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.

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

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

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

Transformação Eutetóide %p C

Diagramas de Transformações Isotérmicas • Sistema Fe-C, Co = 0, 77%p C • Transformação

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

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

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:

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

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

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

Bainita

Outros Produtos do Sistema Fe-C • Cementita Globulizada: Ø Matriz de Fe- com Fe

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

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

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 =

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

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.

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

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,

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

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

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

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

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;

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

Resumo Temperatura eutetóide Austenita Cementita globulizada Perlita Martensita Revenida Bainita Aquecimento Martensita Têmpera Temperatura ambiente Austenita, perlita, bainita e martensita podem co-existir