Transformação de Fases

Transformação de fase é a alteração no números de fases e/ou na natureza da fase que envolve

alguma alteração na microestrutura

Tipos de transformações de fases

Aquelas que dependem de difusão, onde não há alteração no número nem na composição das fases presentes. (Solidificação, transformações alotrópicas, recristalização e crescimento de grão)

Aquelas que dependem de difusão, envolvendo, entretanto, alguma alteração na composição das fases e, freqüentemente, no número de fases também. (Reações eutetóide, eutética e peritética)

Aquelas que não dependem da ocorrência de difusão, resultando numa fase metaestável. (Transformação martensítica)

Do ponto de vista microestrutural, o primeiro processo a acompanhar uma transformação

de fases é a nucleação, que consiste na formação de embriões, seguidos de núcleos

da nova fase, que podem agregar mais volume e área superficial (crescimento)

Para transformações em estado sólido que exibem o comportamento cinético, a fração da transformação é uma

função do tempo:

)exp(1 nkty

Onde:

k e n são constantes independentes do tempo.

Equação de Avrami

Por convenção, a taxa de deformação, r, é tomada como sendo o inverso do tempo necessário para que a transformação

prossiga até a metade da sua conclusão (t0,5)

5,0

1

tr

A temperatura é uma das variáveis que está sujeita a controle e ela pode ter uma influência profunda sobre a cinética e, portanto, sobre a taxa de

transformação

Cobre puro

RTQAer /

Onde:

R= a constante dos gases;

T= temperatura absoluta;

A= constante independente da temperatura;

Q= energia de ativação específica para a reação em questão.

Transformações Multifásicas

As transformações de fases podem ser forjadas em sistemas de ligas metálicas pela variação da

temperatura, da composição e da pressão externa; entretanto, as alterações de temperatura através de tratamentos térmicos são mais convenientemente utilizadas para induzir as transformações de fases.

Uma limitação dos diagramas de fase consiste na sua incapacidade de indicar o tempo que é necessário para

que o equilíbrio seja atingido. Nenhuma informação sobre as taxas de transformação de fases é dada no

diagrama de fases.

A taxa de aproximação do equilíbrio para sistemas sólidos é tão lenta, que ele quase nunca é atingido.

Para mudanças de fases que ocorrem durante o resfriamento em condições de equilíbrio, as

transformações são deslocadas para temperaturas mais baixas do que aquelas indicadas pelo diagrama de

fases.Para mudanças de fases que ocorrem durante o

aquecimento, as transformações são deslocadas para temperaturas mais elevadas.

Esses fenômenos são chamados de super-resfriamento e sobreaquecimento, respectivamente.

Transformações isotérmicas

Transformação de austenita em perlita de uma liga ferro-carbono de composição eutetóide.

Os dados da curva foram coletados para uma amostra composta inicialmente de 100% de austenita e resfriada até a temperatura indicada no gráfico, na qual se processou a transformação.

Na Temperatura Eutetóide:

γ(0,76%p C) → α(0,022%p C) + Fe3C (6,70%p C)

Essa é a maneira mais conveniente de

representar transformações de

fases difusionais, i.e, dependentes do

tempo e da temperatura.

Diagrama de Transformação Isotérmica

Diagrama de transformação isotérmica para uma liga ferro-carbono com composição eutetóide, mostrando a superposição da curva para

um tratamento térmico isotérmico (ABCD)

A transformação da austenita

em perlita começa no ponto C e termina no ponto D.

A perlita grosseira é formada por lamelas espessas de ferrita e

cementita.

A perlita fina é formada por

lamelas finas, que nucleiam-se

progressivamente com a diminuição da temperatura e

como conseqüência da

diminuição na taxa de difusão.

Diagrama de transformação isotérmica para uma liga ferro-carbono com 1.13%p C.

Onde:

A= austenita;

C= cementita;

P= perlita.

Bainita

A bainita é o produto de uma transformação autenítica em alguns aços e ferros fundidos . Ela se forma em

temperaturas entre aquelas nas quais ocorrem as transformações perlíticas (mais elevadas) e

martensíticas (mais baixas). A microestrutura consiste em uma fina dispersão de cementita na ferrita-α.

Diagrama de transformação isotérmica para uma liga ferro-carbono com composição eutetóide, incluindo as transformações da austenita

em perlita e da austenita em bainita.

Cementita globulizada

A cementita globulizada é uma microestrutura que se forma a partir de uma liga de aço que possui

microestrutura perlítica ou bainítica e que tenha sido aquecida a uma temperatura abaixo da eutetóide

durante um período suficientemente longo.

1000x

Fotomicrografia de um aço que possui uma microestrutura de cementita globulizada. As partículas pequenas são de cementita e

a fase contínua consiste em ferrita α.

Martensita

A martensita pode estar presente em ligas ferrosas ou não, induzida por resfriamento rápido e/ou por deformação através do cisalhamento da rede cristalina ao longo de planos e direções cristalográficas específicas.

Em aços austenitizados, a martensita é formada através de

resfriamento rápido (têmpera) até uma temperatura inferior à Mi (temperatura de início de transformação martensítica) ou por deformação abaixo da temperatura Md (temperatura de início de transformação martensítica por deformação).

A martensita, que é resultante de uma transformação adifusional da austenita, não é uma fase de equilíbrio.

Qualquer difusão que venha porventura ocorrer em tratamentos posteriores à transformação martensítica, resultará na formação das fases ferrita e cementita.

Na transformação martensítica existe apenas um pequeno deslocamento de cada átomo em relação ao seu vizinho.

A austenita do aço comum ao carbono e alguns outros, CFC, quando temperada, sofre uma transformação polimórfica em martensita

tetragonal de corpo centrado (TCC)

Para ligas que contêm menos do que cerca de 0,6%p C

A transformação martensítica também é conhecida como transformação atérmica

Para todos os fins práticos a

transformação martensítica é

independente do tempo.

Para aços comuns ao carbono que contêm concentrações de carbono superiores a

aproximadamente 0,6%p C

Diagrama de transformação

isotérmica completo para uma liga ferro-

carbono com composição

eutetóide, onde:

A= austenita;

B= bainita;

M= martensita;

P= perlita.

Diagrama de transformação isotérmica para um aço-liga, onde:

A= austenita;

B=bainita;

M=martensita;

F= ferrita proeutetóide.

Diagrama de transformação por resfriamento contínuo

Curvas de resfriamento

moderadamente rápido e de

resfriamento lento sobrepostas a um

diagrama de transformação

por resfriamento contínuo para uma liga ferro-carbono com composição eutetóide.

Diagrama de transformação por

resfriamento contínuo para uma liga ferro-

carbono com composição eutetóide e a

superposição das curvas de resfriamento, demonstrando a dependência da

microestrutura final em relação às

transformações que ocorrem durante o

resfriamento.

Diagrama de transformação por

resfriamento contínuo para um aço-liga (AISI 4340) e a superposição

de várias curvas de resfriamento,

demonstrando a dependência da

microestrutura final dessa liga em relação às

transformações que ocorrem durante o

resfriamento.

Austenita → Maretensita

Comportamento Mecânico de Ligas Ferro-Carbono

Perlita

Cementita globulizada

Bainita

Martensita

Martensita revenida

A martensita temperada é muito dura e muito frágil. Assim, para aumentar a ductilidade e a tenacidade da

martensita e aliviar as tensões é utilizado o tratamento térmico de revenimento, que dá nome à nova martensita

formada: martensita revenida.

Martensita → Martensita revenida (TCC, monofásica) (fases α + Fe3C)

A martensita revenida pode

guardar porcentagem importante da

dureza da martensita como

temperada, porém, tem ductilidade e tenacidade

substancialmente aprimoradas

Fe3C

Ferrita α

Os limites de resistência à tração e de escoamento e

a ductilidade (%RA) em função da temperatura de revenimento para um aço-liga (AISI 4340) temperado

em óleo.

A dureza em função do tempo de revenimento para um aço comum ao carbono (AISI 1080)

com composição eutetóide, que foi temperado em água.

Fragilização por revenimento

A fragilização de algumas ligas de aço ocorre quando elementos específicos de liga (Mn,Ni,Cr) e impurezas

(Sb, P, As e Sn) estão presentes e mediante o revenido dentro de uma faixa de temperatura definida (375-

575°C), ou acima de 575°C, seguido de resfriamento lento.

Perlita( + Fe3C) +

fase próeutetóide

Bainita( + Fe3C)

Martensita(fase tetragonal)

Martensita Revenida( + Fe3C)

Austenita

Ferrita ou cementita

Resfriamento lento

Resfriamento moderado

Resfriamento rápido (têmpera)

Reaquecimento