Transformações de Fases em metais

Transformações de Fases em metais

10. Transformações de fases em metais e microestruturas

  • - Conceitos básicos

  • - Alterações microestruturais das ligas Fe-C e propriedades (curvas Temperatura-Tempo-Transformação).

Diagrama Fe-Fe3C

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

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

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

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

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

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

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).

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: 63-67 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

MARTENSITA (dureza: 63-67 Rc)

MARTENSITA REVENIDA

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

PERLITA

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 40-45 Rc e bainita acicular 50-60 Rc

  • ESFEROIDITA

  • - É obtida pelo reaquecimento (abaixo do eutetóide) da perlita ou bainita, durante um tempo bastante longo

TRANSFORMAÇÕES

FATORES QUE AFETAM A POSIÇÃO DAS CURVAS TTT NOS AÇOS

  • Teor de carbono

  • Tamanho do grão da austenita

  • Composição química (elementos de liga)

TEOR DE CARBONO

  • Quanto menor o teor de carbono (abaixo

  • do eutetóide) mais difícil de se obter

  • estrutura martensítica

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

EFEITO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA/ELEMENTOS DE LIGA NAS CURVAS TTT

  • AISI 1335

COMPOSIÇÃO QUÍMICA/ELEMENTOS DE LIGA

  • AISI 4340 neste aço é possível obter bainita por resfriamento contínuo

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.

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

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.

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

TRATAMENTOS TÉRMICOS E CONTROLE DA MICROESTRUTURA

  • Finalidade:

  • Alterar as microestruturas e como consequência as propriedades mecânicas das ligas metálicas

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

PRINCIPAIS TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS

  • Recozimento

  • Normalização

  • Têmpera e revenido

  • Coalescimento ou esferoidização

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

NORMALIZAÇÃO

  • Objetivos:

  •  Refinar o grão

  •  Melhorar a uniformidade da microestrutra

  • *** É usada antes da têmpera e revenido

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

REVENIDO

  • *** Sempre acompanha a têmpera

  • Objetivos:

  • - Alivia ou remove tensões

  • - Corrige a dureza e a fragilidade, aumentando a dureza e a tenacidade

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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