Transformaes de Fases em Metais Transformao de uma
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Transformações de Fases em Metais • Transformação de uma fase em outra requer tempo. Fe (Austenita) C FCC Reação eutetóide Fe 3 C (cementita) + (ferrita) (BCC) • Como a taxa de transformação se relaciona com o tempo e a temperatura? • Como podemos modificar a taxa de transformação obter estruturas de engenharia fora do equilíbrio? • As propriedades mecânicas das estruturas fora do equilíbrio são melhores?
Fração de Transformação • A fração transformada é dependente do tempo. Eq. de Avrami -kt n = y 1 e fração transformada tempo 1 y N 0. 5 0 N = Nucleação C Fixo T t 0. 5 C = Crescimento log (t) • A taxa de transformação depende da temperatura. Energia de ativação -Q /RT 1 = = r Ae t 0, . 5 • r para situações de equilíbrio geralmente não é possível!
Nucleação e Crescimento de Cristais • A taxa de reação é resultado da nucleação e crescimento de cristais 100 % Perlita Taxa de nucleação cresce w / DT 50 Nucleação Crescim. t 50 0 Taxa de crescimento cresce w/T log (tempo) Adapted from Fig. 10. 1, Callister 6 e. • Exemplo: Colônia de perlita T abaixo de TE Taxa de nucleação baixa Taxa de crescimento alta T moderadamente abaixo de TE T bem abaixo de TE . Taxa de nucleação moderada Taxa de nucleação alta Taxa de cresc. moderada Taxa de crescimento baixa
Transformação Eutetóide %p C
Diagramas de Transformações Isotérmicas • Sistema Fe-C, Co = 0, 77%p C • Transformação em T = 675ºC
Diagramas de Transformações Isotérmicas Ø Composição eutetóide, Co = 0, 77%p C Ø Início em T > 727ºC Ø Resfriada rapidamente até 625ºC mantida nesta isoterma. Curvas TTT para uma liga eutetóide de Fe-C.
Morfologia da Perlita • Dois casos: Ø Ttransf logo abaixo da TE ü T maiores: difusão é mais rápida ü Perlita é grosseira. Ø Ttransf bem abaixo da TE ü T menores: difusão é mais lenta ü Perlita fina • Baixo DT: - Maiores D T: Colônias são mais largas Colônias são menores
Morfologia da Perlita • Observações experimentais: Microestrutura da perlita em função da isoterma mantida: (a) 655ºC, (b) 600ºC, (c) 534ºC e (d) 487ºC. A morfologia da estrutura de 2 fases é a mesma, mas o espaçamento entre elas diminui com o decréscimo da temperatura da isoterma.
Diagrama de Transformação Isotérmica para Composição Não Eutetóide Em um sistema de Fe-C, para uma liga com 1, 13%p C, uma cementita proeutetóide irá se formar primeiro, como mostrado na figura ao lado. Fim da formação da perlita Formação de cementita proeutetóide Fim da formação de cementita proeutetóide e início da formação da perlita
Bainita • Bainita: Ø ripas de fe- (tiras), separadas por partículas de Fe 3 C; Ø forma-se entre 200 e 540ºC: ü bainita superior: entre 300 e 540ºC ü bainita inferior: entre 200 e 300ºC Ø tanto a superior quanto a inferior são formadas por ferrita, cementita e martensita, modificando-se apenas seu arranjo na estrutura.
Bainita
Outros Produtos do Sistema Fe-C • Cementita Globulizada: Ø Matriz de Fe- com Fe 3 C em forma esférica; Ø obtida pelo aquecimento da bainita ou perlita até uma temperatura próxima da temperatura eutetóide por longo intervalo de tempo; Ø redução da área interfacial (força motriz). Fe- Partícula de cementita
Outros Produtos do Sistema Fe-C • Martensita: Ø Fe- (CFC) para Martensita (TCC); Ø Transformação ocorre apenas com o resfriamento rápido do Fe- ; Ø % de transformação depente da temperatura apenas. Sítio do átomo de C Esquema da estrutura TCC formada na transformação da martensita.
Martensita A = Austenita P = Perlita M = Martensita B = Bainita Formação da martensita é controlada pela temperatura e independe do tempo
Rota Tempo x Temperatura x Microestrutura A = Austenita P = Perlita M = Martensita B = Bainita A = 100% bainita B= 100% martensita C= 50% P + 50% B
Influência de Outros Elementos de Liga joelho da bainita Tempo mais longo para o cotovelo A-P
Diagramas de Transformação por Resfriamento Contínuo Transf. Resf. Contínuo Transf. isotérmica Taxa de resf. alta Taxa de resf. moderada Taxa de resf. baixa Para o resfriamento contínuo a curva TTT se desloca para baixo (temperaturas menores) e para a direita (tempos maiores) no diagrama.
Taxas de Resfriamento Críticas Curvas de resfriamento para a formação de 100% de martensita ou de perlita. TRC = Taxa de Resfriamento Crítico
Influência de Outros Elementos de Liga Ø Elementos de liga como o Ni, Cr, W e Si deslocam o joelho A-P para tempos mais longos, logo pode-se obter martensita para taxas de resfriamentos mais lentas; Ø A formação de bainita é possível; Ø Para aços com menos de 0, 25%p C, a taxa de resfriamento para a obtenção de 100% de martensita é muito alta para ser praticada.
Energia de impacto Izod (ft. lb) Limite de escoamento e limite de resistência à tração Comportamento Mecânico de Ligas Fe-C A cementita é muito mais duro e, portanto, mais frágil que a ferrita. Então, quando maior o teor de cementita no aço, maior será sua dureza e resistência e menor sua ductilidade e tenacidade (energia de impacto).
Ductilidade (%RA) Comportamento Mecânico de Ligas Fe-C Para uma dada composição, as propriedades mecânicas mudam com a microestrutura. A cementita globulizada possui a maior ductilidade e a menor dureza. %p Fe 3 C Cementita globulizada Perlita grossa Índice de dureza Brinell %p Fe 3 C Perlita fina %p C Perlita grossa Cementita globulizada %p C
Comportamento Mecânico de Ligas Fe-C Limite de resistência à tração (MPa) Índice de dureza Brinell A bainita é mais resistente e dura que a perlita
Ø Sua alta dureza está relacionado a capacidade dos átomos intersticiais de carbono de restringir o movimento das discordâncias, bem como ao número relativamente pequeno de sistemas de escorregamento para a estrutura TCC. Dureza Rockwell C Ø A martensita é a mais dura, mais resistente e mais frágil dentre as microestruturas possíveis em uma liga de Fe. C; Índice de dureza Brinell Comportamento Mecânico de Ligas Fe-C
Comportamento Mecânico de Ligas Fe-C Ø A martensita é muito dura para determinadas aplicações; Ø A ductilidade e a tenacidade da martensita podem melhorar com a apliação de um tratamento térmico de alívio de tensões (revenimento); Ø Revenimento: aquecimento de um aço temperado até 250650ºC para deixar a difusão ocorrer e formar a martensita revenida conforme a equação: Mart. (TCC) -> Mart. rev. (Fe +Fe 3 C) A microestrutura da martensita revenida é similar a da cementita globulizada, mas possui partículas de Fe 3 C menores, o que acarreta em dureza e resistência maiores.
Resumo Temperatura eutetóide Austenita Cementita globulizada Perlita Martensita Revenida Bainita Aquecimento Martensita Têmpera Temperatura ambiente Austenita, perlita, bainita e martensita podem co-existir
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