19/03/2014

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MUDANAS MICROESTRUTURAIS E DE PROPRIEDADE EM

LIGAS FERRO- CARBONO

DIAGRAMAS DE TRANSFORMAES ISOTRMICAS

Perlita

Considera-se uma reao eutetide ferro-carboneto de ferro

No resfriamento, austenita, com concentrao de carbono intermediria, transforma-se em ferrita, tendo um teor de carbono mais baixo e tambm em cementita, com maior concentrao de carbono, atravs de difuso

tomos de carbono se difundem para longe das regies de ferrita e dirigindo-se para as camadas de cementita, para dar uma concentrao de 6,70%C em peso,

A perlita se estende do contorno de gro para o dentro dos gros de austenita no reagida.

A perlita se forma em camadas porque os tomos de carbono precisam se difundir apenas distncias mnimas com esta estrutura.

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A dependncia em relao temperatura de uma liga ferro-carbono de composio eutetide so representadas em curvas em forma de S da porcentagem de transformao versus o logartmo do tempo em 3 diferentes temperaturas. Ver figura a seguir.

Para cada curva, dados so coletados aps resfriamento rpido de uma amostra composta de 100% de austenita (temperatura mantida constante durante a reao).

Uma liga ferro-carbono de composio eutetide (0,76%C, em peso), frao reagida isotermicamente versus o logartmo do tempo para a transformao da austenita perlita.

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Dados foram coletados aps resfriamento rpido de uma amostra de 100% de austenita temperatura indicada, mantida constante na reao.

Na figura a seguir, uma curva representa o tempo requerido em cada temperatura para o incio ou partida da transformao e a outra para a concluso da transformao. A curva tracejada corresponde a 50% da transformao completa.

Estas curvas foram geradas a partir de uma srie de grficos da porcentagem de transformao versus o logaritmo do tempo ao longo de uma faixa de temperatura.

Demonstrao de como um diagrama de transformao isotrmica (base) gerado a partir de medies de porcentagem de transformao-versus-logartmo do tempo (topo).

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A curva em forma de S para 675oC, na poro superior da Figura , ilustra como a transferncia de dados feita.

A temperatura eutetide (727oC ) indicada por uma linha horizontal; em temperaturas acima da eutetide e para todos os tempos, apenas austenita existir.

A transformao austenita--perlita ocorrer apenas se uma liga for superresfriada at abaixo da temperatura eutetide; os tempos para a transformao comear e terminar dependem da temperatura.

As curvas de incio e trmino so aproximadamente paralelas e se aproximam da linha eutetide assintoticamente.

esquerda da curva de incio de transformao, apenas austenita (que instvel) estar presente, enquanto que direita da curva de trmino, existir apenas perlita.

No meio, austenita se encontra em processo de transformao em perlita e ambos os microconstituintes estaro presentes.

A taxa de transformao em uma temperatura inversamente proporcional ao tempo requerido para que a reao ocorra at 50% de toda a transformao . Quanto menor for este tempo, maior a taxa de transformao.

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Temperaturas imediatamente abaixo da temperatura eutetide tempos da ordem de 105 s so requeridos para 50% de transformao

A taxa de transformao aumenta com o decrscimo da temperatura ( p. exemplo a 540oC, 3 s so requeridos para a reao alcanar 50% da transformao

Ao longo da faixa de temperatura de 540 a 727oC, a taxa de transformao controlada pela taxa de nucleao de perlita, que decresce com a elevao da temperatura

Essas curvas so vlidas apenas para uma liga Fe-C de composio eutetide;

So precisas apenas para transformaes nas quais a temperatura da liga mantida constante ao longo de toda a durao da reao.

So chamadas como diagramas de transformaes isotrmicas, ou como grficos tempo-temperatura-transformao (T-T-T ).

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Na Figura a seguir, uma curva real de tratamento trmico isotrmico (ABCD) superposto sobre o diagrama de transformao isotrmica para um liga Fe-C

Um resfriamento muito rpido de austenita indicado pela linha AB e o tratamento isotrmico a esta temperatura est representado por BCD.

A transformao da austenita perlita comea na interseo, ponto C (aps aproximadamente 3,5 s) e se completou ao redor de 15 s, (ponto D).

A Figura tambm mostra microestruturas esquemticas em vrios tempos durante o progresso da reao.

Diagrama de transformao isotrmica para uma liga ferro-carbono eutetide, com superposta curva de tratamento trmico isotrmico (ABCD). Microestruturas antes, durante e depois da transformao austenita--perlita so mostradas.

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A razo entre as espessuras das camadas de ferrita e de cementita na perlita aproximadamente 8 para 1, mas a espessura absoluta depende da temperatura da transformao isotrmica.

Em temperaturas abaixo da temperatura eutetide, camadas espessas de ferrita- e de Fe3C so produzidas; esta microsestrutura chamada perlita grossa, indicada no lado direito da curva.

Nestas temperaturas, taxas de difuso so relativamente altas, tomos de carbono podem se difundir a distncias relativamente longas, resultando em lamelas espessas.

Com o decrscimo da temperatura, as camadas se tornam mais finas pela reduo da taxa de difuso.

A estrutura produzida em 540oC denominada perlita fina

Fotomicrografias de (a) perlita grossa e (b) perlita fina.

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Para ligas Fe-C de outras composies, uma fase proeutetide (ferrita ou cementita) coexistir com a perlita.

Curvas adicionais correspondendo a uma transformao proeutetide tambm devem ser includas no diagrama de transformao isotrmica. Uma diagrama para uma liga de 1,13%C em peso mostrada na Figura a seguir

Diagrama de transformao isotrmica para uma liga ferro-carbono com 1,13%C em peso: A, austenita; C, cementita proeutetide; P, perlita.

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Bainita

A bainita um microconstituintes produto da transformao da austenita.

A microestrutura da bainita consiste das fases ferrita e cementita.

Bainita forma- se como agulhas ou placas, dependendo da temperatura da transformao; sendo to finos que sua resoluo possvel apenas usando microscopia eletrnica.

A Figura a seguir uma micrografia eletrnica que mostra um agulha de bainita;

Composta de uma matriz de ferrita e partculas alongadas de Fe3C. A fase que circunda a agulha martensita

Micrografia eletrnica de transmisso de rplica mostrando a estrutura da bainita. Uma agulha de bainita passa do canto esquerdo baixo para o canto direito alto, que consiste de partculas alongadas de Fe3C dentro de uma matriz de ferrita. A fase circundando a agulha de bainita martensita.

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A dependncia da transformao da bainita em relao ao tempo pode ser representada no diagrama de transformao isotrmica, em temperaturas abaixo das quais a perlita se forma;

Curvas de incio, trmino e de meia-reao so extenses da transformao da perlita,

A figura a seguir apresenta o diagrama de transformao isotrmica para uma liga Fe-C com composio eutetide, estendida para temperaturas mais baixas.

As 3 curvas tm forma de C e tm um "ponto de inflexo" no ponto N, onde a taxa de transformao mxima.

Enquanto a perlita se forma acima do ponto de inflexo (entre 540 a 727oC); a bainita o produto da transformao para tratamentos isotrmicos entre 215 e 540oC.

Diagrama de transformao isotrmica para uma liga Fe-C de composio eutetide, incluindo transformaes austenita--perlita (A-P) e austenita--bainita (A-B).

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As transformaes perlticas e bainticas so competitivas e uma vez formado, a transformao para o outro microconstituinte no possvel sem o reaquecimento para formar a austenita.

A cintica da transformao da bainita (abaixo do ponto de inflexo na Figura) aumenta exponencialmente com a temperatura.

Ressalta-se que a cintica de muitas transformaes de estado slido so representadas por curvas em forma de C

Esferoidita ou Cementita Globulizada

Esferoidita se formar se perlita ou bainita for aquecida abaixo da temperatura eutetide (p. ex. 700oC) e mantido durante 18 a 24 horas

Ao invs de lamelas alternadas de ferrita e cementita (perlita) ou de partculas alongadas de Fe3C numa matriz de ferrita (bainita), a fase Fe3C aparece como partculas esferides em matriz contnua de fase .

Constitui-se de uma adicional difuso de carbono sem mudana na composio ou quantidades relativas de ferrita e cementita.

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Fotomicrografia de um ao tendo uma microestrutura de esferoidita. As partculas pequenas so cementita; a fase contnua a ferrita-

Martensita

Martensita formada quando austenita resfriada at prximo temperatura ambiente.

uma uma estrutura monofsica de no-equilbrio resultante de uma transformao da austenita sem difuso, competindo com perlita e bainita.

A transformao ocorre quando a taxa de resfriamento rpida suficiente para ocorrer baixa ou nenhuma difuso do carbono. Qualquer difuso resultar na formao das fases ferrita e cementita.

Existe apenas um pequeno deslocamento de cada tomo em relao aos seus vizinhos, de modo que a austenita CFC apresenta uma transformao polimrfica para uma martensita tetragonal de corpo centrado (TCC)

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A clula unitria um cubo de corpo centrado que foi alongado em uma de suas dimenses; sendo diferente da ferrita CCC.

Os tomos de carbono permanecem como impurezas intersticiais na martensita; constituindo uma soluo slida capaz de rapidamente se transformar a outras estruturas se aquecida at temperaturas mais elevadas.

Muitos aos, entretanto, retm sua estrutura martenstica quase indefinidamente temperatura ambiente

A clula unitria tetragonal de corpo centrado para ao martenstico mostrando tomos de ferro (crculos) e stios que podem ser ocupados pelos tomos de carbono (cruzes). Para esta clula nitria tetragonal, c>a.

A transformao martenstica no exclusiva de ligas Fe-C, sendo encontrada em outros sistemas pela transformao sem difuso.

Ocorre quase que instantneamente; os gros de martensita se nucleiam e crescem em uma taxa muito rpida (velocidade do som) dentro da matriz de austenita, sendo, para propsitos prticos, independente do tempo.

Gros de martensita tm forma de placa (chapa) ou de agulha. A fase branca austenita (austenita retida) que no se transformou durante o rpido resfriamento.

Martensita bem como outros microconstituintes (por exemplo, perlita) podem coexistir.

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Fotomicrografia mostrando a microestrutura da martensita. Os gros em forma de agulha so de fase martenstica e as regies brancas so de austenita que falhou em se transformar durante o rpido resfriamento. 1220x.

Sendo uma fase de no-equilbrio, a transformao austenita--martensita no representada no diagrama de transformao isotrmica, como as reaes perltica e baintica.

O comeo desta transformao est representado por uma linha horizontal M e duas outras linhas horizontais e tracejadas, rotuladas como M(50%) e M(90%) indicam porcentagens da transformao austenita--martensita.

As temperaturas variam com a composio da liga, sendo relativamente baixas devido inexistncia da difuso de carbono.

funo apenas da temperatura at qual a liga temperada ou rapidamente resfriada. Uma transformao deste tipo denominada uma transformao atrmica.

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O diagrama de transformao isotrmica completa para uma liga ferro-carbono de composio eutetide: A, austenita; B, bainita; M, martensita; P, perlita.

Para uma liga de composio eutetide resfriada rapidamentea partir de uma temperatura acima de 727oC para, p. exemplo165oC, ocorre uma transformao isotrmica

50% da austenita se transformar imediatamente martensitae durante o tempo em que a temperatura for mantida constante, no haver nenhuma transformao adicional.

A presena de elementos de liga, por exemplo, Cr, Ni, Mo e V pode causar mudanas nas posies e forma das curvasnos diagramas de transformao isotrmica, p. exemplo:

(1) deslocamento do ponto de inflexo da transformaoaustenita--perlita para maiores tempos

(2) formao de um ponto de inflexo separado da bainita.

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Diagrama de transformaes isotrmicas para um ao ligado (tipo 4340, cromo-niquel-molibdnio): A, austenita; B, bainita; P, perlita; M,martensita.

Exemplo 1.

Considerando o diagrama de transformao isotrmica para uma liga ferro-carbono com composio eutetide da figura a seguir, especifique a natureza da microestrutura final (em termos dos microconstituintes presentes e das porcentagens aproximadas) de uma pequena amostra que foi submetida aos seguintes tratamentos tempo-temperatura. Em cada caso, assuma que inicialmente a amostra estava a 760C e que havia sido mantida nessa temperatura tempo suficiente para ser obtida uma estrutura homognea totalmente austentica. (a) Resfriar rapidamente at 350C, manter por 104s e ento,

temperar at a temperatura ambiente. (b) Resfriar rapidamente at 250C, manter por 100 s e, ento,

temperar at a temperatura ambiente. (c) Resfriar rapidamente at 650C, manter por 20 s, resfriar

rapidamente at 400C, manter por 103s e, ento, temperar at a temperatura ambiente.

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Diagramas de Transformao sob Resfriamento Contnuo

Tratamentos trmicos isotrmicos no so prticos pois a liga deve ser resfriada a partir de uma temperatura muito alta, acima do ponto eutetide, e mantida at uma temperatura ainda elevada.

Na prtica, a maioria dos tratamentos trmicos envolvem resfriamento contnuo at temperatura ambiente.

Um diagrama de transformao isotrmica vlido apenas para condies de temperatura constante, sofrendo alteraes quando ocorrem variaes de temperatura.

Para resfriamento contnuo, o tempo para uma reao iniciar e terminar retardado.

Assim as curvas isotrmicas so deslocadas para tempos maiores e temperaturas menores

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Superposio do diagrama de transformao isotrmica com o de transformao sob resfriamento contnuo para uma liga ferro-carbono de composio eutetide.

Um grfico contendo tais curvas de reao de incio e trmino modificados denominado um diagrama de transformao sob resfriamento contnuo.

Algum controle pode ser mantido sobre a taxa de variao de temperatura dependendo do ambiente de resfriamento.

Curvas de resfriamento a taxas rpida e lenta so apresentadas na Figura a seguir para um ao eutetide.

A transformao comea aps um perodo correspondente interseo da curva de resfriamento com a curva de incio de reao e termina ao cruzar a curva de trmino da transformao.

Os produtos microestruturais para curvas rpida e lenta so perlitas fina e grossa, respectivamente.

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Curvas de resfriamento moderamente rpida e lenta superpostas num diagrama de transformao sob resfriamento contnuo para uma liga ferro-carbono euttica.

Normalmente, bainita no se formar quando uma liga continuamente resfriada at temperatura ambiente.

Isto porque toda a austenita ser transformada em perlita quando a transformao bainita tiver se tornada possvel.

Assim a regio representativa da transformao austenita-perlita termina abaixo do ponto de inflexo como indicado pela curva AB.

Para qualquer curva de resfriamento que passa atravs AB, a transformao cessa no ponto de interseo; com continuado resfriamento, a austenita no reagida comea a se transformar martensita ao cruzar a linha M.

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As linhas M, M(50%) e M(90%) ocorrem nas mesmastemperaturas para os diagramas de transformao isotrmica e de transformao sob resfriamento contnuo.

Para resfriamento contnuo de um ao, existe uma taxa de resfriamento rpido crtico, que representa a mnima taxa de tmpera que produzir uma estrutura totalmente martenstica.

A taxa de resfriamento crtica estar no ponto de inflexo onde a transformao perltica comea (ver figura a seguir).

Apenas martensita existir para taxas de tmpera maior do que a crtica ;

Existir uma faixa de taxas ao longo da qual tanto a perlita quantoa martensita so produzidas.

Uma estrutura totalmente perltica se desenvolve para taxas de resfriamento menores.

Diagrama de transformao sob resfriamento contnuo para uma liga Fe-C eutetide e superpostas curvas de resfriamento, demonstrando a dependncia da microestrutura final em relao s transformaes que ocorrem durante o resfriamento.

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Carbono e outros elementos tambm deslocam os pontos de inflexo da perlita (bem como da fase proeutetide) e da bainita paratempos maiores, decrescendo a taxa crtica de resfriamento.

Uma das razes para a adio de elementos de liga em aos facilitar a formao da martensita em sees relativamenteespessas.

A Figura a seguir mostra um diagrama de transformao sob resfriamento contnuo

A presena do ponto de inflexo da bainita explica a possibilidadede formao de bainita para um tratamento trmico sob resfriamentocontnuo.

Curvas de resfriamento superpostas na Figura a seguir indicam a taxa crtica de resfriamento e como o comportamento de transformao e a microestrutura final so influenciados pela taxa de resfriamento.

Diagrama de transformao sob resfriamento contnuo para um ao-liga (tipo 4340) e vrias curvas de resfriamento superpostas demonstrando a dependncia da microestrutura finaldesta liga em relao s transformaes que ocorrem durante o resfriamento.

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A taxa crtica de resfriamento reduzida mesmo na presena de carbono.

Ligas ferro-carbono contendo menos do que cerca de 0,25%C no so tratadas termicamente para formar martensita porque as taxas de resfriamento necessrias so muito rpidas, no sendo prticas.

Outros elementos de liga que so particularmente efetivos para tornarem os aos tratveis termicamente so cromo, nquel, molibdnio, mangans, silcio e tungstnio;

Estes elementos devem estar em soluo slida com a austenita por ocasio da tmpera.

Diagramas de transformao isotrmica e sob resfriamento contnuo so diagramas de fase nos quais o parmetro tempo introduzido.

Cada um experimentalmente determinado para uma liga de especificada composio em funo de temperatura e tempo.

Estes diagramas permitem a previso da microestrutura aps algum perodo de tempo para tratamentos trmicos temperatura constante e sob resfriamento contnuo, respectivamente.

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COMPORTAMENTO MECNICO DE LIGAS Fe-C

O aumento a frao de Fe3C num ao resulta em um material mais duro e resistente.

A Figura a seguir apresenta as resistncias trao e ao escoamento e o nmero de dureza Brinell em funo da % de carbono em peso (ou equivalentemente como % de Fe3C) para aos que so compostos de perlita fina.

As 3 propriedades crescem com o aumento da concentrao de carbono.

O aumento da cementita resultar em um decrscimo da dutilidade e da tenacidade (ou energia de impacto).

(a) Resistncia ao escoamento, resistncia trao e dureza Brinell versus concentrao de carbono para aos carbono comuns tendo microestruturas que consistem de perlita fina. (b) Dutilidade (%EL e %AR) e energia de impacto Izod versus concentrao de carbono para aos carbono comuns tendo microestruturas que consistem de perlita fina.

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A espessura da camada das fases ferrita e cementita tambm influencia o comportamento mecnico do material.

Perlita fina mais dura e resistente que a perlita grossa (ver figura a seguir).

As razes para este comportamento se relaciona a fenmenos que ocorrem nos contornos de fases -Fe3C.

Existe um grande grau de aderncia entre as duas fases atravs de um contorno.

A resistente e rgida fase cementita restringe a deformao da fase ferrita mais macia na regio adjacente ao contorno; assim, pode-se dizer que a cementita refora a ferrita.

(a) Durezas Brinell e Rockwell como uma funo da concentrao de carbono para aos carbono comuns tendo microestruturas de perlita fina e grossa bem como de esferoidita. (b) Dutilidade (%AR) como uma funo da concentrao de carbono para aos carbono comuns tendo microestruturas de perlita fina e grossa bem como de esferoidita.

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O grau deste reforo maior na perlita mais fina porque maior ser a rea de interface por unidade de volume de material.

Contornos de fase servem como barreiras para o movimento de discordncia como aquela dos contornos de gro.

Para perlita fina existem mais barreiras que uma discordncia deve passar durante deformao plstica, sendo maior o reforo

A restrio ao movimento de discordncia e perlita mais fina explica as maiores dureza e resistncia mecnica.

Perlita grossa mais dtil do que a perlita fina. Este comportamento resulta a partir da maior restrio deformao plstica da perlita fina.

Esferoidita ou Cementita Globalizada

Ligas contendo microestruturas perlticas tm maior resistncia mecnica e dureza do que aquelas contendo microestrutura de esferoidita.

Este comportamento de novo explicado em termos de reforo nos contornos de gro e impedimento ao movimento das discordncias atravs dos contornos ferrita-cementita.

H menos rea de contorno por unidade de volume em esferoidita e, consequentemente, a deformao plstica no to dificultada, o que d origem a um material mais macio e menos resistente.

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De todos os aos, aqueles que so os mais macios e os mais fracos tm uma microestrutura de esferoidita.

Aos esferoidizadas so estremanete dteis, mais do que os aos perlticos finos ou grossos.

So notavelmente tenazes porque qualquer trinca que se propaga na matriz de ferrita dtil pode encontrar apenas uma pequena frao de partculas de cementita frgil

Bainita

Aos bainticos tm uma estrutura mais fina (isto , menores partculas de Fe3C na matriz de ferrita),

So geralmente mais fortes e mais duros em relao aos aos perlticos;

Exibem uma desejvel combinao de resistncia e dutilidade.

A figura a seguir mostra a influncia da temperatura de transformao sobre o limite de resistncia trao e a dureza para uma liga de Fe-C com composio eutetide

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Influncia da temperatura de transformao sobre o limite de resistncia trao e a dureza para uma liga de Fe-C com composio eutetide

Martensita

Martensita a mais dura e a resistente microestrutura e, tambm, a mais frgil, apresentando dutilidade desprezvel.

Sua dureza dependente do teor de carbono, at cerca de 0,6% em peso

A Figura a seguir apresenta a dureza da martensita e da perlita fina como uma funo da % em peso de carbono.

A resistncia mecnica e a dureza da martensita so atribudas efetividade dos tomos de carbono intersticiais em dificultar o movimento de discordncia e a poucos sistemas de escorregamento para a estrutura tetragonal de corpo centrado (TCC).

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Dureza como uma funo da concentrao de carbono para aos carbono martensticos e perlticos finos.

A austenita ligeiramente mais densa do que a martensita e, portanto, durante a transformao de fase no resfriamento, h um aumento lquido de volume.

Consequentemente, peas relativamente grandes que so rapidamente temperadas podem ser trincar como um resultado de tenses internas;

Isto se torna um problema especialmente quando o teor de carbono maior do que cerca de 0,5% em peso.

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MARTENSITA REVENIDA

Martensita, alm de ser muito dura, to frgil que no pode ser usada para a maioria das aplicaes prticas;

Tenses internas que posssam ter sido introduzidas durante a tmpera tem um efeito enfraquecedor.

A dutilidade e tenacidade da martensita podem ser aumentadas e estas tenses internas aliviadas por um tratamento trmico conhecido como revenimento.

O revenimento realizado por aquecimento de um ao martenstico at uma temperatura abaixo da temperatura eutetide por um perodo, normalmente em temperaturas entre 250 e 650oC;

Este tratamento trmico permite, por processos difusionais, a formao de martensita revenida, de acordo com a reao abaixo:

A monofase TCC, supersaturada em carbono, transforma-se em martensita revenida, composta de fases estveis ferrita e cementita, como indicado no diagrama de fase Fe-Fe3C.

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Micrografia eletrnica de martensita revenida. O revenimento foi realizado a 594oC. As partculas pequenas so de fase cementita; a fase matriz de ferrita-

A microestrutura de martensita revenida consiste de pequenas partculas de cementita, uniformemente dispersas e embutidas dentro de uma matriz contnua de ferrita.

Similar microestrutura de esferoidita, exceto pelo fato de que as partculas de cementita so muito menores.

Martensita revenida pode ser aproximadamente to dura e to forte quanto a martensita, mas com maiores dutilidade e tenacidade.

A dureza e a resistncia mecnica podem ser explicadas pela grande rea de contorno de fases entre ferrita e cementita para partculas de cementita muito finas e numerosas.

A cementita dura refora a matriz de ferrita ao longo dos contornos de gro, que agem como barreiras para o movimento de discordncias durante a deformao plstica.

A contnua fase ferrita tambm muito dtil e relativamente tenaz, o que explica a melhoria destas propriedades na martensita revenida.

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O tamanho das partculas de cementita influencia as propriedades mecnicas da martensita revenida;

O aumento do tamanho de partcula decresce a rea do contorno de fase ferrita-cementita e resulta em um material mais macio e fraco que mais tenaz e dtil.

O tratamento trmico de revenimento determina o tamanho das partculas de cementita.

A maioria dos tratamentos so processos temperatura constante.

Como a difuso de carbono est envolvida na transformao martensita-martensita revenida, o aumento da temperatura aceler a difuso, a taxa de crescimento das partculas de cementita e a taxa de amolecimento.

A dependncia da resistncia trao e da dutilidade em relao temperatura de revenimento para um ao mostrada na Figura a seguir.

Antes do revenimento, o material foi temperado em leo para produzir a estrutura martenstica;

O tempo de revenimento em cada temperatura foi de 1 h. Este tipo de dados de revenimento fornecido pelo fabricante do ao.

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Resistncia trao, resistncia ao escoamento e dutilidade (%AR) versus temperatura de revenimento para um ao-liga (tipo 4340) temperado em leo.

A dependncia da dureza em relao ao tempo a vrias temperaturas apresentada na Figura a seguir para um ao de composio eutetide temperado em gua.

Com o aumento do tempo a dureza decresce, o que corresponde ao crescimento e coalescimento das partculas da cementita.

Em temperaturas que se aproximam da eutetide (700oC) e aps vrias horas, a microestrutura se torna esferoidita, com grandes esferides de cementita embutidos dentro de uma fase contnua de ferrita.

Correspondentemente, uma martensita superrevenida relativamente macia e dtil.

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Dureza versus tempo de revenimento para um ao carbono comum eutetide (1080) temperado em gua.

Fragilidade de Revenido

O revenimento de alguns aos pode resultar em uma reduo da tenacidade quando medido por testes de impacto. Isto denominado fragilidade de revenido.

O fenmeno ocorre quando o ao revenido em uma temperatura acima de cerca de 575oC seguido por resfriamento lento at temperatura ambiente, ou quando o revenimento realizado numa temperatura compreendida entre aproximadamente 375 e 575oC.

Aos susceptveis fragilidade de revenido contm concentraes dos elementos de liga mangans, nquel ou cromo e, em adio, um ou mais dos elementos antimnio, fsforo, arsnio e estanho como impurezas em relativamente baixas concentraes.

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A presena destes elementos de liga e de impurezas desloca a transio dtil--frgil para temperaturas significativamente mais altas e temperatura ambiente situa-se abaixo desta transio no regime frgil.

A propagao de trinca destes materiais fragilizados intergranular; isto , o passo de fratura ao longo dos contornos dos gros da fase austenita precursora. Elementos de liga e elementos impurezas se segregam preferencialmente nestes contornos de gro.

A fragilidade de revenido pode ser evitada por controle de composio e/ou revenimento acima de 575oC ou abaixo de 375oC, seguido por tmpera at temperatura ambiente.

A tenacidade de aos que se tornaram fragilizados pode ser melhorada pelo aquecimento at cerca de 600oC e a seguir rpido resfriamento at abaixo de 300oC.

Exerccios

1. Suponha que um ao de composio eutetide seja resfriado desde 760C at 550C em menos de 0,5 s, e que seja mantido nessa temperatura. (a) Quanto tempo levar at que a reao da austenita em perlita atinja

50% da sua totalidade? E para atingir 100%? (b) Estime a dureza da liga que se transformou completamente em perlita.

2. Considerando o diagrama de transformao isotrmica para uma liga Fe-C com composio eutetoide (Figura a seguir), especifique a natureza da microestrutura final (em termos dos microconstituintes presentes e das porcentagens aproximadas de cada um deles) para uma pequena amostra que tenha sido submetida aos seguintes tratamentos tempo-temperatura. Para cada caso, assuma que a amostra estava a 760C e que foi mantida nessa temperatura durante tempo suficiente para atingir urna estrutura totalmente austentica e homognea. (a) Resfriamento rpido at 700C, manuteno por 104 s e, ento,

tmpera at a temperatura ambiente. (b) Reaquecimento da amostra no item (a) at 700C durante 20 h.

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(c)Resfriamento rpido at 600C, manuteno por 4 s, resfriamento rpido at 450C, manuteno por 10 s e, ento, tmpera at a temperatura ambiente.

(d) Resfriamento rpido at 400C, manuteno por 2 s e, ento, tmpera at a temperatura ambiente.

(e) Resfriamento rpido at 400C, manuteno por 20 s e, ento, tmpera at a temperatura ambiente.

(f) Resfriamento rpido at 400C, manuteno por 200 s e, ento, tmpera at a temperatura ambiente.

(g) Resfriamento rpido at 575C, manuteno por 20 s, resfriamento rpido at 350C, manuteno por 100 s e, ento, tmpera at a temperatura ambiente.

(h) Resfriamento rpido at 250C, manuteno por 100 s e, ento, tmpera em gua at temperatura ambiente. Reaquecimento at 315oC durante 1 h e resfriamento lento at a temperatura ambiente.

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3. Faa um esboo do diagrama de transformao isotrmica para uma liga Fe-C com composio eutetoide (Figura anterior) e ento esboce e identifique nesse diagrama as trajetrias tempo-temperatura para produzir as seguintes microestruturas: (a) 100% perlita fina (b) 100% martensita revenida(c) 50% perlita grosseira, 25% bainita e 25% martensita

4. Usando o diagrama de transformao isotrmica para um ao contendo 0,45% C (Figura a seguir) determine a microestrutura final (em termos somente dos microconstituintes presentes) de um pequena amostra que tenha sido submetida aos seguintes tratamentos tempo-temperatura. Para cada caso, assuma que a amostra estava a 845oC e que ela foi mantida nessa temperatura, durante tempo suficiente para atingir uma estrutura totalmente austentica e homognea.

(a) Resfriamento rpido at 250C, manuteno por 10 s e, ento, tmpera at a temperatura ambiente.

(b) Resfriamento rpido at 700C, manuteno por 30 s e, ento, tmpera at a temperatura ambiente.

(c) Resfriamento rpido at 400C, manuteno por 500 s e, ento, tmpera at a temperatura ambiente

(d) Resfriamento rpido at 700C,manuteno nessa temperatura durante 105 s e, ento, tmpera at a temperatura ambiente.

(e) Resfriamento rpido at 650C, manuteno nessa temperatura durante 3 s, resfriamento rpido at 400C, manuteno por 10 s e, ento, tmpera at a temperatura ambiente.

(f) Resfriamento rpido at 450C, manuteno por 10 s e, ento, tmpera at a temperatura ambiente.

(g) Resfriamento rpido at 625oC, manuteno por 1 s e, ento, tmpera at a temperatura ambiente.

(h) Resfriamento rpido at 625C, manuteno nessa temperatura durante 10 s, resfriamento rpido at 400C, manuteno nessa temperatura durante 5 s e, ento, tmpera at a temperatura ambiente.

5. Para Os itens (a), (c), (d), (f) e (h) do Problema anterior, determine as porcentagens aproximadas dos microconstituintes formados.

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6. Faa uma cpia do diagrama de transformao isotrmica para uma liga ferro-carbono contendo 0,45%p C (Figura exerccio anterior) e ento esboce e identifique nesse diagrama as trajetrias tempo-temperatura para produzir as seguintes microestruturas: (a) 42% ferrita proeutetoide e 58% perlita grosseira (b) 50% perlita fina e 50% bainita(c) 100% martensita(d) 50% martensita e 50% austenita

7. Nomeie os produtos microestruturais de amostras da liga ferro-carbono eutetoide (0,76%p C) que foram, primeiro, completamente transformadas em austenita, ento resfriadas at a temperatura ambiente nas seguintes taxas:(a) 200C/s, (b) 100C/s, (c) 20C/s.

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8. A Figura a seguir mostra o diagrama de transformao por resfriamento contnuo para uma liga ferro-carbono contendo 1,13%p C. Faa uma cpia dessa figura e ento esboce e identifique as curvas de resfriamento contnuo para produzir as seguintes microestruturas: (a) Perlita fina e cementita proeutetoide(b) Martensita(c) Martensita e cementita proeutetoide(d) Perlita grosseira e cementita proeutetoide(e) Martensita, perlita fina e cementita proeute-oide

9. Cite duas diferenas importantes entre os diagramas de transformao por resfriamento contnuo para os aos carbono comuns e os aos-liga.

10 Explique sucintamente por que no existe uma regio de transformao da bainita no diagrama de transformao por resfriamento contnuo para uma liga ferro-carbono com composio eutetoide.

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11. Nomeie os produtos microestruturais de amostras de ao-liga 4340 que so, primeiro, transformadas completamente em austenita e, ento, resfriadas at a temperatura ambiente de acordo com as seguintes taxas:

(a) 10oC/s(b) 1oC/s(c) 0,1oC/s(d) 0,01oC/s

12. Descreva sucintamente o procedimento de tratamento trmico por resfriamento contnuo mais simples que poderia ser utilizado para converter um ao 4340 de urna microestrutura na outra:

(a) (Martensita + bainita) em (ferrita + perlita)(b) (Martensita + bainita) em cementita globulizada(c) (Martensita bainita) em (martensita + bainita + ferrita)

13 Com base em consideraes de difuso, explique por que a perlita fina se forma sob resfriamento moderado da austenita atravs da temperatura eutetoide, enquanto a perlita grosseira o produto sob taxas de resfriamento relativamente lentas.

14 Explique sucintamente por que a perlita fina mais dura e mais resistente que a perlita grosseira, a qual, por sua vez, mais dura e mais resistente que a esferoidita.

15. Cite duas razes pelas quais a martensita to dura e frgil.

16. Classifique as seguintes ligas ferro-carbono e suas microestruturas associadas em ordem decrescente de limite de resistncia trao: (a) 0,25%p C com cementita globulizada(b) 0,25%p C com perlita grosseira (c) 0,60%p C com perlita fina (d) 0,60%p C com perlita grosseira Justifique essa classificao.

17. Explique sucintamente por que a dureza da martensita revenida diminui com o tempo de revenido (sob uma temperatura constante) e com o aumento da temperatura (com um tempo de revenido constante).

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18. Descreva sucintamente o procedimento de tratamento trmico mais simples que poderia ser usado para converter um ao contendo 0,76%p C de uma microestrutura na outra, como segue: (a) Cementita globulizada em martensita revenida(b) Martensita revenida em perlita(c) Bainita em martensita(d) Martensita em perlita(e) Perlita em martensita revenida(f) Martensita revenida em perlita(g) Bainita em martensita revenida(h) Martensita revenida em cementita globulizada.

19 (a) Descreva sucintamente a diferena microestrutural entre a cementitaglobulizada e a martensita revenida.

(b) Explique por que a martensita revenida muito mais dura e resistente.

20 Estime as durezas Rockwell para amostras de urna liga ferro-carbono com composio eutetoide que foram submetidas aos tratamentos trmicos descritos nos itens (h), (d), (f), (g) e (h) do Problema 2.

21. Estime as durezas Brinell para amostras de uma liga ferro-carbono contendo 0,45%p C que foram submetidas aos tratamentos trmicos descritos nos itens (a), (d) e (h) do Problema 4.

22 Determine os limites de resistncia trao aproximados para amostras de uma liga ferro-carbono eutetoide que sofreram os tratamentos trmicos descritos nos itens (a) e (c) do Problema 7.

23. Para um ao eutetoide, descreva os tratamentos trmicos isotrmicos que seriam necessrios para produzir amostras com as seguintes durezas .Rockwell: (a) 93 HRB (b) 40 HRC(c) 27 HRC