• Transformação de uma fase em outra requer tempo.

• Como a taxa de transformação se relaciona com o tempo e a temperatura?

• Como podemos modificar a taxa de transformação obter estruturas de engenharia fora do equilíbrio?

• As propriedades mecânicas das estruturas fora do equilíbrio são melhores?

Transformações de Fases em MetaisTransformações de Fases em Metais

Fe

(Austenita)

Reação eutetóide

C FCC

Fe3C (cementita)

(ferrita)

+(BCC)

• A fração transformada é dependente do tempo.

• A taxa de transformação depende da temperatura.

• r para situações de equilíbrio geralmente não é possível!

Fração de TransformaçãoFração de Transformação

fração transformada tempo

y1 ektn

Eq. de Avrami y

log (t)

Fixo T

0

0.5

1

t0.5

r 1t0,.5

AeQ/RT

Energia de ativação

N CN = Nucleação

C = Crescimento

• A taxa de reação é resultado da nucleação e crescimento de cristais

• Exemplo:

Taxa de nucleação alta

T abaixo de TE T moderadamente abaixo de TET bem abaixo de TETaxa de nucleação baixa

Taxa de crescimento alta

Colônia deperlita

Taxa de nucleação moderada

Taxa de cresc. moderada Taxa de crescimento baixa

Adapted fromFig. 10.1, Callister 6e.

% Perlita

0

50

100

Nucleação

Crescim.

log (tempo)t50

Taxa de nucleação cresce w/ T

Taxa de crescimento cresce w/T

Nucleação e Crescimento de CristaisNucleação e Crescimento de Cristais

Transformação EutetóideTransformação Eutetóide

%p C

• Sistema Fe-C, Co = 0,77%p C• Transformação em T = 675ºC

Diagramas de Transformações IsotérmicasDiagramas de Transformações Isotérmicas

Composição eutetóide, Co = 0,77%p C Início em T > 727ºC Resfriada rapidamente até 625ºC mantida nesta isoterma.

Diagramas de Transformações IsotérmicasDiagramas de Transformações Isotérmicas

Curvas TTT para uma liga eutetóide de Fe-C.

10m

Ttransf logo abaixo da TE T maiores: difusão é mais rápida Perlita é grosseira.

• Dois casos:

Ttransf bem abaixo da TE T menores: difusão é mais lenta Perlita fina

Morfologia da PerlitaMorfologia da Perlita

• BaixoColônias são mais largas

- Maiores T: Colônias são menores

Morfologia da PerlitaMorfologia da Perlita

• Observações experimentais:

Microestrutura da perlita em função da isoterma mantida: (a) 655ºC, (b) 600ºC, (c) 534ºC e (d) 487ºC. A morfologia da estrutura de 2 fases é a mesma, mas o espaçamento entre elas diminui com o decréscimo da temperatura da isoterma.

Diagrama de Transformação Isotérmica para Composição Diagrama de Transformação Isotérmica para Composição Não EutetóideNão Eutetóide

Formação de

cementita proeutetóid

e

Fim da formação de cementita proeutetóide e início da formação da perlita

Fim da formação da perlita

Em um sistema de Fe-C, para uma liga com 1,13%p C, uma cementita proeutetóide irá se formar primeiro, como mostrado na figura ao lado.

• Bainita: ripas de fe- (tiras), separadas por partículas de Fe3C; forma-se entre 200 e 540ºC:

bainita superior: entre 300 e 540ºC bainita inferior: entre 200 e 300ºC

tanto a superior quanto a inferior são formadas por ferrita, cementita e martensita, modificando-se apenas seu arranjo na estrutura.

BainitaBainita

BainitaBainita

• Cementita Globulizada:

Matriz de Fe- com Fe3C em forma esférica;

obtida pelo aquecimento da bainita ou perlita até uma temperatura próxima da temperatura eutetóide por longo intervalo de tempo;

redução da área interfacial (força motriz).

Outros Produtos do Sistema Fe-COutros Produtos do Sistema Fe-C

Fe-

Partícula de cementita

• Martensita: Fe- (CFC) para Martensita (TCC);

Transformação ocorre apenas com o resfriamento rápido do Fe-;

% de transformação depente da temperatura apenas.

Outros Produtos do Sistema Fe-COutros Produtos do Sistema Fe-C

Sítio do átomo de C

Esquema da estrutura TCC formada na transformação da martensita.

MartensitaMartensita

Formação da martensita é controlada pela temperatura e independe do tempo

A = Austenita

P = Perlita

M = Martensita

B = Bainita

Rota Tempo x Temperatura x MicroestruturaRota Tempo x Temperatura x Microestrutura

A = Austenita

P = Perlita

M = Martensita

B = Bainita

A = 100% bainita

B = 100% martensita

C = 50% P + 50% B

Influência de Outros Elementos de LigaInfluência de Outros Elementos de Liga

joelho da bainita

Tempo mais longo

para o cotovelo A-

P

Diagramas de Transformação por Resfriamento ContínuoDiagramas de Transformação por Resfriamento Contínuo

Transf. Resf. Contínuo

Transf. isotérmica

Taxa de resf. alta

Taxa de resf. moderada

Taxa de resf. baixa

Para o resfriamento contínuo a curva TTT se desloca para baixo (temperaturas menores) e para a direita (tempos maiores) no diagrama.

Taxas de Resfriamento CríticasTaxas de Resfriamento Críticas

Curvas de resfriamento para a formação de 100% de martensita ou de perlita.TRC = Taxa de Resfriamento

Crítico

Influência de Outros Elementos de LigaInfluência de Outros Elementos de Liga

Elementos de liga como o Ni, Cr, W e Si deslocam o joelho A-P para tempos mais longos, logo pode-se obter martensita para taxas de resfriamentos mais lentas;

A formação de bainita é possível;

Para aços com menos de 0,25%p C, a taxa de resfriamento para a obtenção de 100% de martensita é muito alta para ser praticada.

Comportamento Mecânico de Ligas Fe-CComportamento Mecânico de Ligas Fe-C

En

ergi

a d

e im

pac

to I

zod

(ft

.lb)

Lim

ite

de

esco

amen

to e

lim

ite

de

resi

stên

cia

à tr

ação

A cementita é muito mais duro e, portanto, mais frágil que a ferrita. Então, quando maior o teor de cementita no aço, maior será sua dureza e resistência e menor sua ductilidade e tenacidade (energia de impacto).

Comportamento Mecânico de Ligas Fe-CComportamento Mecânico de Ligas Fe-C

Para uma dada composição, as propriedades mecânicas mudam com a microestrutura.

A cementita globulizada possui a maior ductilidade e a menor dureza.

Perlita fina

Perlita grossa

Cementitaglobulizada

Cementitaglobulizada

Perlita grossa

Perlita fina

%p C

%p C

%p Fe3C

%p Fe3C

Índ

ice d

e d

ure

za B

rin

ell

Du

cti

lid

ad

e (

%R

A)

Comportamento Mecânico de Ligas Fe-CComportamento Mecânico de Ligas Fe-C

Índ

ice d

e d

ure

za B

rin

ell

Lim

ite d

e r

esis

tên

cia

à t

ração (

MP

a)

A bainita é mais resistente e dura que a perlita

Comportamento Mecânico de Ligas Fe-CComportamento Mecânico de Ligas Fe-C

Índ

ice d

e d

ure

za B

rin

ell

Du

reza R

ockw

ell C

A martensita é a mais dura, mais resistente e mais frágil dentre as microestruturas possíveis em uma liga de FeC;

Sua alta dureza está relacionado a capacidade dos átomos intersticiais de carbono de restringir o movimento das discordâncias, bem como ao número relativamente pequeno de sistemas de escorregamento para a estrutura TCC.

Comportamento Mecânico de Ligas Fe-CComportamento Mecânico de Ligas Fe-C

A martensita é muito dura para determinadas aplicações;

A ductilidade e a tenacidade da martensita podem melhorar com a apliação de um tratamento térmico de alívio de tensões (revenimento);

Revenimento: aquecimento de um aço temperado até 250-650ºC para deixar a difusão ocorrer e formar a martensita revenida conforme a equação:

Mart. (TCC) -> Mart. rev. (Fe+Fe3C)

A microestrutura da martensita revenida é similar a da cementita globulizada, mas possui partículas de Fe3C menores, o que acarreta em dureza e resistência maiores.

ResumoResumo

Austenita Temperatura eutetóide

Cementita globulizada Perlita

Bainita

Martensita

Aquecimento

Martensita

Revenida

Temperatura ambienteTêmpera

Austenita, perlita, bainita e martensita podem co-existir