Diagrama de Fases

Diagrama de Fases

ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais

PMT 2100 -Introduçãoà

CiênciadosMateriais para

Engenharia 2ºsemestrede 2005

Acima: Boeing 767. Em baixo : microscopia eletrônica de transmissão de uma liga de alumínio 7150-T651 (6,2 %Zn-2,3 %Cu-2,3

%Mg-0,12% Zr) usada para a fabricação de partes das asas e da fuselagem.

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2ROTEIRO DA AULA

•Diagrama de fases Fe-Fe3C – Microestruturas eutetóides

– Microestruturas hipoeutetóides

•Transformações de fase

• Cinética

–Cinética da reação eutetóide do aço fora do equilíbrio –Diagramas T T T

•Têmpera do aço •Endurecimento por precipitação

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•Fundamental devido às aplicações do aço.

–Microestrutura formada por finas camadas de Fe3C numa matriz de

DIAGRAMA Fe-Fe3C

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4 DIAGRAMA Fe-Fe3C –MICROESTRUTURA EUTETÓIDE

Ferrita Fe-a

Austenita Fe-g

Microestrutura de Perlita

PMT 2100 – Introdução à Ciência dos Materiais para a Engenharia - 2005 a.Nucleação e crescimento da ferrita (Fe-a) nos contornos de grão da austenita(Fe-g).

DIAGRAMA Fe-Fe3C TRANSFORMAÇÃO NOS AÇOS HIPOEUTETÓIDES

PMT 2100 – Introdução à Ciência dos Materiais para a Engenharia - 2005 c.Crescimento de perlitaa partir da austenita residual.

d.Microestrutura de um aço 0,4% C resfriado lentamente.

DIAGRAMA Fe-Fe3C TRANSFORMAÇÃO NOS AÇOS HIPOEUTETÓIDES

7 DIAGRAMA Fe-Fe3C -MICROESTRUTURA HIPOEUTETÓIDE

Microestrutura de um aço 0,38% C resfriado lentamente (em condições próximas ao equilíbrio).

As transformações de fase nos materiais geralmente resultam em mudanças microestrutrurais.

A maioria das transformações de fase não ocorrem imediatamente, pois existem problemas de transporte de massa a serem superados. Daí decorre que a maioria das transformações de fase são dependentes do tempo.

Por exemplo quando há formação de uma nova fase, os átomos do reticulado devem se re-arranjar, havendo criação de uma interface que separa a nova fase da fase matriz.

Além disso os átomos têm que se movimentar (difusão) para formar o núcleo cristalino.

A formação de uma nova fase ou de um novo arranjo ordenado de átomos ocorre por nucleação e crescimento.

O tempo necessário para nuclear e crescer um novo arranjo no interior do material pode ser medido e avaliado através do estudo da cinética da transformação.

10 Em reações no estado sólido a quantidade de fase transformada varia de acordo com um comportamento sigmoidal (S-shaped curve) como o ilustrado na figura ao lado.

A fração transformada (y)em uma reação isotérmica, varia exponencialmente com o tempo transcorrido, t, conforme uma expressão denominada equação de Avrami:

ondek e n são constantes independentes do tempo, porém características do tipo de transformação.

Porcentagem de recristalização isotérmica em função do tempo para cobre puro

Para a maioria das transformações de fase isotérmicas, a taxa dereação, r, varia exponencialmente com a temperatura, T:

onde R é a constante universal dos gases, T é temperatura absoluta, A é uma constante que independe da temperatura e Q é a energia de ativação da reação.

Curvas em S para a cinética de transformação isotérmica de um aço com composição eutétóide(0,76 %C). Decomposição da fase austenitae formação dum agregado de ferrita+ cementitadenominado perlita.Nucleação e crescimento de perlitanos contornos de grão da ausetnita.

Cinética da reação eutetóideem aços fora do equilíbrio

Diagrama de transformação isotérmica T (Tempo-

Transformação- Temperatura) para a reação eutetóide em aços

Diagrama T T T

Cinética da reação eutetóideem aços fora do equilíbrio

Diagrama de transformação isotérmica T(Tempo-Transformação- Temperatura) para a reação eutetóide em aços

Cinética da reação eutetóideem aços fora do equilíbrio

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O tratamento de têmpera do aço é descrito na Odisséia, obra de Homero escrita supostamente entre os séculos XII e VIII a.C. .

A têmpera consiste em resfriamento brusco (em água ou óleo) do aço a partir do campo austenítico.

Forma-se uma fase acicular de não-equilíbrio denominada martensita.

Plaquetas de martensitaem um fundo de austenitaretida.

TÊMPERA DOS AÇOS (fases de não-equilíbrio)

•A transformação martensítica ocorre quando a velocidade de resfriamento é rápida o suficiente para impedir a difusão do carbono.

•A martensitaé uma fase dura e frágil.

•Sua dureza aumenta com o teor de carbono do aço.

TÊMPERA DOS AÇOS (fases de não-equilíbrio)

Estrutura da martensita (tetragonal de corpo centrado) : os círculos indicam as posiçõesdos átomos de Fe, enquanto os X indicam posições que podem ser ocupadas por átomos de C.

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A principal condição para que uma liga possa ser envelhecida é que a solubilidade diminua com o decréscimo da temperatura, de forma que uma solução sólida supersaturada possa ser obtida

ENDURECIMENTO POR PRECIPITAÇÃO (fora do equilíbrio)

Temperatura constante

No tratamento de precipitação, após solubilização, ocorre a formação de precipitados metaestáveismuito finos que endurecemo material.

ENDURECIMENTO POR PRECIPITAÇÃO (fora do equilíbrio)

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19Endurecimento por precipitação (Duralumínio)

Liga de alumínio 2014 (0,9%Si; 4,4%Cu; 0,8%Mn; 0,5%Mg)

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20 •Capítulos do Callistertratados nesta aula

–Itens do Capítulo 9 : •9.13 e 9.14 (somente até ligas hipoeutetóides)

–Itens do Capítulo 10 : •10.1 a 10.5; 10.7

–Itens do Capítulo 1 : •1.7 e 1.8

•Outras referências importantes

–Van Vlack, L. -Princípios de Ciência dos Materiais, 3aed.

•os temas tratados nesta aula estão dispersos pelo livro do Van Vlack, e não são completamente cobertos nessa referência; os itens que

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