ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais
PMT 2100 -Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia
DIAGRAMAS DE FASE II
TRANSFORMAÇÕES DE FASE
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Transformações de Fase em Aços: Diagramas, TTT, Têmpera e Endurecimento, Notas de aula de Engenharia Mecânica
Este documento, originário do departamento de engenharia metalúrgica e de materiais da escola politécnica da universidade de são paulo, aborda os conceitos básicos de transformações de fase em aços, incluindo diagramas de fase fe-fe3c, o diagrama ttt, têmpera de aços e endurecimento por precipitação. Além disso, é fornecida informação sobre a cinética e cinética global da transformação, assim como a equação kjma.
Tipologia: Notas de aula
Antes de 2010
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ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais
PMT 2100 - Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia
DIAGRAMAS DE FASE II
TRANSFORMAÇÕES DE FASE
Roteiro da Aula^2
- Diagrama de fases Fe-Fe 3 C
- 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
Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia PMT 2100 EPUSP - 2007
4
- O C é soluto intersticial nas estruturas de Fe, mas com solubilidade limitada
- Atingido o limite de solubilidade forma-se Fe 3 C cementita, carbeto de ferro.
- Solubilidade do C na ferrita é muito baixa comparada com a solubilidade na austenita
- FERRITA ¸Fe-α : CCC
- AUSTENITA ¸Fe-γ : CFC
- FERRITA δ ¸Fe-δ : CCC
- CEMENTITA ¸Fe 3 C
- PERLITA ¸Microestrutura formada por finas camadas de Fe 3 C numa matriz de Fe- α
Diagrama de Fases Fe-Fe 3 C (Ferro - Cementita)
Diagrama de Fases Fe-Fe 3 C 5
Ferrita Fe-α
90x
Austenita Fe-γ
325x
Microestrutura de PERLITA ou Microestrutura EUTETÓIDE
500x
TRANSFORMAÇÃO EUTETÓIDE: Microestruturas para uma liga ferro-carbono de composição eutetóide.
Diagrama de Fases Fe-Fe 3 C 7
Transformação nos Aços Hipoeutetóides
Ponto f: Crescimento da perlita a partir da austenita presente na temperatura eutetóide.
Diagrama de Fases Fe-Fe 3 C 8
Microestrutura Hipoeutetóide
Microestrutura de um aço 0,38% C resfriado lentamente (isto é, em condições próximas ao equilíbrio ).
10
Na formação de uma nova fase com outra estrutura, os átomos do reticulado devem se re- arranjar. Em sistemas com com dois ou mais componentes a solubilidade dos elementos químicos em geral é diferente em cada fase e a transformação necessita partição de elementos químicos pela movimentação dos átomos (difusão). Por conta da necessidade de movimentação atômica a maioria das transformações de fase não é instantânea, envolvendo movimentação atômica a curta e/ou longa distancia, fenômenos de transporte de massa a serem superados.
Daí decorre que a maioria das transformações de fase são dependentes do tempo.
Transformações de Fase
11
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 GLOBAL DA TRANSFORMAÇÃO.
Esta cinética é descrita através de equações desenvolvidas a partir de modelos para a reação
Transformações de Fase - Cinética
13
Porcentagem de recristalização isotérmica em função do tempo para cobre puro.
A taxa de reação r é em geral medida para 50% de fração transformada (r = 1 / t0,5).
Para a maioria das transformações de fase isotérmicas ela varia com a temperatura T de acordo com a relação de Arrhenius:
r = Ae
Q
RT
onde A é uma constante que independe da temperatura, Q é a energia de ativação da reação e R é a constante universal dos gases.
Transformações de Fase - Cinética
14
_Curvas em S para a cinética de transformação isotérmica de um aço com composição eutétóide (0,76 %C). Decomposição da fase austenita e formação de um agregado de ferrita
- cementita denominado perlita._
Nucleação e crescimento de perlita nos contornos de grão da austenita.
Cinética da Reação Eutetóide em
Aços Fora do Equilíbrio
16
Perlita Grossa
3000x
Cinética da Reação Eutetóide em
Aços Fora do Equilíbrio
17
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 (>0,6%p C) de não-equilíbrio denominada MARTENSITA.
A transformação de fase austenita (CFC) para martensita (TCC) ocorre sem difusão.
Plaquetas de martensita em um fundo de austenita retida.
Têmpera dos Aços ( fases de não-equilíbrio )
19
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 (não há tempo suficiente para precipitar a fase β).
Endurecimento por Precipitação ( fora do equilíbrio )
20
Temperatura constante