A8 - Cinética e microestrutura das transformações estruturais · Válido em geral, incluindo...
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Cinética vs. Equilíbrio• Diagramas de fase: sistema em equilíbrio termodinâmico, para o
qual os sistemas tendem, dado tempo suficiente
• Os Materiais, em geral, não são produzidos nem utilizados nos seus estados de equilíbrio
• Cinética refere-se à velocidade com que um dado processo ocorre – as variáveis principais são o tempo e a temperatura→conhecer a relação tempo-temperatura-microestrutura para
controlar propriedades do produto
Superfícies internas
SSASW
fronteira das fases têm energia adicional – energia interfacial
•Quando a nova fase se forma (ou nucleia) em pontos aleatórios da fase-mãe –nucleação homogénea•Quando a nova fase se forma (ou nucleia) preferencialmente em pontos específicos da fase-mãe – nucleação heterogénea
Nucleação homogénea
clustering deátomos adjacentes
formação do núcleocristalino
crescimento da fasecristalina
Nucleação homogénea
r* ∝ (1/ΔT)
ΔG* ∝ 1/(ΔT)2
a barreira de energia paraa nucleação diminui com o grau de sobrearrefecimento
Velocidade e tempo de nucleação
nucleação homogénea é extremamente difícil de conseguir no laboratório→ competição da nucleação heterogénea
Nucleação heterogénea
A barreira de energia para nucleação heterogénea é sempre menor doque a barreira de energia para a nucleação homogénea→ a energia libertada pela eliminação da interface líquido-molde podefornecer energia para formar as interfaces líquido-sólido e sólido-molde
Crescimento duma nova faseX=1-exp[-(kt)n]
Tempo de incubação Crescimento da nova fase
Depleção do soluto ou impedimento físico
fracção de materialtransformado
Válido em geral, incluindo cristalização de polímeros
MSOffice1
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MSOffice1 O tempo de incubação é função do sobrearrefecimento. O tempo de incubação é o tempo requerido para nuclear a fase.
X é a fracção de fase transformada.Joao Pedro Conde, 3/16/2008
Diagrama TTT (transformação isotérmica) de um aço eutectóide
T=655 ºC 600 ºC 534 ºC 487 ºC
γ-Fe→α-Fe+Fe3C
Arrefecimento rápido até T, seguido de manutenção a esta temperatura
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JP5 Esta morfologia é energeticamente favorável em relação à perlite quando o sobrearrefecimento aumenta.Conde, 4/7/2003
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JP6 Se a austenite de composição 0.77 wt% C for arrefecida rapidamente a ~200 ºC, não forma uma mistura de ferrite e cementite por difusão. Um tipo diferente de transformação de fase, chamada atérmica, ou sem difusão, tem lugar. Deste modo, a quantidade de fase transformada depende apenas da temperatura, e não do tempo.Conde, 4/7/2003
Transformação martensítica
-20 %
+12%
Fase γ (austenite)
Fase BCT(martensite)
(atérmica, ou sem difusão)
aumento de volume causa tensões
JP7
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JP7 Embora os valores específicos de a e c dependam do teor em carbono da liga, o volume aumenta sempre quando a austenite se transforma emmartensite. Como resultado desta variação de volume, tensões internas significativas desenvolvem-se, e problemas com cracking podem ocorrer.Conde, 4/7/2003
Diagramas TTT• Os diagramas TTT (IT):
– Material num campo de 1-só fase– Instantâneamente arrefecido a uma dada temperatura– Mantido a essa temperatura durante um certo tempo
• Os diagramas TTT (CT-continuous transformation):– Utilizado quando o arrefecimento não é instantaneo– Mais adequado numa operação comercial, quando são
utilizadas peças grandes e de forma complexa
Métodos de têmpera(direct quench)
“revenido”têmpera
a martensite é dura mas frágil → necessário aumentar ductilidade
Métodos de têmpera(martêmpera)
Minimiza gradientes térmicos no interior da amostra que podem levarà formação de fissuras na superfície
Solidificação e homogeneização duma liga fora do equilíbrio
Assumiu-se:1. Difusão no estado sólido desprezável2. Mistura completa no líquido3. A qualquer temperatura, a composição
do sólido e do líquido em contactona interface é dado pelo diagramade equilíbrio
Próximas aulas[Estrutura dos materiais]Propriedades mecânicas dos materiais I (A9 e A10, dias 10 e 11 de Abril)
Próxima aula prática P5 (8 e 9 de Abril):- discussão do TPC5- diagramas ternários
TPC5 devido sexta-feira, dia 11 de Abril
Leitura: “Thermodynamics of condensed phases, Kinetic processes in materials”, B.S. Mitchell, An Introduction to Materials Engineering and Science for Chemical and Materials Engineers, Wiley-Interscience, Hoboken, NJ, USA, 2004.