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10. Transformações de fases em metais e microestruturas

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Apresentação em tema: "10. Transformações de fases em metais e microestruturas"— Transcrição da apresentação:

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

2 Diagrama Fe-Fe3C

3 INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS DE LIGA NOS AÇOS
Limitações dos aços ao carbono: - Não podem ser temperados e revenidos para alta resistência mecânica sem perda substancial da tenacidade e da dutilidade - Baixa temperabilidade (em peças grossas, é difícil conseguir martensita em toda a seção. Para conseguir maior penetração da têmpera, torna-se necessário resfriamento severo, que induz elevado nível de tensões residuais, aumentando distorções, empenamento e risco de trincas. - Baixa usinabilidade (devido ao cavaco contínuo) - Baixa resistência ao impacto a baixas temperaturas - Baixas resistência à corrosão e à oxidação

4 INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS DE LIGA NOS AÇOS
Para contornar essas deficiências: adiciona-se elementos de liga ao aço. Conseqüência: maior custo ! No entanto, em muitas aplicações, os aços ligados são os únicos materiais de engenharia que satisfazem as exigências. Exemplos de elementos de liga usados: Mn, Ni, Cr, Mo, W, V, Ti, Si e P

5 EFEITO DOS ELEM. LIGA SOBRE O DIAGRAMA Fe-Fe3C
Elementos de liga denominados gamagênicos: promovem abaixamento da zona crítica  São eles: Mn, Ni, Co e N Conseqüência: aço austenítico à temperatura ambiente Elementos de liga denominados alfagênicos: promovem elevação da zona crítica  Exemplos: Si, Cr, Mo, W, V, Nb, etc. Conseqüência: elevada temperatura de têmpera dos aços ligados Além disso, todos elementos de liga comumente utilizados nos aços deslocam o ponto eutetóide para a esquerda, ou seja, para menores teores de carbono TODOS EL E Si, Cr, Mo, W, V, Nb, etc. Mn, Ni, Co e N T %C

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

7 TRANSFORMAÇÕES DE FASE
COM DIFUSÃO ­Sem variação no número e composição de fases Ex: solidificação metal puro e transformação alotrópica ­Com variação no número e composição de fases Ex: Transformação eutética, eutetóide... SEM DIFUSÃO ­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

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

9 CURVAS TTT início final

10 Ex 1: CURVA TTT PARA AÇO EUTETÓIDE
Temperatura de austenitização +Fe3C Perlita Martensita 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).

11 Perlita grossa ~86-97HRB Perlita fina ~20-30HRC Bainita superior ~40-45 HRC Bainita inferior~50-60 HRC Martensita HRC EX 2: CURVAS TTT PARA AÇO EUTETÓIDE COM AS DUREZAS ESPECIFICADAS DAS MICROESTRUTURAS

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

13 A (FORNO)= Perlita grossa
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

14 Ex 5: CURVAS TTT E MICROESTRUTURAS PARA AÇOS HIPOEUTETÓIDE E HIPEREUTETÓIDE
Fe3C 0,35% C 0,9 %C

15 MICROESTRUTURAS RESULTANTES DO RESFRIAMENTO RÁPIDO
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 TRANSFORMAÇÃO ALOTRÓPICA COM AUMENTO DE VOLUME, que leva à concentração de tensões MARTENSITA

16 MICROESTRUTURAS RESULTANTES DO RESFRIAMENTO RÁPIDO
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 de Ferro supersaturada com Carbono, que é capaz transformar-se em outras estruturas, por difusão, quando aquecida. MARTENSITA REVENIDA - É obtida pelo reaquecimento da martensita (fase alfa + cementita) - A dureza cai - Os carbonetos precipitam - Forma de agulhas escuras

17 MARTENSITA (dureza: 63-67 Rc)
Martensita no titânio Martensita nos aços A transf. Martensítica ocorre c/ aumento de volume

18 MARTENSITA REVENIDA

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

20 PERLITA Perlita fina: 20-30 Rc Perlita grossa: 86-97 RB FERRITA

21 MICROESTRUTURAS RESULTANTES DO RESFRIAMENTO FORA DAS CONDIÇÕES DE EQUILÍBRIO
BAINITA - Ocorre a uma temperatura inferior a do joelho - Forma de agulhas, contendo ferrita e cementita, que só podem ser vista com microscópio eletrônico Dureza: bainita superior Rc e bainita acicular Rc ESFEROIDITA - É obtida pelo reaquecimento (abaixo do eutetóide) da perlita ou bainita, durante um tempo bastante longo

22 Microestrutura da Bainita contendo finíssimas agulhas das fases

23 ( + Fe3C) + a fase próeutetóide
TRANSFORMAÇÕES AUSTENITA Resf. lento Resf. Rápido (Têmpera) Resf. moderado Perlita ( + Fe3C) + a fase próeutetóide Martensita (fase tetragonal) Bainita ( + Fe3C) reaquecimento Martensita Revenida ( + Fe3C) Ferrita ou cementita

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

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

26 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

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

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

29 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.

30 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

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

32 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

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

34 OBJETIVOS DOS TRATAMENTOS TÉRMICOS
- Remoção de tensões internas - Aumento ou diminuição da dureza - Aumento da resistência mecânica - Melhora da ductilidade - Melhora da usinabilidade - Melhora da resistência ao desgaste - Melhora da resistência à corrosão - Melhora da resistência ao calor - Melhora das propriedades elétricas e magnéticas

35 PRINCIPAIS TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS
Recozimento Normalização Têmpera e revenido Coalescimento ou esferoidização

36 RECOZIMENTO Objetivos:
- Remoção de tensões internas devido aos tratamentos mecânicos - Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade - Alterar as propriedades mecânicas como a resistência e ductilidade - Ajustar o tamanho de grão - Melhorar as propriedades elétricas e magnéticas - Produzir uma microestrutura definida

37 NORMALIZAÇÃO Objetivos:  Refinar o grão
 Melhorar a uniformidade da microestrutra *** É usada antes da têmpera e revenido

38 TÊMPERA E REVENIDO Objetivos:
 Obter estrutura matensítica que promove: - Aumento na dureza - Aumento na resistência à tração - redução na tenacidade *** A têmpera gera tensões  deve-se fazer revenido posteriormente

39 REVENIDO Objetivos: *** Sempre acompanha a têmpera
- Alivia ou remove tensões - Corrige a dureza e a fragilidade, aumentando a dureza e a tenacidade

40 ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO
Objetivo Produção de uma estrutura globular ou esferoidal de carbonetos no aço  melhora a usinabilidade, especialmente dos aços alto carbono  facilita a deformação a frio


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