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Transformação de uma fase em outra requer tempo. Como a taxa de transformação se relaciona com o tempo e a temperatura? Como podemos modificar a taxa de.

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1 Transformação de uma fase em outra requer tempo. 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? Transformações de Fases em Metais

2 A fração transformada é dependente do tempo. A taxa de transformação depende da temperatura. r para situações de equilíbrio geralmente não é possível! Fração de Transformação fração transformada tempo y 1 e kt n Eq. de Avrami y log (t) Fixo T t r 1 t 0,.5 Ae Q/RT Energia de ativação NC N = Nucleação C = Crescimento

3 A taxa de reação é resultado da nucleação e crescimento de cristais Exemplo: Taxa de nucleação alta T abaixo de T E T moderadamente abaixo de T E T bem abaixo de T E Taxa de nucleação baixa Taxa de crescimento alta Colônia de perlita Taxa de nucleação moderada Taxa de cresc. moderadaTaxa de crescimento baixa Adapted from Fig. 10.1, Callister 6e. % Perlita Nucleação Crescim. log (tempo) t 50 Taxa de nucleação cresce w/ T Taxa de crescimento cresce w/T Nucleação e Crescimento de Cristais

4 Transformação Eutetóide %p C

5 Sistema Fe-C, C o = 0,77%p C Transformação em T = 675ºC Diagramas de Transformações Isotérmicas

6 Composição eutetóide, C o = 0,77%p C Início em T > 727ºC Resfriada rapidamente até 625ºC mantida nesta isoterma. Diagramas de Transformações Isotérmicas Curvas TTT para uma liga eutetóide de Fe-C.

7 T transf logo abaixo da T E T maiores: difusão é mais rápida Perlita é grosseira. Dois casos: T transf bem abaixo da T E T menores: difusão é mais lenta Perlita fina Morfologia da Perlita Baixo Colônias são mais largas - Maiores T: Colônias são menores

8 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.

9 Diagrama de Transformação Isotérmica para Composição Não Eutetóide Formação de cementita proeutetóide Fim da formação de cementita proeutetóide e início da formação da perlita Fim da formação da perlita 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.

10 Bainita: ripas de fe- (tiras), separadas por partículas de Fe 3 C; forma-se entre 200 e 540ºC: bainita superior: entre 300 e 540ºC bainita inferior: entre 200 e 300ºC tanto a superior quanto a inferior são formadas por ferrita, cementita e martensita, modificando-se apenas seu arranjo na estrutura.Bainita

11 Bainita

12 Cementita Globulizada: Matriz de Fe- com Fe 3 C em forma esférica; obtida pelo aquecimento da bainita ou perlita até uma temperatura próxima da temperatura eutetóide por longo intervalo de tempo; redução da área interfacial (força motriz). Outros Produtos do Sistema Fe-C Fe- Partícula de cementita

13 Martensita: Fe- (CFC) para Martensita (TCC); Transformação ocorre apenas com o resfriamento rápido do Fe- ; % de transformação depente da temperatura apenas. Outros Produtos do Sistema Fe-C Sítio do átomo de C Esquema da estrutura TCC formada na transformação da martensita.

14 Martensita Formação da martensita é controlada pela temperatura e independe do tempo A = Austenita P = Perlita M = Martensita B = Bainita

15 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

16 Influência de Outros Elementos de Liga joelho da bainita Tempo mais longo para o cotovelo A-P

17 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.

18 Taxas de Resfriamento Críticas Curvas de resfriamento para a formação de 100% de martensita ou de perlita. TRC = Taxa de Resfriamento Crítico

19 Influência de Outros Elementos de Liga 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; A formação de bainita é possível; 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.

20 Comportamento Mecânico de Ligas Fe-C Energia de impacto Izod (ft.lb) Limite de escoamento e limite de resistência à tração 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).

21 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. Perlita fina Perlita grossa Cementita globulizada Cementita globulizada Perlita grossa Perlita fina %p C %p Fe 3 C Índice de dureza Brinell Ductilidade (%RA)

22 Comportamento Mecânico de Ligas Fe-C Índice de dureza Brinell Limite de resistência à tração (MPa) A bainita é mais resistente e dura que a perlita

23 Comportamento Mecânico de Ligas Fe-C Índice de dureza Brinell Dureza Rockwell C A martensita é a mais dura, mais resistente e mais frágil dentre as microestruturas possíveis em uma liga de FeC; 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.

24 Comportamento Mecânico de Ligas Fe-C A martensita é muito dura para determinadas aplicações; A ductilidade e a tenacidade da martensita podem melhorar com a apliação de um tratamento térmico de alívio de tensões (revenimento); Revenimento: aquecimento de um aço temperado até ºC 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.

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


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