1 10. transformações de fases em metais e microestruturas - conceitos básicos - conceitos...
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10. Transformações de fases 10. Transformações de fases em metais e microestruturasem metais 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).
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RResfriamento fora do equilíbrioesfriamento fora do equilíbrio
EFEITOS DO NÃO-EQUILÍBRIOEFEITOS DO NÃO-EQUILÍBRIO Ocorrências de fases ou transformações Ocorrências de fases ou transformações
em temperaturas diferentes daquela em temperaturas diferentes daquela prevista no diagramaprevista no diagrama
Existência a temperatura ambiente de Existência a temperatura ambiente de fases que não aparecem no diagramafases que não aparecem no diagrama
Cinética das transformações Cinética das transformações equação de Arrhenius: equação de Arrhenius: r=A r=A
expexp-Q/RT-Q/RT
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TRANSFORMAÇÕES DE TRANSFORMAÇÕES DE FASEFASE
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 martensíticaA maioria das transformações de fase no estado sólido não ocorre instantaneamente, ou seja, são dependentes do tempo
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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
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CURVAS TTTCURVAS TTT
início final
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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
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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
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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 EUTETÓIDE, E AS RESPECTIVAS MICROESTRUTURAS FORMADAS PARA CADA UM MICROESTRUTURAS FORMADAS PARA CADA UM DOS CASOSDOS CASOS
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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 RESPECTIVAS MICROESTRUTURAS FORMADAS PARA CADA UM DOS CASOSPARA CADA 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
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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
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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
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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 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
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MARTENSITA MARTENSITA (dureza: 63-67 (dureza: 63-67 Rc)Rc)
Martensita nos aços
Martensita no titânio
A transf. Martensítica ocorre c/ aumento de
volume
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MARTENSITA REVENIDAMARTENSITA REVENIDA
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Fotomicrografia de uma liga de memória de forma (69%Cu-26%Zn-5%Al), mostrando as agulhas de martensita numa matriz de austenita
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PERLITAPERLITAPerlita fina:
20-30 Rc
Perlita grossa:
86-97 RB
FERRITA
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MICROESTRUTURAS RESULTANTES MICROESTRUTURAS RESULTANTES DO RESFRIAMENTO FORA DAS DO RESFRIAMENTO FORA DAS CONDIÇÕES DE EQUILÍBRIOCONDIÇÕES DE 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 vista com microscópio eletrônicopodem ser vista com microscópio eletrônicoDureza: 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)
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Microestrutura da Bainita Microestrutura da Bainita contendo finíssimas agulhas contendo finíssimas agulhas das fasesdas fases
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TRANSFORMAÇÕESTRANSFORMAÇÕESAUSTENITA
Perlita( + Fe3C) + a
fase próeutetóide
Bainita
( + Fe3C)
Martensita
(fase tetragonal)
Martensita Revenida
( + Fe3C)
Ferrita ou cementita
Resf. lento Resf. moderadoResf. Rápido (Têmpera)
reaquecimento
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FATORES QUE AFETAM A FATORES QUE AFETAM A POSIÇÃO DAS CURVAS TTT NOS POSIÇÃO DAS CURVAS TTT NOS AÇOSAÇOS
Teor de carbonoTeor de carbono Tamanho do grão da austenitaTamanho do grão da austenita Composição química Composição química
(elementos de liga)(elementos de liga)
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TEOR DE CARBONOTEOR DE CARBONO
Quanto menor o teor de Quanto menor o teor de carbono (abaixo do eutetóide) carbono (abaixo do eutetóide) mais difícil de se obter mais difícil de se obter estrutura martensíticaestrutura martensítica
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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 liga, mais numerosas e complexas são as reaçõesreações
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
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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
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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
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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.
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TAMANHO DE GRÃO DA TAMANHO DE GRÃO DA AUSTENITAAUSTENITA
Quanto 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
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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
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HOMOGENEIDADE DA HOMOGENEIDADE DA AUSTENITAAUSTENITA
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
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TRATAMENTOS TÉRMICOS TRATAMENTOS TÉRMICOS E CONTROLE DA E CONTROLE DA MICROESTRUTURAMICROESTRUTURAFinalidade:Finalidade:
Alterar as microestruturas e como Alterar as microestruturas e como consequência as propriedades consequência as propriedades mecânicas das ligas metálicasmecânicas das ligas metálicas
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OBJETIVOS DOS OBJETIVOS DOS TRATAMENTOS TÉRMICOSTRATAMENTOS TÉRMICOS- Remoção de tensões internas- Remoção de tensões internas- Aumento ou diminuição da dureza- Aumento ou diminuição da dureza- Aumento da resistência mecânica- Aumento da resistência mecânica- Melhora da ductilidade- Melhora da ductilidade- Melhora da usinabilidade- Melhora da usinabilidade- Melhora da resistência ao desgaste- Melhora da resistência ao desgaste- Melhora da resistência à corrosão- Melhora da resistência à corrosão- Melhora da resistência ao calor- Melhora da resistência ao calor- Melhora das propriedades elétricas e magnéticas- Melhora das propriedades elétricas e magnéticas
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PRINCIPAIS TRATAMENTOS PRINCIPAIS TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOSTÉRMICOS DOS AÇOS RecozimentoRecozimento NormalizaçãoNormalização Têmpera e revenidoTêmpera e revenido Coalescimento ou esferoidizaçãoCoalescimento ou esferoidização
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RECOZIMENTORECOZIMENTO Objetivos:Objetivos:- Remoção de tensões internas devido aos - Remoção de tensões internas devido aos
tratamentos mecânicostratamentos mecânicos- Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade- Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade- Alterar as propriedades mecânicas como a - Alterar as propriedades mecânicas como a
resistência e ductilidaderesistência e ductilidade- Ajustar o tamanho de grão- Ajustar o tamanho de grão- Melhorar as propriedades elétricas e magnéticas- Melhorar as propriedades elétricas e magnéticas- Produzir uma microestrutura definida- Produzir uma microestrutura definida
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NORMALIZAÇÃONORMALIZAÇÃOObjetivos:Objetivos:
Refinar o grãoRefinar o grão Melhorar a uniformidade da Melhorar a uniformidade da
microestrutramicroestrutra
*** É usada antes da têmpera e revenido*** É usada antes da têmpera e revenido
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TÊMPERA E REVENIDOTÊMPERA E REVENIDOObjetivos:Objetivos: Obter estrutura matensítica que promove:Obter estrutura matensítica que promove:- Aumento na dureza- Aumento na dureza- Aumento na resistência à tração- Aumento na resistência à tração- redução na tenacidade- redução na tenacidade
*** A têmpera gera tensões *** A têmpera gera tensões deve-se fazer deve-se fazer revenido posteriormente revenido posteriormente
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REVENIDOREVENIDO*** Sempre acompanha a têmpera*** Sempre acompanha a têmpera
Objetivos:Objetivos:- Alivia ou remove tensões- Alivia ou remove tensões- Corrige a dureza e a fragilidade, - Corrige a dureza e a fragilidade,
aumentando a dureza e a aumentando a dureza e a tenacidadetenacidade
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ESFEROIDIZAÇÃO OU ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTOCOALESCIMENTO ObjetivoObjetivoProdução de uma estrutura globular ou Produção de uma estrutura globular ou
esferoidal de carbonetos no aço esferoidal de carbonetos no aço melhora a usinabilidade, melhora a usinabilidade,
especialmente dos aços alto especialmente dos aços alto carbonocarbono
facilita a deformação a friofacilita a deformação a frio