Propriedades Mecânicas dos Materiais

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Tratamento de Materiais 
Prof. Ronaldo Medeiros
ronaldomedeiros@souunisuam.com.br
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Estricção e limite de resistência
Deformação, e
Tensão, 
Limite de resistência
estricção
A partir do limite de resistência começa a ocorrer a estricção no corpo de prova. A tensão se concentra nesta região, levando à fratura.
As DEFORMAÇÕES ELÁSTICAS não são permanentes, isto é, são deformações que desaparecem quando a tensão aplicada é retirada. Dito de outra forma, as deformações elásticas são reversíveis, sendo resultado da ação de forças conservativas.
• As DEFORMAÇÕES PLÁSTICAS são permanentes, isto é, permanecem após a tensão aplicada ser retirada. Deformações plásticas são irreversíveis, sendo acompanhadas por deslocamentos atômicos permanentes ou deslizamento das cadeias, quando uma força é aplicada a um polímero não-reticulado.
Curva Tensão-Deformação
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Curva Tensão-Deformação (cont.)
A curva s-e pode ser dividida em duas regiões.
Região plástica
 s não é linearmente proporcional a e.
 A deformação é quase toda não reversível.
 (Ligações atômicas são alongadas e se rompem).
0
0.04
0.05
0.08
0.10
0.02
0
250
500
Deformação, e (mm/mm)
Tensão, s (MPa)
Elástica
 
Ensaio de tração - Tensões e Deformações
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Deformação Elástica 
Curva Tensão-Deformação
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Escoamento
20
Curva Tensão-Deformação
21
Curva Tensão-Deformação
22
Curva Tensão-Deformação
23
Tenacidade
Tenacidade é a capacidade que o material possui de absorver energia mecânica até a fratura.
 área sob a curva s-e até a fratura.
O material mais frágil tem maior limite de escoamento e maior limite de resistência. 
No entanto, tem menor tenacidade devido à falta de ductilidade (a área sob a curva correspondente é muito menor).
Alongamento (mm)
Tensão (MPa)
Mais frágil, mais resistente, 
menos tenaz
Mais dúctil, menos resistente,
mais tenaz
Resumo da curva s-e e propriedades
Região elástica (deformação reversível) e região plástica (deformação quase toda irreversível).
Módulo de Young ou módulo de elasticidade => derivada da curva na região elástica (linear).
Limite de escoamento => define a transição entre região elástica e plástica => tensão que, liberada, gera uma deformação residual de 0.2%.
Limite de resistência => tensão máxima na curva 
s-e de engenharia.
Ductilidade => medida da deformabilidade do material
Tenacidade => medida da capacidade de absorver energia mecânica até a fratura=> área sob a curva até a fratura.
Resiliência => medida da capacidade de absorver e devolver energia mecânica => área sob a região linear
Ensaio de tração - Tensões e Deformações
Fratura Dúctil
Fratura Frágil
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Estrutura Cristalina e estrutura amorfa
Célula Unitária
Fases Presentes
Composição Química das fases
% de fases
Diagrama Ferro-Carbono
Reação eutética
 A 1148°C ocorre a reação 
		L (4,3% C) <=> g (2,11% C) + Fe3C (6,7% C)
Reação eutetóide
 A 727°C ocorre a reação
		 g (0,77% C) <=> a (0,022% C) + Fe3C (6,7% C)	
As Estruturas Cristalinas do Ferro
a
Evolução microestrutural 
Classificação dos aços em relação ao ponto eutetóide
g
g + Fe3C
0.77 wt% C
a + g
727°C
a
 g (0,77% C) <=> a (0,022% C) + Fe3C (6,7% C)
Aço eutetoide: 0,77%C
Aços hipoeutetoides: %C<0,77
Aços hipereutetoides: %C>0,77
Evolução microestrutural 
Concentração eutetóide
g
g
g
g
g
g + Fe3C
0.77 wt% C
a + g
727°C
a
Inicialmente, temos apenas a fase g. 
A uma temperatura imediatamente abaixo da eutetóide toda a fase g se transforma em perlita (ferrita + Fe3C) de acordo com a reação eutetóide. 
Estas duas fases tem concentrações de carbono muito diferentes. Esta reação é rápida. Não há tempo para haver grande difusão de carbono. As fases se organizam como lamelas alternadas de ferrita e cementita.
Perlita
(a + Fe3C)
Evolução microestrutural (cont.)
Concentração hipo-eutetóide
Inicialmente, temos apenas a fase g.
 Em seguida começa a surgir fase a nas fronteiras de grão da fase g. 
A uma temperatura imediatamente acima da eutétoide a fase a já cresceu, ocupando completamente as fronteiras da fase g. A concentração da fase a é 0.022 wt% C. A concentração da fase g é 0.77 wt% C, eutetóide.
A uma temperatura imediatamente abaixo da eutetóide toda a fase g se transforma em perlita (ferrita eutetóide + Fe3C). A fase a, que não muda, é denominada 
ferrita pro-eutetóide.
g
a
g + Fe3C
a + g
727°C
g
g
g
g
g
g
a
a
g
g
g
g
a
a + Fe3C
a pro-eutetóide
perlita
C0

Microestrutura
Aço hipo-eutetóide com 0.38 wt% C, composto por ferrita pro-eutetóide (fase clara) e perlita [fase com lamelas claras (ferrita) e escuras (cementita)]. 635x.
Evolução microestrutural (cont.)
Concentração hiper-eutetóide
Inicialmente, temos apenas a fase g.
Em seguida começa a surgir fase Fe3C nas fronteiras de grão da fase g. A concentração da Fe3C é constante igual a 6.7 wt% C. A concentração da austenita cai com a temperatura seguindo a linha que separa o campo g+Fe3C do campo g. A uma temperatura imediatamente acima da eutetóide a concentração da fase g é 0.77 wt% C, eutétóide.
A uma temperatura imediatamente abaixo da eutetóide toda a fase g se transforma em perlita. A fase Fe3C , que não muda, é denominada cementita pro-eutetóide.
a
g + Fe3C
a + g
727°C
g
g
g
g
g
g
g
g
a + Fe3C
Fe3C pro-eutetóide

perlita
C1
Fe3C
Exemplos de microestruturas
Aço hipo-eutetóide com 0.38 wt% C, composto por ferrita pro-eutetóide (fase clara) e perlita [fase com lamelas claras (ferrita) e escuras (cementita)]. 635x.
Aço hiper-eutetóide com 1.40 wt% C, composto por cementita pro-eutetóide (fase clara) e perlita. 1000x.
Diag. Fe-C - Características básicas
Fases do Ferro puro
Tamb - 912°C => Fe na forma de Ferrita (a-Fe, CCC)
912°C-1394°C => Fe na forma de Austenita (g-Fe, CFC)
1394°C-1538°C => Fe na forma de Ferrita delta (-Fe,CCC)
Solubilidade do C em Fe
Na fase a - máximo de 0,022%
Na fase g - máximo de 2,11%
Cementita - Fe3C
Composto metaestável que se forma a partir das fases a e g quando a solubilidade máxima é excedida; possui 6,7 wt% C.
É dura e quebradiça. A resistência de aços é aumentada pela sua presença.
Diag. Fe-C - Características básicas
Reação eutética
 A 1148°C ocorre a reação 
		L (4,3% C) <=> g (2,11% C) + Fe3C (6,7% C)
Reação eutetóide
 A 727°C ocorre a reação
		 g (0,77% C) <=> a (0,022% C) + Fe3C (6,7% C)
	que é extremamente importante no tratamento térmico de aços.
Classificação de ligas ferrosas
 0-0,008wt% C - Ferro puro
 0,008-2,11wt% C - aços (na prática < 1,0 wt%)
 2,11-6,7wt% C - ferros fundidos (na prática < 4,5wt%)
Análises em um diagrama de fases
* Fases presentes para uma dada composição e temperatura:
Exemplo 1:
Aço 1045, T = 1200 ºC
campo monofásico: 
Exemplo 2:
Aço 1045, T = 600 ºC
campo bifásico:  + Fe3C
Análises em um diagrama de fases
* Composição das fases e quantidade das fases presentes para uma dada composição e temperatura:
Exemplo 1:
Aço 1045, T = 1200 ºC
campo monofásico: 
Composição = composição da liga sob análise: 0,45%C
Quantidade da fase = 100%
Análises em um diagrama de fases
Exemplo 2:
Aço 1045, T = 600 ºC
campo bifásico:  + Fe3C
* Composição das fases e quantidade das fases presentes para uma dada composição e temperatura:
CFe3C
Composição:
CFe3C = 6,7%C
C
C = <0,022%C
Análises em um diagrama de fases
Exemplo 2:
Aço 1045, T = 600 ºC
campo bifásico:  + Fe3C
* Composição das fases e quantidade das fases presentes para uma dada composição e temperatura:
CFe3C
Composição:
CFe3C = 6,7%C
C
C = <0,022%C
Quantidade:
C0
 
 
 
93% de ferrita
 
7% de cementita
Glossário
Austenita = g-Fe = fase g
Ferrita = a-Fe = fase a
Cementita = Fe3C (6.7 wt% C)
Perlita= Ferrita e Cementita em lamelas alternadas
Hipo = menor que - Hiper = maior que
Ferrita pro-eutetóide = Ferrita que se forma a T >Teutetóide p/composição hipo-eutetóide (<0.77 wt%C)
Cementita pro-eutetóide = Cementita que se forma a 
T >Teutetóide p/composição hiper-eutetóide.
Exercícios – Diagrama Fe-C
1) Avalie quais são as fases, qual é a composição delas e qual é a fração relativa dessas fases em um aço 1045 na temperatura ambiente.
Resposta:
aço 1045: 0,45%C 
a + g
0.77
0.022
g
a
0,008%C 
Exercícios – Diagrama Fe-C
1) Avalie quais são as fases, qual é a composição delas e qual é a fração relativa dessas fases em um aço 1045 na temperatura ambiente.
Resposta:
aço 1045: 0,45%C 
 + Fe3C
Fases presentes:
Composição:
: 0,008%C
Fe3C: 6,7%C
Fração relativa:
 
 
 
 
93% de ferrita + 7% de cementita
Tratamentos Térmicos
Tratamento térmico: Aquecimento ou resfriamento controlado dos metais feito com a finalidade de alterar suas propriedades físicas e mecânicas, sem alterar a forma do produto final.
Tratamentos Térmicos
Tratamentos Térmicos
Tratamentos Térmicos
	Microconstituinte 	Dureza (HV)
	Ferrita	90
	Cementita 	1050
	Perlita	230
Tratamentos Térmicos
Diferença
Têmpera
O tratamento consiste em aquecimento até uma temperatura 50º acima da temperatura crítica e em seguida resfria-lo bruscamente em água, óleo ou em meios de têmpera de composição química especial.
O objetivo do tratamento de têmpera é obter martensita (microconstituinte muito duro e frágil) na microestrutura do aço. 
Têmpera
As peças devem ser resfriadas rapidamente, para evitar a formação de ferrita, perlita, bainita, microconstituintes mais moles que a martensita.  A velocidade de resfriamento deve ser maior que uma velocidade crítica. 
Têmpera
Relação entre %C, dureza e % de martensita
 O movimento das discordâncias implica em limite de escoamento baixo e maior capacidade de deformação plástica dos materiais. 
Mecanismos de endurecimento
Alongamento (mm)
Tensão (MPa)
Recozido
Endurecido
Mecanismos de endurecimento
 Endurecimento por redução do tamanho de grão.
 Endurecimento por solução sólida.
 Endurecimento por precipitação.
 Endurecimento por trabalho a frio.
Contornos (fronteiras)
Distorções na rede cristalina
Contornos (fronteiras) + Distorções na rede cristalina 
Novas discordâncias
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