Aula 10 – Diagrama de fases (Parte 2) Para ter acesso a esse material acesse: http://professores.chapeco.ifsc.edu.br/keli/ 1

Introdução O diagrama de fase Fe-C estudado anteriormente, permite a verificação das transformações que a austenita apresenta durante o resfriamento muito lento, resultando nos constituintes ferrita, cementita e perlita. A formação da austenita para ferrita e cementita necessitam de tempo para ocorrer. Se a velocidade de resfriamento da austenita for elevada, não haverá tempo para que ela se transforme em ferrita e cementita; e a austenita se formará outro constituinte: a martensita.

Mas o que é Martensita? Martensita é uma fase que o material pode apresentar, tipo a ferrita, cementita e etc... A martensita é obtida pelo resfriamento rápido dos aços.

Martensita Apresenta-se sob a forma de agulhas e cristaliza-se na forma tetragonal. A martensita apresenta alta dureza. A alta dureza conseguida pela martensita, pode ser atribuída ao fato da mesma promover a distorção do reticulado cristalino gerando tensões internas.

Martensita Propriedades da Martensita Dureza de até 68 HRC (~780 HB) Alongamento máx. 2,5%. L.R. de até 2500 N/mm². É magnética Estrutura tetragonal

Mas porque que não aparece a martensita do diagrama Fe-Fe3C?

Porque o diagrama Fe-Fe3C mostra as fases formadas quando o resfriamento é LENTO. A Martensita se forma quando o resfriamento é RÁPIDO, e só conseguimos observar a sua transformação quando analisamos um outro tipo de diagrama, o diagrama TTT – Temperatura Tempo e Transformação.

Diagrama “Temperatura-Tempo-Transformação” (Curvas TTT) O diagrama TTT estuda os fenômenos que ocorrem com os aços, quando este é resfriado em diferentes velocidades, ou seja, o diagrama TTT mostra as fases que irão se formar nos aços de acordo com a velocidade de resfriamento.

Diagrama “Temperatura-Tempo-Transformação” (Curvas TTT) Eixo y : escala de temperaturas. Eixo x : escala de tempo e trata-se de uma escala logarítmica.

Diagrama “Temperatura-Tempo-Transformação” Para aço com 0,77%C PG : Perlita grosseira Forma-se entre 727°C - 650°C. Dureza variando entre 165 – 236HB (5 a 20 HRC). PF : Perlita fina Forma-se entre 650°C - 550°C. Dureza variando entre 286 – 371HB (30 a 40 HRC). É a forma mais dura da perlita.

Diagrama “Temperatura-Tempo-Transformação” Para aço com 0,77%C Perlita Grossa Perlita fina

Diagrama “Temperatura-Tempo-Transformação” Para aço com 0,77%C BS : Bainita Superior Forma-se entre 550°C - 350°C. Dureza variando entre ~371 – 421HB ( 40 a 50 HRC) BI : Bainita Inferior (acicular) Forma-se entre 350°C - 220°C. Dureza variando entre ~ 480 – 650 HB ( 50 a 60 HRC).

Mas o que é Bainita? Bainita é uma fase que o material pode apresentar, tipo ferrita, cementita, martensita e etc... A bainita é obtida pelo resfriamento moderado dos aços. Pode apresentar-se sob a forma de bainita superior e bainita inferior (acicular).

Bainita superior: apresenta-se como uma série de agulhas de ferrita separadas por partículas alongadas de cementita. Bainita inferior: a ferrita encontra-se em placas e partículas finas de cementita se formam no interior dessas placas

Diagrama “Temperatura-Tempo-Transformação” Para aço com 0,77%C M : Martensita Forma-se entre 220°C - 150°C Dureza variando entre ~ 740 – 795HB ( 65 a 67 HRC). 15

Nós vimos até agora que é possível que um mesmo aço tenha diferentes tipos de microestruturas. A microestrutura que o material vai apresentar vai depender da sua condição de resfriamento, ou seja, da velocidade de resfriamento do material. Agora vamos analisar as microestruturas formadas sob diferentes velocidade de resfriamento através das curvas TTT.

Curvas de resfriamento Resfriamento mais BRANDO A = Forno B = Ar C = Ar forçado (ventilador) D = Óleo F = Água Aumento da velocidade de resfriamento Resfriamento mais BRUSCO

Aços Eutetóides A = FORNO = Perlita Grosseira B = AR = Perlita Fina C = AR FORÇADO = Perlita mais fina ainda D = ÓLEO = Perlita fina + Banita + Martensita F = ÁGUA = Martensita Aumento da dureza da microestrutura obtida

Aços Eutetóides Curva E: indica, a velocidade crítica de resfriamento. O que é a velocidade crítica de resfriamento? É a menor velocidade de resfriamento que resultará unicamente em martensita. E

Com as observações feitas a partir do diagrama TTT, podemos concluir que: Velocidades de resfriamento muito altas, podem ocasionar excessivas tensões internas, empenamentos das peças e até mesmo ao aparecimento de fissuras. Por isso deve-se sempre escolher um aço, que permita a obtenção de alta dureza com velocidade de resfriamento baixa. Quanto maior velocidade de resfriamento, maior a dureza da microestrutura obtida, mas também mais tensões internas. O ideal é escolher um material que permita alta dureza com baixa velocidade de resfriamento.

Fatores que afetam a posição das curvas TTT nos aços Teor de carbono Composição química Espessura da peça

1.Teor de carbono Quanto menor o teor de carbono (abaixo do eutetóide) mais difícil de se obter estrutura martensítica. MENOR teor de C MAIOR teor de C

2. Composição química (elementos de liga) Quanto maior o teor e o número dos elementos de liga, mais numerosas e complexas são as reações.

2. Composição química (elementos de liga) Todos os elementos de liga (exceto o Co) deslocam as curvas para a direita, retardando as transformações.

3. Espessura da Peça A velocidade de resfriamento é afetada pela espessura da peça, pois é óbvio que o interior das peças se resfria mais lentamente que a sua superfície. A diferença é tanto maior quanto maior é a velocidade de resfriamento e, evidentemente, quanto maior a seção da peça.

3. Espessura da Peça A figura mostra a velocidade de resfriamento para meios diferentes de resfriamento.

Lista de exercícios número 2

Referências CALLISTER Jr, William. Ciência e Engenharia dos Materiais: Uma introdução. 5ª Ed. Rio de Janeiro. LTC. 2005. VAN VLACK, Laurence Hall. Princípios de Ciência dos Materiais. 4ª Ed. São Paulo. Edgard Blücher. 2002. PADILHA, Ângelo Fernando. Materiais de Engenharia: Microestrutura e Propriedades. São Paulo. Hemus. 2007. SHACKELFORD, J. F. Ciência dos Materiais. 6ª Ed. Pearson. 2008. SENAI. Telecurso 2000 Profissionalizante. São Paulo. PASCOALI, S. Apostila de Tecnologia dos Materiais I. CEFET – SC. Araranguá. 2008. COSTA, E. M. Diagrama de Fase em condições de equilíbrio. PGETEMA/PUCRS.