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Transformação de Fases. Transformação de fase é a alteração no números de fases e/ou na natureza da fase que envolve alguma alteração na microestrutura.

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1 Transformação de Fases

2 Transformação de fase é a alteração no números de fases e/ou na natureza da fase que envolve alguma alteração na microestrutura

3 Tipos de transformações de fases Aquelas que dependem de difusão, onde não há alteração no número nem na composição das fases presentes. (Solidificação, transformações alotrópicas, recristalização e crescimento de grão) Aquelas que dependem de difusão, envolvendo, entretanto, alguma alteração na composição das fases e, freqüentemente, no número de fases também. (Reações eutetóide, eutética e peritética) Aquelas que não dependem da ocorrência de difusão, resultando numa fase metaestável. (Transformação martensítica)

4 Do ponto de vista microestrutural, o primeiro processo a acompanhar uma transformação de fases é a nucleação, que consiste na formação de embriões, seguidos de núcleos da nova fase, que podem agregar mais volume e área superficial (crescimento)

5 Para transformações em estado sólido que exibem o comportamento cinético, a fração da transformação é uma função do tempo: Onde: k e n são constantes independentes do tempo. Equação de Avrami

6 Por convenção, a taxa de deformação, r, é tomada como sendo o inverso do tempo necessário para que a transformação prossiga até a metade da sua conclusão (t 0,5 )

7 A temperatura é uma das variáveis que está sujeita a controle e ela pode ter uma influência profunda sobre a cinética e, portanto, sobre a taxa de transformação Cobre puro Onde: R= a constante dos gases; T= temperatura absoluta; A= constante independente da temperatura; Q= energia de ativação específica para a reação em questão.

8 Transformações Multifásicas As transformações de fases podem ser forjadas em sistemas de ligas metálicas pela variação da temperatura, da composição e da pressão externa; entretanto, as alterações de temperatura através de tratamentos térmicos são mais convenientemente utilizadas para induzir as transformações de fases.

9 Uma limitação dos diagramas de fase consiste na sua incapacidade de indicar o tempo que é necessário para que o equilíbrio seja atingido. Nenhuma informação sobre as taxas de transformação de fases é dada no diagrama de fases. A taxa de aproximação do equilíbrio para sistemas sólidos é tão lenta, que ele quase nunca é atingido.

10 Para mudanças de fases que ocorrem durante o resfriamento em condições de equilíbrio, as transformações são deslocadas para temperaturas mais baixas do que aquelas indicadas pelo diagrama de fases. Para mudanças de fases que ocorrem durante o aquecimento, as transformações são deslocadas para temperaturas mais elevadas. Esses fenômenos são chamados de super-resfriamento e sobreaquecimento, respectivamente.

11 Transformações isotérmicas Transformação de austenita em perlita de uma liga ferro- carbono de composição eutetóide. Os dados da curva foram coletados para uma amostra composta inicialmente de 100% de austenita e resfriada até a temperatura indicada no gráfico, na qual se processou a transformação. Na Temperatura Eutetóide: γ(0,76%p C) → α(0,022%p C) + Fe 3 C (6,70%p C)

12 Essa é a maneira mais conveniente de representar transformações de fases difusionais, i.e, dependentes do tempo e da temperatura. Diagrama de Transformação Isotérmica

13 Diagrama de transformação isotérmica para uma liga ferro-carbono com composição eutetóide, mostrando a superposição da curva para um tratamento térmico isotérmico (ABCD) A transformação da austenita em perlita começa no ponto C e termina no ponto D.

14 A perlita grosseira é formada por lamelas espessas de ferrita e cementita. A perlita fina é formada por lamelas finas, que nucleiam-se progressivamente com a diminuição da temperatura e como conseqüência da diminuição na taxa de difusão.

15 Diagrama de transformação isotérmica para uma liga ferro- carbono com 1.13%p C. Onde: A= austenita; C= cementita; P= perlita.

16 Bainita A bainita é o produto de uma transformação autenítica em alguns aços e ferros fundidos. Ela se forma em temperaturas entre aquelas nas quais ocorrem as transformações perlíticas (mais elevadas) e martensíticas (mais baixas). A microestrutura consiste em uma fina dispersão de cementita na ferrita-α.

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18 Diagrama de transformação isotérmica para uma liga ferro-carbono com composição eutetóide, incluindo as transformações da austenita em perlita e da austenita em bainita.

19 Cementita globulizada A cementita globulizada é uma microestrutura que se forma a partir de uma liga de aço que possui microestrutura perlítica ou bainítica e que tenha sido aquecida a uma temperatura abaixo da eutetóide durante um período suficientemente longo.

20 1000x Fotomicrografia de um aço que possui uma microestrutura de cementita globulizada. As partículas pequenas são de cementita e a fase contínua consiste em ferrita α.

21 Martensita A martensita pode estar presente em ligas ferrosas ou não, induzida por resfriamento rápido e/ou por deformação através do cisalhamento da rede cristalina ao longo de planos e direções cristalográficas específicas. Em aços austenitizados, a martensita é formada através de resfriamento rápido (têmpera) até uma temperatura inferior à M i (temperatura de início de transformação martensítica) ou por deformação abaixo da temperatura M d (temperatura de início de transformação martensítica por deformação). A martensita, que é resultante de uma transformação adifusional da austenita, não é uma fase de equilíbrio. Qualquer difusão que venha porventura ocorrer em tratamentos posteriores à transformação martensítica, resultará na formação das fases ferrita e cementita.

22 Na transformação martensítica existe apenas um pequeno deslocamento de cada átomo em relação ao seu vizinho. A austenita do aço comum ao carbono e alguns outros, CFC, quando temperada, sofre uma transformação polimórfica em martensita tetragonal de corpo centrado (TCC)

23 Para ligas que contêm menos do que cerca de 0,6%p C A transformação martensítica também é conhecida como transformação atérmica

24 Para todos os fins práticos a transformação martensítica é independente do tempo. Para aços comuns ao carbono que contêm concentrações de carbono superiores a aproximadamente 0,6%p C

25 Diagrama de transformação isotérmica completo para uma liga ferro- carbono com composição eutetóide, onde: A= austenita; B= bainita; M= martensita; P= perlita.

26 Diagrama de transformação isotérmica para um aço-liga, onde: A= austenita; B=bainita; M=martensita; F= ferrita proeutetóide.

27 Diagrama de transformação por resfriamento contínuo

28 Curvas de resfriamento moderadamente rápido e de resfriamento lento sobrepostas a um diagrama de transformação por resfriamento contínuo para uma liga ferro- carbono com composição eutetóide.

29 Diagrama de transformação por resfriamento contínuo para uma liga ferro- carbono com composição eutetóide e a superposição das curvas de resfriamento, demonstrando a dependência da microestrutura final em relação às transformações que ocorrem durante o resfriamento.

30 Diagrama de transformação por resfriamento contínuo para um aço-liga (AISI 4340) e a superposição de várias curvas de resfriamento, demonstrando a dependência da microestrutura final dessa liga em relação às transformações que ocorrem durante o resfriamento. Austenita → Maretensita

31 Comportamento Mecânico de Ligas Ferro-Carbono

32 Perlita

33 Cementita globulizada

34 Bainita

35 Martensita

36 Martensita revenida A martensita temperada é muito dura e muito frágil. Assim, para aumentar a ductilidade e a tenacidade da martensita e aliviar as tensões é utilizado o tratamento térmico de revenimento, que dá nome à nova martensita formada: martensita revenida.

37 Martensita → Martensita revenida (TCC, monofásica) (fases α + Fe 3 C) A martensita revenida pode guardar porcentagem importante da dureza da martensita como temperada, porém, tem ductilidade e tenacidade substancialmente aprimoradas Fe 3 C Ferrita α

38 Os limites de resistência à tração e de escoamento e a ductilidade (%RA) em função da temperatura de revenimento para um aço-liga (AISI 4340) temperado em óleo.

39 A dureza em função do tempo de revenimento para um aço comum ao carbono (AISI 1080) com composição eutetóide, que foi temperado em água.

40 Fragilização por revenimento A fragilização de algumas ligas de aço ocorre quando elementos específicos de liga (Mn,Ni,Cr) e impurezas (Sb, P, As e Sn) estão presentes e mediante o revenido dentro de uma faixa de temperatura definida ( °C), ou acima de 575°C, seguido de resfriamento lento.

41 Perlita (  + Fe 3 C) + fase próeutetóide Bainita (  + Fe 3 C) Martensita (fase tetragonal) Martensita Revenida (  + Fe 3 C) Austenita Ferrita ou cementita Resfriamento lento Resfriamento moderado Resfriamento rápido (têmpera) Reaquecimento


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