515305_aula3posição das curvas TTT

Fatores que afetam a posição

das curvas no diagrama TTT Profª Cíntia Gonçalves

Principais fatores que podem modificar a posição das curvas TTT: Composição química; Tamanho de grão da austenita; Homogeneidade da austenita. Composição: a adição de elementos de liga retardam a transformação de fase; Durante o resfriamento, alguns elementos de liga tendem a formar solução sólida e outros tendem a formar carbonetos; Estas reações requerem apreciável tempo para se completarem deslocamento das curvas no diagrama TTT.

Maior facilidade de se obter a estrutura martensítica.

Fatores que influenciam a posição das curvas TTT

Exemplo

Fig. 1: Curva TTT para aço AISI 1335 com 0,35 % de carbono e 1,85 % de manganês.

Fig. 2: Curva TTT para aço AISI 2340 com 0,37 % de carbono, 0,68 % de manganês e 3,41 % de níquel.


Fig. 3: Curva TTT para aço AISI 5140 com 0,43 % de carbono, 0,68 % de manganês e 0,93 % de cromo.

Fig. 4: Curva TTT para aço AISI 4340 com 0,42 % de carbono, 0,78 % de manganês, 1,79 % de niquel,0,80 % de cromo e 0,33 % de molibdênio.


Os elementos de liga também afetam a reação de formação da martensita; Em alguns casos, não se tem a formação completa da martensita à temperatura ambiente “austenita retida”.

Fig. 5: Influência do Mn e do C sobre a temperatura de início da formação de martensita.

Fig. 6: Influência do Cr e do C sobre a temperatura de início da formação de martensita.

Obtenção da estrutura martensítica

Tamanho de grão: a curva desloca-se para a direita com o aumento do tamanho do grão.

Fig. 7: Efeito do tamanho de grão sobre a reação de transformação da austenita.

O tamanho de grão austenítico grande tende a apresentar estrutura martensítica mais facilmente. Pode-se controlar o tamanho de grão pela adição de elementos de liga a baixos teores.


Homogeneidade: homogeneidade, velocidade início de formação da perlita.

Austenita retida ou residual: ocorre pela presença de elementos de liga ou devido à temperatura de austenitização. da temperatura de austenização a temperatura Mi. Estabilização da austenita velocidade de resfriamento; interrupção do resfriamento antes de completar a transformação.


Nos aços comuns não-ligados o carbono tem grande influência sobre a linha Mi, rebaixando-a de 28 a 33 ºC para cada 0,10 % de carbono adicionado. Para cada 1 % de manganês adicionado a linha Mi é rebaixada de cerca de 39 ºC e para cada 1 % de níquel adicionado, o rebaixamento é de 20 ºC. Os elementos de liga (com exceção do Co) quando inteiramente dissolvidos na austenita, tendem a aumentar a quantidade de austenita residual pelo rebaixamento da linha Mi e pela estabilização da austenita.


Medida da temperabilidade

Endurecibilidade ou temperabilidade o que vai determinar a profundiade na qual se forma uma estrutura completamente martensítica é a velocidade de esfriamento a várias profundidades. A profundidade de endurecimento depende do tamanho de grão austenítico e da presença de elementos de liga. O conhecimento da temperabilidade é essencial porque o objetivo do tratamento térmico é obter maior dureza e mais alta tenacidade em condições controladas de velocidade de esfriamento.


Fig. 8:Diagrama para resfriamento contínuo de um aço SAE 4340, com curvas de esfriamento superpostas de modo a indicar as várias microestruturas que podem ser obtidas.


A utilização da velocidade crítica de resfriamento para exprimir a temperabilidade apresenta a restrição de as velocidades de resfriamento não serem constantes. Prefere-se exprimir a temperabilidade em termos de profundidade de endurecimento, determinada em um ensaio padronizado. O diâmetro de uma barra que resfriará exatamente com a estrutura ou com o valor da dureza correspondente no centro é o “diâmetro ideal” (D1). Os dois métodos mais conhecidos para medir a temperabilidade de um aço são o “método de Grossmann” e o “método de Jominy”.


Método de Grossmann: consiste em resfriar uma série de barras cilíndricas de diâmetros crescentes a partir do estado austenítico em condições controladas de esfriamento. Em seguida as barras são quebradas e é medida a dureza de sua seção transversal. É possível determinar a profundidade a que o aço endurece pela medida de dureza bem como pela observação das estruturas resultantes.


Fig. 9: Curvas de dureza para aços carbono (SAE 1040) a) resfriamento em óleo; b) resfriamento em água.

Fig. 10: Curvas de dureza para aços liga (SAE 1410) a) resfriamento em óleo; b) resfriamento em água.


Diâmetro crítico (Dc): diâmetro da barra que, esfriada da temperatura austenítica, mostrará no centro 50 % de martensita. A separação da zona em que predomina a estrutura martensítica da que predomina a estrutura perlítica é percebida por uma queda brusca na dureza. Método de Jominy também chamado de ensaio do resfriamento da extremidade. Consistem em aquecer um corpo de prova cilíndrico de 1” de diâmetro por 4” de comprimento até a temperatura austenítica e, em seguida, dirige-se um jato de água contra uma de suas extremidades utilizando um dispositivo adequado, controlando a quantidade, pressão e temperatura. Após esfriamento, faz-se um corte longitudinal no corpo de prova, retifica-se as duas superfícies paralelas e opostas e mede-se sua dureza a distâncias variáveis a partir da extremidade que recebeu o jato de água.



Fig. 11: Dispositivo Jominy Fig. 12: Distância da extremidade resfriada do corpo de prova.


Fig. 13: Corpo de prova para ensaio Jominy.


Às vezes torna-se conveniente relacionar a dureza à taxa de resfriamento.

Fig. 14: Relação entre endurecibilidade, taxa de resfriamento e microestrutura.

Fig. 15: Curva de endurecibilidade dos aços (composição %p): 4340 (1,85 Ni, 080 Cr, 0,25 Mo); 4140 (1,0 Cr e 0,20 Mo); 8640 (0,55 Ni, 0,50 Cr, 0,20 Mo); 5140 (0,85 Cr)


Fig. 16: Curvas de endurecibilidade.


O diâmetro crítico (Dc) pode ser expresso em termos do diâmetro ideal (D1) pelo uso de gráficos como o representado na figura 17.

Fig. 17: Curvas representativas das relações entre valores de diâmetro crítico, diâmetro ideal e severidade de resfriamento.


Exemplo: Suponha que a seção da barra cilíndrica em estudo tenha indicado um diâmetro crítico de 1,2 polegadas e que o valor de H seja 0,4. Qual o diâmetro ideal da barra? Qual o provável meio de resfriamento utilizado? Considerando uma barra cilíndrica cujo diâmetro ideal seja 2,6 polegadas, qual o diâmetro em que se obterá 50 % de uma estrutura martensítica, ao se fazer um resfriamento com valor de H equivalente a 1? E para resfriamento com valor de H equivalente a 0,02?

Fatores que afeta a temperabilidade

Fatores que afetam a temperabilidade: i) Fatores que diminuem a temperabilidade: granulação fina da

austenita, inclusões não dissolvidas (carbonetos ou nitretos, inclusões não metálicas).

ii) Fatores que aumentam a temperabilidade: elementos dissolvidos na austenita (exceto cobalto), granulação grosseira da austenita, homogeneidade da austenita

Importância prática da temperabilidade

Faixa de temperabilidade: o conhecimento da profundidade de endurecimento nos aços é de considerável importância para sua aplicação prática. Estabelecidos limites mínimos e máximos para a temperabilidade e desenvolvimento das faixas de temperabilidade.

Fig. 18: Banda de endurecibilidade do aço 8640.

Influência do resfriamento, tamanho e geometria da amostra.

A taxa de resfriamento depende da extração de energia térmica, que é função do meio de resfriamento;

Fig. 19: Taxas de resfriamento como função do diâmetro (a) água; b) óleo.


Fig. 20: Perfis radiais de dureza para diferentes corpos de prova.


Exemplo: É necessário selecionar uma liga de aço para ser usada em um eixo de saída de uma caixa de engrenagens. O projeto pede um eixo cilíndrico com diâmetro de 25,4 mm, que apresente uma dureza superficial de pelo menos 38 HRC bem como uma ductilidade mínima de 12 % AL. Especifique uma liga e um tratamento que atendam estes critérios:


Durezas superficiais para cilindros de aço 1060 temperados com óleo possuindo diferentes diâmetros:

Valores para a dureza HRC (superficial) e alongamento percentual para cilindros com 1” de diâmetro.


Uma peça cilíndrica de aço 4140 deve ser austenitizada e temperada em óleo sob agitação moderada. Se a microestrutura deve consistir em pelo menos 50 % de martensita ao longo de toda a peça, qual o diâmetro máximo permissível para a peça?

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