Fatigue and Aeronautic Materials Research Group 1 Mecanismos de Endurecimento de Metais e Ligas Redução de tamanho de grão Solução sólida Deformação a

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Mecanismos de Endurecimento de Mecanismos de Endurecimento de Metais e LigasMetais e Ligas

Redução de tamanho de grão

Solução sólida

Deformação a frio (encruamento, trabalho a frio)

por precipitação


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Endurecimento Por PrecipitaçãoEndurecimento Por PrecipitaçãoAlém das transformações que levam à alterações Além das transformações que levam à alterações das propriedades mecânicas via tratamentos das propriedades mecânicas via tratamentos térmicos adequados térmicos adequados

Reações no estado sólido: Solubilização/Precipitação; Recristalização; Recuperação

Melhoria da resistência dos metais Impedimento da movimentação dos defeitos do látice.

Existem outros que também levam à alterações substanciais das propriedades mecânicas das ligas metálicas


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Solubilização - PrecipitaçãoSolubilização - Precipitação Tratamento térmico de precipitação:

1ª Fase: Solubilizada; 2ª Fase: envelhecida;

3ª Fase: superenvelhecidaLíquido

L

1ª Fase 2ª Fase 3ª Fase

Resfriamentobrusco

Resfriamento lento

Solubilização

ópicosubmicrosccomicroscópi

M

N

Tem

pera

tura

ºC

BA



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Solubilização - PrecipitaçãoSolubilização - PrecipitaçãoO tratamento consiste nas seguintes etapasO tratamento consiste nas seguintes etapas

1. Aquecer na região , garantindo que toda a fase seja dissolvida;2. Resfriar bruscamente (ou têmpera) até a temperatura ambiente de modo a

se obter uma solução saturada de B em à temperatura ambiente;3. Procede-se à precipitação da fase , á temperatura ambiente (precipitação

natural) ou acima da temperatura ambiente (precipitação artificial) para a obtenção das propriedades desejadas

Na solubilização a temperatura é indicada pelo diagrama respectivo e o tempo sendo dependente da solubilização do soluto no solvente é variável de sistema a sistema. Na precipitação o aumento da temperatura ao aumentar a energia dos átomos facilita a movimentação dos mesmos acelerando o processo de precipitação.


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Solubilização - PrecipitaçãoSolubilização - Precipitação


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Solubilização - PrecipitaçãoSolubilização - Precipitação


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Precipitados de Não-Equilíbrio durante o Envelhecimento (Ex. ligas Al-Cu): como precursores da fase θ de equilíbrio, outros precipitados se formam.

No início, os átomos de Cu se concentram em planos {100} na matriz e produzem precipitados finos chamados Zonas Guinier Preston (GP). À medida que a precipitação prossegue, mais átomos difundem para o precipitado e as zonas iniciais GP-I se espessam formando discos finos ou regiões GP-II.

Com a continuidade da difusão, os precipitados se desenvolvem em um grau maior de ordem e são chamados θ’.

Finalmente, é produzido o precipitado θ estável.


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GP-I, GP-II e θ’ são precipitados coerentes... A resistência aumenta à medida que as fases coerentes crescem em tamanho durante os estágios iniciais do tratamento térmico. Nesta situação, a liga está na condição envelhecida.

precipitados θ não são coerentes...a resistência da liga é reduzida e diz-se que a mesma está na condição superenvelhecida. A fase θ ainda endurece por dispersão, porém com o tempo seu tamanho aumenta e o efeito de endurecimento por dispersão se reduz drasticamente.


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Efeito da Temperatura na Precipitação - EnvelhecimentoEfeito da Temperatura na Precipitação - Envelhecimento


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Fatores que Influenciam na PrecipitaçãoFatores que Influenciam na Precipitação

1. Temperatura: a precipitação depende da difusão atômica.

2. Vazios: facilita a difusão.

3. Trabalho a frio: inibe a precipitação pois as discordâncias introduzidas

durante a deformação podem absorver os vazios.

4. Impurezas: interagem com os vazios.

5. Contornos de grão: também podem absorver os vazios.


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Requisitos para o Envelhecimento

Nem todas as ligas podem ser envelhecidas. Quatro condições devem existir para que uma liga metálica possa ser endurecida por precipitação:

1. Baixa e alta solubilidades da fase sólida em baixas e altas temperaturas, respectivamente. Em outras palavras, a liga deve possuir campo monofásico em temperatura elevada e um campo bifásico em baixa temperatura.


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2. A matriz deve macia e dúctil e o precipitado deve ser duro. Na maioria das ligas tratáveis por envelhecimento, o precipitado é um composto intermediário duro e frágil.

3. A liga deve suportar um resfriamento rápido. Algumas ligas não podem ser resfriadas com taxa suficiente para suprimir a formação do precipitado de equilíbrio. Por outro lado, o resfriamento pode introduzir tensões residuais que causam a distorção da peça.

Nota: as ligas de Al são resfriadas em água aquecida a cerca de 80oC, para minimizar as tensões residuais.


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4. Há necessidade de precipitar uma fase coerente em condições de tempo e temperatura exeqüíveis.

Várias ligas, incluindo aços inoxidáveis e aquelas com base em Al, Mg, Ti, Ni, Cr, Fe e Cu preenchem esses requisitos e ganham resistência mecânica por envelhecimento.


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Trabalho Complementar sobre endurecimento por precipitação:

selecionar uma liga: apresentar o diagrama de fases correspondente e informações sobre a aplicação da mesma.

apresentar o ciclo térmico e a seqüência de transformações de fases envolvidas para o tratamento de solubilização/precipitação da liga selecionada.

apresentar o efeito dos tratamentos de solubilização e precipitação nas propriedades mecânicas da liga selecionada.

discutir sobre os resultados encontrados (lembrar de apresentar a(s) referência(s)).

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