 Rc)Rc)

Martensita nos aços

Martensita no titânio

A transf. Martensítica ocorre c/ aumento de

volume

1414

MARTENSITA REVENIDAMARTENSITA REVENIDA

1515

Fotomicrografia de uma liga de memória de forma (69%Cu-26%Zn-5%Al), mostrando as agulhas de martensita numa matriz de austenita

1616

PERLITAPERLITA

Perlita fina:

20-30 Rc

Perlita grossa:

86-97 RB

FERRITA

1717

MICROESTRUTURAS RESULTANTES DO MICROESTRUTURAS RESULTANTES DO RESFRIAMENTO FORA DAS CONDIÇÕES RESFRIAMENTO FORA DAS CONDIÇÕES DE EQUILÍBRIODE EQUILÍBRIO• BAINITABAINITA

- Ocorre a uma temperatura inferior a do joelho- Ocorre a uma temperatura inferior a do joelho

- Forma de agulhas, contendo - Forma de agulhas, contendo ferrita e cementitaferrita e cementita, que só , que só podem ser vistas com microscópio eletrônicopodem ser vistas com microscópio eletrônico

Dureza: bainita superior 40-45 Rc e bainita acidular 50-60 Rc

• ESFEROIDITAESFEROIDITA

- É obtida pelo reaquecimento (abaixo do eutetóide) da - É obtida pelo reaquecimento (abaixo do eutetóide) da perlita ou bainita, durante um tempo bastante longoperlita ou bainita, durante um tempo bastante longo

• TROOSTITATROOSTITA- os carbonetos precipitam de forma globular (forma escura)- os carbonetos precipitam de forma globular (forma escura)- Tem baixa dureza (30-40 Rc)

1818

Microestrutura da Bainita Microestrutura da Bainita contendo finíssimas agulhas contendo finíssimas agulhas das fasesdas fases

1919

TRANSFORMAÇÕESTRANSFORMAÇÕES

AUSTENITA

Perlita

( + Fe3C) + a fase

próeutetóide

Bainita

( + Fe3C)

Martensita

(fase tetragonal)

Martensita Revenida

( + Fe3C)

Ferrita ou cementita

Resf. lentoResf. moderado

Resf. Rápido (Têmpera)

reaquecimento

2020

FATORES QUE AFETAM A FATORES QUE AFETAM A POSIÇÃO DAS CURVAS TTT POSIÇÃO DAS CURVAS TTT NOS AÇOSNOS AÇOS•Teor de carbonoTeor de carbono

•Tamanho do grão da austenitaTamanho do grão da austenita

•Composição química (elementos Composição química (elementos de liga)de liga)

2121

TEOR DE CARBONOTEOR DE CARBONO

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

2222

COMPOSIÇÃO COMPOSIÇÃO QUÍMICA/ELEMENTOS DE LIGAQUÍMICA/ELEMENTOS DE LIGA

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

Todos os elementos de liga Todos os elementos de liga (exceto o Cobalto)(exceto o Cobalto)

deslocam as curvas para a direita, retardando as deslocam as curvas para a direita, retardando as transformaçõestransformações

Facilitam a formação da martensitaFacilitam a formação da martensita

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

2323

EFEITO DA COMPOSIÇÃO EFEITO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA/ELEMENTOS DE LIGA NAS QUÍMICA/ELEMENTOS DE LIGA NAS CURVAS TTTCURVAS TTT

AISI 1335AISI 1335 AISI 5140AISI 5140

Mesmo teor de carbono mas com diferentes elementos de liga

2424

COMPOSIÇÃO COMPOSIÇÃO QUÍMICA/ELEMENTOS DE LIGAQUÍMICA/ELEMENTOS DE LIGA

AISI 4340AISI 4340 neste aço é possível obter bainita por neste aço é possível obter bainita por resfriamento contínuoresfriamento contínuo

2525

COMPOSIÇÃO COMPOSIÇÃO QUÍMICA/ELEMENTOS DE LIGAQUÍMICA/ELEMENTOS DE LIGA

AISI 1321 cementadoAISI 1321 cementado as linhas Mi e Mf são as linhas Mi e Mf são abaixadas. abaixadas.

• Neste aço a formação da martensita não se finaliza, levando a se ter Neste aço a formação da martensita não se finaliza, levando a se ter austenita residual a temperatura ambiente.austenita residual a temperatura ambiente.

2626

TAMANHO DE GRÃO DA TAMANHO DE GRÃO DA AUSTENITAAUSTENITAQuanto maior o tamanho de grão mais Quanto maior o tamanho de grão mais

para a direita deslocam-se as curvas para a direita deslocam-se as curvas TTTTTT

Tamanho de grão grande dificulta a Tamanho de grão grande dificulta a formação da perlita, já que a mesma formação da perlita, já que a mesma

inicia-se no contorno de grãoinicia-se no contorno de grão

Então, tamanho de grão grande favorece Então, tamanho de grão grande favorece

a formação da martensitaa formação da martensita

2727

TAMANHO DE GRÃO DA TAMANHO DE GRÃO DA AUSTENITAAUSTENITA

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

• Diminui a tenacidadeDiminui a tenacidade

• Gera tensões residuaisGera tensões residuais

• É mais fácil de empenarÉ mais fácil de empenar

• É mais fácil de ocorrer fissurasÉ mais fácil de ocorrer fissuras

2828

HOMOGENEIDADE DA AUSTENITAHOMOGENEIDADE DA AUSTENITA

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

Os carbonetos residuais ou regiões ricas Os carbonetos residuais ou regiões ricas

em C atuam como núcleos para a em C atuam como núcleos para a formação da perlitaformação da perlita

Então, uma maior homogeneidade Então, uma maior homogeneidade favorece a formação da martensitafavorece a formação da martensita

2929

TRATAMENTOS TÉRMICOS E TRATAMENTOS TÉRMICOS E CONTROLE DA CONTROLE DA MICROESTRUTURAMICROESTRUTURA•Finalidade:Finalidade:

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