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TRANSFORMAÇÕES DE NÃO EQUILÍBRIO
DIAGRAMA DE FASE Fe-Fe3C
MICROESTRUTURA DOS AÇOS RESFRIADOS LENTAMENTE
(a) (b)
(c)
(a) aço com 0,45%C, (b) aço com 0,8%C E (c) aço com 0,95%C. Ataque Nital 2%
500X 500X
1000X
MICROESTRUTURAS /EUTETÓIDE
Supondo resfriamento fora do equilíbrio
EFEITOS DO NÃO-EQUILÍBRIO
Ocorrências de fases ou transformações em temperaturas diferentes daquela prevista no diagrama
Existência a temperatura ambiente de fases que não aparecem no diagrama
Cinética das transformações
•Existem diagramas que fornecem as fases e constituintes formados em um aço, em função de suas condições de resfriamento a partir do campo austenítico. Estes diagramas podem ser baseados em transformações a temperatura constante (após o material ser resfriado rapidamente a partir do campo austenítico até a temperatura de interesse), conhecidos como diagramas TTT (Tempo, Temperatura e Transformação) ou em transformações desenvolvidas durante um resfriamento contínuo, diagramas TRC (Transformação em Resfriamento Contínuo).
•Estes diagramas são experimentais, obtidos a partir de amostras de um dado aço, que são aquecidos até uma temperatura no campo austenítico e que, após permanecerem nesta temperatura por um certo tempo, são resfriados de acordo com o tipo de diagrama. A transformação da austenita pode ser acompanhada pela análise metalográfica de amostras resfriadas rapidamente, após seguirem a forma desejada de resfriamento por diferentes períodos de tempo, ou através da medida de variações com o tempo de propriedades físicas (ou outras características) dependentes da estrutura do aço, como por exemplo a liberação de calor (análise térmica), a resistividade elétrica, etc.
MICROESTRUTURAS Supondo resfriamento fora do equilíbrio
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Curvas em S para a cinética de transformação isotérmica de um aço com composição eutétóide (0,76 %C). Decomposição da fase austenita e formação dum agregado de ferrita + cementita denominado perlita.
Seção do diagrama de equilíbrio Fe-Fe3C
CINÉTICA DA REAÇÃO EUTETÓIDE EM AÇOS
CURVAS TTT
As curvas TTT estabelecem a temperatura e o tempo em que ocorre uma determinada transformação
Só tem validade para transformações a temperatura constante
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Diagrama de transformação isotermica TTT (Tempo-Transformação- Temperatura) para a reação eutetoide em aços
CINÉTICA DA REAÇÃO EUTETÓIDE EM AÇOS
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Diagrama de transformação isotermica TTT (Tempo-Transformação- Temperatura) para a reação eutetoide em aços
CINÉTICA DA REAÇÃO EUTETÓIDE EM AÇOS
CURVAS TTT
Diagrama TTT de um aço hipoeutetóide (0,44%C, 0,22%Si, 0,66%Mn,0,15%Cr)
Diagrama TRC de um aço hipoeutetóide (0,44%C, 0,22%Si, 0,66%Mn,0,15%Cr)
EXEMPLOS DE CURVAS TTT E TRC
CURVAS TTT MICROESTRUTURAS /EUTETÓIDE
CURVAS TTT AÇOS HIPOEUTETÓIDE E
HIPEREUTETÓIDE
0,35% C 0,9 %C
RESFRIAMENTO A TEMPERATURA
CONSTANTE
CURVAS TTT
RESFRIAMENTO CONTÍNUO
A (FORNO)= Perlita grossa
B (AR)= Perlita + fina (+ dura que a anterior)
C(AR SOPRADO)= Perlita + fina que a anterior
D (ÓLEO)= Perlita + martensita
E (ÁGUA)= Martensita
No resfriamento contínuo, as curvas TTT deslocam-se um pouco para a direita e para baixo
MICROESTRUTURAS BAINITA- Ocorre a uma temperatura inferior a do joelho- Forma de agulhas que só podem ser vista com microscópio
eletrônicoDureza: bainita superior 40-45 Rc e bainita acidular 50-60 Rc ESFEROIDITA- É obtida pelo reaquecimento (abaixo do eutetóide) da
perlita ou bainita, durante um tempo bastante longo TROOSTITA- os carbonetos precipitam de forma globular (forma escura)- Tem baixa dureza (30-40 Rc)
PERLITA
Perlita fina:
20-30 Rc
Perlita grossa:
86-97 RB
Microestrutura da Bainita contendo finíssimas agulhas das fases
MARTENSITA (dureza: 63-67 Rc)
Martensita nos aços
Martensita no titânio
A transf. Martensítica ocorre c/ aumento de
volume
MARTENSITA REVENIDA
MICROESTRUTURAS MARTENSITA- É uma solução sólida supersaturada de carbono (não se forma por
difusão)- Forma de agulhas - É dura e frágil (dureza: 63-67 Rc)- Tem estrutura tetragonal (é uma fase metaestável, por isso não
aparece no diagrama)
MARTENSITA REVENIDA- É obtida pelo reaquecimento da martensita (fase alfa + cementita)
- A dureza cai- Os carbonetos precipitam- Forma de agulhas escuras
RESUMO DAS TRANSFORMAÇÕES
AUSTENITA
Perlita
( + Fe3C) + a fase
próeutetóide
Bainita
( + Fe3C)
Martensita
(fase tetragonal)
Martensita Revenida
( + Fe3C)
Ferrita ou cementita
Resf. lentoResf. moderado
Resf. Rápido (Têmpera)
reaquecimento
FATORES QUE AFETAM A POSIÇÃO DAS CURVAS TTT
Teor de carbono
Tamanho do grão da austenita
Composição química (elementos de liga)
TEOR DE CARBONO
Quanto menor o teor de carbono (abaixo do eutetóide) mais difícil de se obter estrutura martensítica
COMPOSIÇÃO QUÍMICA – ELEMENTOS DE LIGA
Quanto maior o teor e o número dos elementos de liga, mais numerosas e complexas são as reações
Todos os elementos de liga (exceto o Cobalto)
deslocam as curvas para a direita, retardando as transformações
Facilitam a formação da martensita
*** Conseqüência: em determinados aços pode-se obter martensita mesmo com resfriamento lento
CURVAS TTT EFEITO DAS ELEMENTOS DE LIGA
AISI 1335 AISI 5140
Mesmo teor de carbono mas com diferentes elementos de liga
AISI 4340 neste aço é possível obter bainita por resfriamento contínuo
CURVAS TTT EFEITO DAS ELEMENTOS DE LIGA
AISI 1321 cementado as linhas Mi e Mf são abaixadas. Neste aço a formação da martensita não se finaliza, levando a se ter austenita
residual a temperatura ambiente.
CURVAS TTT EFEITO DAS ELEMENTOS DE LIGA
TAMANHO DE GRÃO DA AUSTENITA
Tamanho de grão grande retarda a formação da perlita, já que a mesma inicia-se no contorno
de grão
Quanto maior o tamanho de grão mais para a direita deslocam-se as curvas TTT
E consequentemente, tamanho de grão grande favorece a formação da martensita
TAMANHO DE GRÃO DA AUSTENITA
No entanto deve-se evitar tamanho de grão da austenita muito grande porque:
Diminui a tenacidade Gera tensões residuais É mais fácil de empenar É mais fácil de ocorrer fissuras
HOMOGENEIDADE DA AUSTENITA
Os carbonetos residuais ou regiões ricas em C atuam como núcleos para a formação da
perlita
Quanto homogênea a austenita mais para a direita deslocam-se as curvas TTT
Então, uma maior homogeneidade favorece a formação da martensita
TRATAMENTOS TÉRMICOS E CONTROLE DA MICROESTRUTURA
Finalidade:
Alterar as microestruturas e como consequência as propriedades mecânicas das ligas metálicas
OBJETIVOS DOS TRATAMENTOS TÉRMICOS
- Remoção de tensões internas- Aumento ou diminuição da dureza- Aumento da resistência mecânica- Melhora da ductilidade- Melhora da usinabilidade- Melhora da resistência ao desgaste- Melhora da resistência à corrosão- Melhora da resistência ao calor
PRINCIPAIS TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS
Recozimento Normalização Têmpera e revenido Coalescimento ou esferoidização
RECOZIMENTO
Objetivos:- Remoção de tensões internas devido aos
tratamentos mecânicos- Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade- Alterar as propriedades mecânicas como a
resistência e ductilidade- Ajustar o tamanho de grão- Melhorar as propriedades elétricas e magnéticas- Produzir uma microestrutura definida
NORMALIZAÇÃO
Objetivos:
Refinar o grão Melhorar a uniformidade da microestrutra
*** É usada antes da têmpera e revenido
TÊMPERA E REVENIDO
Objetivo: Obter estrutura matensítica que promove:- Aumento na dureza- Aumento na resistência à tração- Redução na tenacidade
*** A têmpera gera tensões deve-se fazer revenido posteriormente
REVENIDO
*** Sempre acompanha a têmpera
Objetivos:- Aliviar ou remover tensões da têmpera- Corrigir a dureza e a fragilidade,
aumentando consequentemente a tenacidade
ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO
ObjetivoObtenção de uma estrutura globular ou esferoidal
de carbonetos no aço, com o qual: Melhora a usinabilidade, especialmente dos aços
alto carbono facilita a deformação a frio