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1 Transformações de fases em metais e microestruturas - Conceitos básicos - Conceitos básicos - Alterações microestruturais das ligas Fe-C e propriedades.

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1 1 Transformações de fases em metais e microestruturas - Conceitos básicos - Conceitos básicos - Alterações microestruturais das ligas Fe-C e propriedades (curvas Temperatura-Tempo- Transformação).

2 2 R esfriamento fora do equilíbrio EFEITOS DO NÃO-EQUILÍBRIO Ocorrências de fases ou transformações em temperaturas diferentes daquela prevista no diagrama Ocorrências de fases ou transformações em temperaturas diferentes daquela prevista no diagrama Existência a temperatura ambiente de fases que não aparecem no diagrama Existência a temperatura ambiente de fases que não aparecem no diagrama Cinética das transformações Cinética das transformações equação de Arrhenius: r=A exp -Q/RT equação de Arrhenius: r=A exp -Q/RT

3 3 TRANSFORMAÇÕES DE FASE COM DIFUSÃO o o Sem variação no número e composição de fases Ex: solidificação metal puro e transformação alotrópica o o Com variação no número e composição de fases Ex: Transformação eutética, eutetóide... SEM DIFUSÃO o o Ocorre com formação de fase metaestável Ex: transformação martensítica A maioria das transformações de fase no estado sólido não ocorre instantaneamente, ou seja, são dependentes do tempo

4 4 CURVAS TTT As curvas TTT estabelecem a temperatura e o tempo em que ocorre uma determinada transformação As curvas TTT estabelecem a temperatura e o tempo em que ocorre uma determinada transformação Só tem validade para transformações a temperatura constante Só tem validade para transformações a temperatura constante

5 5 CURVAS TTT início final

6 6 Ex 1: CURVA TTT PARA AÇO EUTETÓIDE Temperatura de austenitização +Fe 3 C Perlita - Como a martensita não envolve difusão, a sua formação ocorre instantaneamente (independente do tempo, por isso na curva TTT a mesma corresponde a uma reta). Martensita

7 7 EX 2: CURVAS TTT PARA AÇO EUTETÓIDE COM AS DUREZAS ESPECIFICADAS DAS MICROESTRUTURAS Perlita grossa ~86-97HR B Perlita fina ~20-30HR C Troostita ~30-40HR C Bainita superior ~40-45 HR C Bainita inferior~50-60 HR C Martensita HR C

8 8 Ex 3: ALGUMAS CURVAS DE RESFRIAMENTO A TEMPERATURA CONSTANTE, PARA UM AÇO EUTETÓIDE, E AS RESPECTIVAS MICROESTRUTURAS FORMADAS PARA CADA UM DOS CASOS

9 9 Ex 4: ALGUMAS CURVAS DE RESFRIAMENTO CONTÍNUO, PARA UM AÇO EUTETÓIDE, E AS RESPECTIVAS MICROESTRUTURAS FORMADAS PARA CADA UM DOS CASOS A (FORNO)= Perlita grossa B (AR)= Perlita + fina (+ dura que a anterior) C(AR SOPRADO)= Perlita + fina que a anterior D (ÓLEO)= Perlita + martensita E (ÁGUA)= Martensita No resfriamento contínuo, as curvas TTT deslocam-se um pouco para a direita e para baixo

10 10 Ex 5: CURVAS TTT E MICROESTRUTURAS PARA AÇOS HIPOEUTETÓIDE E HIPEREUTETÓIDE 0,35% C0,9 %C

11 11 MICROESTRUTURAS RESULTANTES DO RESFRIAMENTO RÁPIDO MARTENSITA MARTENSITA - A martensita se forma quando o resfriamento for rápido o suficiente de forma a evitar a difusão do carbono, ficando o mesmo retido em solução. Como conseqüência disso, ocorre a transformação polimórfica mostrada ao lado. - Como a martensita não envolve difusão, a sua formação ocorre instantaneamente (independente do tempo). Cúbico de face centrada AUSTENITA MARTENSITA TRANSFORMAÇÃO ALOTRÓPICA COM AUMENTO DE VOLUME, que leva à concentração de tensões

12 12 MICROESTRUTURAS RESULTANTES DO RESFRIAMENTO RÁPIDO MARTENSITA MARTENSITA - É uma solução sólida supersaturada de carbono (não se forma por difusão) -Microestrutura em forma de agulhas - É dura e frágil (dureza: Rc) - Tem estrutura tetragonal cúbica (é uma fase metaestável, por isso não aparece no diagrama) Na martensita todo o carbono permanece intersticial, formando uma solução sólida de Ferro supersaturada com Carbono, que é capaz transformar-se em outras estruturas, por difusão, quando aquecida. MARTENSITA REVENIDA MARTENSITA REVENIDA - É obtida pelo reaquecimento da martensita (fase alfa + cementita) - A dureza cai - Os carbonetos precipitam - Forma de agulhas escuras

13 13 MARTENSITA (dureza: Rc) Martensita nos aços Martensita no titânio A transf. Martensítica ocorre c/ aumento de volume

14 14 MARTENSITA REVENIDA

15 15 Fotomicrografia de uma liga de memória de forma (69%Cu-26%Zn-5%Al), mostrando as agulhas de martensita numa matriz de austenita

16 16 PERLITA PERLITA Perlita fina: Rc Perlita grossa: R B FERRITA

17 17 MICROESTRUTURAS RESULTANTES DO RESFRIAMENTO FORA DAS CONDIÇÕES DE EQUILÍBRIO BAINITA BAINITA - Ocorre a uma temperatura inferior a do joelho - Forma de agulhas, contendo ferrita e cementita, que só podem ser vistas com microscópio eletrônico Dureza: bainita superior Rc e bainita acidular Rc ESFEROIDITA ESFEROIDITA - É obtida pelo reaquecimento (abaixo do eutetóide) da perlita ou bainita, durante um tempo bastante longo TROOSTITA TROOSTITA - os carbonetos precipitam de forma globular (forma escura) - Tem baixa dureza (30-40 Rc)

18 18 Microestrutura da Bainita contendo finíssimas agulhas das fases Microestrutura da Bainita contendo finíssimas agulhas das fases

19 19 TRANSFORMAÇÕES AUSTENITA Perlita ( + Fe 3 C) + a fase próeutetóide Bainita ( + Fe 3 C) Martensita (fase tetragonal) Martensita Revenida ( + Fe 3 C) Ferrita ou cementita Resf. lento Resf. moderado Resf. Rápido (Têmpera) reaquecimento

20 20 FATORES QUE AFETAM A POSIÇÃO DAS CURVAS TTT NOS AÇOS Teor de carbono Teor de carbono Tamanho do grão da austenita Tamanho do grão da austenita Composição química (elementos de liga) Composição química (elementos de liga)

21 21 TEOR DE CARBONO Quanto menor o teor de carbono (abaixo do eutetóide) mais difícil de se obter estrutura martensítica Quanto menor o teor de carbono (abaixo do eutetóide) mais difícil de se obter estrutura martensítica

22 22 COMPOSIÇÃO QUÍMICA/ELEMENTOS DE LIGA Quanto maior o teor e o número dos elementos de liga, mais numerosas e complexas são as reações Todos os elementos de liga (exceto o Cobalto) deslocam as curvas para a direita, retardando as transformações Facilitam a formação da martensita *** Conseqüência: em determinados aços pode-se obter martensita mesmo com resfriamento lento

23 23 EFEITO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA/ELEMENTOS DE LIGA NAS CURVAS TTT AISI 1335 AISI 5140 Mesmo teor de carbono mas com diferentes elementos de liga

24 24 COMPOSIÇÃO QUÍMICA/ELEMENTOS DE LIGA AISI 4340 neste aço é possível obter bainita por resfriamento contínuo

25 25 COMPOSIÇÃO QUÍMICA/ELEMENTOS DE LIGA AISI 1321 cementado as linhas Mi e Mf são abaixadas. Neste aço a formação da martensita não se finaliza, levando a se ter austenita residual a temperatura ambiente. Neste aço a formação da martensita não se finaliza, levando a se ter austenita residual a temperatura ambiente.

26 26 TAMANHO DE GRÃO DA AUSTENITA Quanto maior o tamanho de grão mais para a direita deslocam-se as curvas TTT Tamanho de grão grande dificulta a formação da perlita, já que a mesma inicia-se no contorno de grão Então, tamanho de grão grande favorece a formação da martensita

27 27 TAMANHO DE GRÃO DA AUSTENITA No entanto deve-se evitar tamanho de grão da austenita muito grande porque: Diminui a tenacidade Diminui a tenacidade Gera tensões residuais Gera tensões residuais É mais fácil de empenar É mais fácil de empenar É mais fácil de ocorrer fissuras É mais fácil de ocorrer fissuras

28 28 HOMOGENEIDADE DA AUSTENITA Quanto homogênea a austenita mais para a direita deslocam-se as curvas TTT Os carbonetos residuais ou regiões ricas em C atuam como núcleos para a formação da perlita Então, uma maior homogeneidade favorece a formação da martensita

29 29 TRATAMENTOS TÉRMICOS E CONTROLE DA MICROESTRUTURA Finalidade: Finalidade: Alterar as microestruturas e como consequência as propriedades mecânicas das ligas metálicas


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