Metalografia e Tratamento Térmico

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20/12/2012
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METALOGRAFIA E METALOGRAFIA E 
TRATAMENTO TÉRMICOTRATAMENTO TÉRMICO
Professor Me. Paulo Machado
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DIAGRAMA DE TRANSFORMAÇÃO 
ISOTÉRMICA
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Curvas TTT
-Definição: Diagrama tempo-temperatura-transformação que apresentam curvas
de início e término da transformação austenítica para uma determinada
temperatura e tempo.
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
-O tratamento térmico é um processo que permite alterar as propriedades físico-
mecânicas do aço, utilizando ciclos de aquecimento e resfriamento, sob condições
controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de resfriamento.
Figura: Diagrama 
TTT(tempo-
temperatura-
transformação) para a 
transformação 
isotérmica de uma liga 
ferro-carbono de 
composição eutetóide.
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
-Para auxiliar metalurgistas nos processos de tratamento térmico existe a curva
TTT. Trata-se de uma espécie de diagrama que descreve o que acontece com o
aço, por meio de um resfriamento a diferentes velocidades, em diversas
temperaturas abaixo de 723 0C, observando a transformação isotérmica da
austenita em perlita.
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• Sistema Fe-C, Co = 0,77%p C
• Transformação em T = 675ºC
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
As duas linhas cheias 
marcam o início e 
final da transformação
isotérmica (no 
exemplo 675ºC).
Figura: Diagrama TTT parcial do aço 
eutetóide
• Sistema Fe-C, Co = 0,77%p C
• Transformação em T = 675ºC
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
A linha tracejada 
representa 50% da 
transformação 
concluída.
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• Sistema Fe-C, Co = 0,77%p C
• Transformação em T = 675ºC
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
A temperatura 
eutetóide está 
indicada por uma 
linha horizontal
• Sistema Fe-C, Co = 0,77%p C
• Transformação em T = 675ºC
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
Para uma 
temperatura 
acima da 
eutetóide, para 
qualquer tempo,
existe apenas 
austenita .
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• Sistema Fe-C, Co = 0,77%p C
• Transformação em T = 675ºC
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
abaixo da 
temperatura 
eutetóide a 
austenita fica 
instável.
• Sistema Fe-C, Co = 0,77%p C
• Transformação em T = 675ºC
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
a transformação 
da austenita em 
perlita ocorre 
somente com
o super-
resfriamento do 
material.
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• Sistema Fe-C, Co = 0,77%p C
• Transformação em T = 675ºC
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
o início e final da 
transformação 
dependem da 
temperatura
de 
processamento.
• Sistema Fe-C, Co = 0,77%p C
• Transformação em T = 675ºC
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
em temperaturas 
imediatamente 
abaixo daquela 
eutetóide,
isto é, pequenos 
super-
resfriamentos, a 
taxa de reação é
muito lenta. Por 
exemplo, a 700ºC 
são necessários 
longos
Tempos para que 
a reação ocorra.
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• Sistema Fe-C, Co = 0,77%p C
• Transformação em T = 675ºC
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
para maiores 
super-
resfriamentos (por 
exemplo 540ºC) a
cinética da reação 
aumenta 
consideravelmente 
e em apenas
3 s, 50% da 
transformação 
austenita → perlita 
está completa.
Indica a ocorrência de uma 
transformação
Transformação 
austenita→perlita
Perlita 
grosseira
Temperatura eutetóideAustenita
T
em
p
er
at
u
ra
 (
°C
)
Tempo (s)
Perlita fina
Temperaturas altas ⇒
difusão em maiores
distâncias ⇒ camadas
mais espessas
(Menor difusão = camadas mais finas)
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS 
“Reais”
Figura : Formação de perlita isotérmica no aço eutetóide
um resfriamento 
brusco (AB) 
antecede o 
início da
transformação 
perlítica.
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Indica a ocorrência de uma 
transformação
Transformação 
austenita→perlita
Perlita 
grosseira
Temperatura eutetóideAustenita
T
em
p
er
at
u
ra
 (
°C
)
Tempo (s)
Perlita fina
Temperaturas altas ⇒
difusão em maiores
distâncias ⇒ camadas
mais espessas
(Menor difusão = camadas mais finas)
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS 
“Reais”
Figura : Formação de perlita isotérmica no aço eutetóide
a transformação 
perlítica se inicia no 
ponto C (~ 3,5 s)
e se processa 
isotermicamente, 
estando concluída 
no
ponto D (~ 15 s).
Indica a ocorrência de uma 
transformação
Transformação 
austenita→perlita
Perlita 
grosseira
Temperatura eutetóideAustenita
T
em
p
er
at
u
ra
 (
°C
)
Tempo (s)
Perlita fina
Temperaturas altas ⇒
difusão em maiores
distâncias ⇒ camadas
mais espessas
(Menor difusão = camadas mais finas)
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS 
“Reais”
Figura : Formação de perlita isotérmica no aço eutetóide
aparecimento de 
perlita grosseira e 
perlita fina.
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Indica a ocorrência de uma 
transformação
Transformação 
austenita→perlita
Perlita 
grosseira
Temperatura eutetóideAustenita
T
em
p
er
at
u
ra
 (
°C
)
Tempo (s)
Perlita fina
Temperaturas altas ⇒
difusão em maiores
distâncias ⇒ camadas
mais espessas
(Menor difusão = camadas mais finas)
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS 
“Reais”
Figura : Formação de perlita isotérmica no aço eutetóide
a espessura das 
camadas de ferrita 
e cementita na
estrutura lamelar da 
perlita dependem 
da temperatura
de formação.
Indica a ocorrência de uma 
transformação
Transformação 
austenita→perlita
Perlita 
grosseira
Temperatura eutetóideAustenita
T
em
p
er
at
u
ra
 (
°C
)
Tempo (s)
Perlita fina
Temperaturas altas ⇒
difusão em maiores
distâncias ⇒ camadas
mais espessas
(Menor difusão = camadas mais finas)
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS 
“Reais”
Figura : Formação de perlita isotérmica no aço eutetóide
temperaturas 
imediatamente abaixo 
daquela eutetóide
produzem camadas 
relativamente espessas, 
tanto para a ferrita como 
para a cementita, numa 
microestrutura
denominada de perlita 
grosseira.
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Indica a ocorrência de uma 
transformação
Transformação 
austenita→perlita
Perlita 
grosseira
Temperatura eutetóideAustenita
T
em
p
er
at
u
ra
 (
°C
)
Tempo (s)
Perlita fina
Temperaturas altas ⇒
difusão em maiores
distâncias ⇒ camadas
mais espessas
(Menor difusão = camadas mais finas)
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS 
“Reais”
Figura : Formação de perlita isotérmica no aço eutetóide
Com a diminuição da 
temperatura, existe a 
redução da
espessura das 
camadas, originando a 
perlita fina.
Perlita Grosseira
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS 
“Reais”
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TRANFORMAÇÕES POR RESFRIAMENTO CONTÍNUO
� A maioria dos tratamentos térmicos envolve o resfriamento contínuo até a
temperatura ambiente ⇒ diagrama de transformação isotérmica não é mais
válido.
� Os tratamentos isotérmicos não são os mais práticos pois a liga tem de ser
aquecida a uma temperatura maior que a temperatura eutetóide e então
resfriada rapidamente e mantida a uma temperatura elevada!
� No resfriamento contínuo, as curvas isotérmicas são deslocadas para tempos
maiores e temperaturas menores.
TRANFORMAÇÕES POR RESFRIAMENTO CONTÍNUO
T
em
p
er
at
u
ra
 (
°C
)
Tempo (s)
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TRANFORMAÇÕES POR RESFRIAMENTO CONTÍNUO
Resfriamento moderadamente rápido e resfriamento lento
T
em
p
er
at
u
ra
 (
°C
)
Tempo (s)
Início da 
transformação
Com a continuidade do resfriamento a 
austenita não convertida em perlita se 
transforma em martensita ao cruzar a 
linha M (início)
M (início)
Resfriamento 
moderadamente rápido 
(normalização)
Resfriamento lento 
(recozimento total)Perlita
fina
Perlita
grosseira
Perlita Fina
TRANFORMAÇÕES POR RESFRIAMENTO CONTÍNUO
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COMPORTAMENTO MECÂNICO 
Perlita
fina
Perlita
grosseira
A perlita fina é mais dura 
que a perlita grosseira!
Composição (%p C)
Ín
d
ic
e 
d
e 
D
u
re
za
 B
ri
n
el
l
Perlita FinaPerlita Grosseira
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
Figura - Diagrama T.T.T para um Aço 
Eutetoide:[B] Esquemático com 
indicação dos produtos de 
transformação da Austenita [γγγγ], que 
podem ser obtidos em um aço com 
0,89%C e 0,29%Mn. Austenitizado à 
8900C.
Como vemos os produtos da 
transformação da Austenita [γγγγ],
podem ser os seguintes:
Perlita – (727 a 650) ºC
Sorbita – (650 a 600) ºC
Troostita – (600 a 500) ºC
Bainita Sup. – (500 a 400) ºC
Bainita Inf. – (400 a 300) ºC
Martensita – (300 a 50) ºC
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DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
Em temperaturas abaixo do joelhoda curva TTT, a difusão é muito
lenta e o tempo total de transformação aumenta, propiciando condições
cinéticas de nucleação e crescimento para o aparecimento da bainita no
material. Em baixas temperaturas de transformação, as lamelas de perlita
deveriam ser extremamente finas e, conseqüentemente, a área dos contornos
entre ferrita e cementita seria muito elevada. O aço reduz essa energia com a
precipitação de cementita como partículas discretas e esféricas em uma matriz
de ferrita, num arranjo microestrutural chamado de bainita.
Figura : Curva TTT para o aço eutetóide. 
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DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
Com a diminuição da temperatura da transformação, os tempos de
início e fim das transformações da austenita para bainita aumentam e esta se
torna mais fina. Além disto, dois tipos de microestrutura podem ocorrer: uma
que forma logo abaixo do joelho da curva, conhecida como bainita superior e
outra que nucleia em temperaturas ainda mais baixas, conhecida por bainita
inferior ou acicular.
Figura : Nucleação de bainita superior e inferior em função da temperatura na curva TTT do aço eutetóide . 
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
A bainita superior se forma como uma série de tiras finas e estreitas
(agulhas) de ferrita que se encontram separadas por partículas alongadas de
cementita precipitada entre tais agulhas. Na bainita inferior, a fase ferrita existe
na forma de placas finas (em vez de agulhas como naquela superior) e a
precipitação da cementita ocorre entre as placas, bem como no seu interior, na
forma de bastões ou lâminas muito finas. Isto porque, em temperaturas
menores, a difusão do carbono é reduzida e este não consegue segregar
totalmente para a austenita adjacente, precipitando, também dentro da própria
placa de ferrita.
Figura : Representação 
esquemática da 
formação de bainita 
superior e inferior. 
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DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
Figura : Micrografias de bainita superior (550-400°C) no aço eutetóide. 
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DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
Figura : Micrografias de bainita inferior (400-250°C) no aço eutetóide. 
TRANFORMAÇÕES POR RESFRIAMENTO CONTÍNUO
TAXA CRÍTICA DE RESFRIAMENTO
Martensita
Martensita
+
Perlita 
Perlita
M (início)T
em
p
er
at
u
ra
 (
°C
)
Tempo (s)
Taxa crítica de resfriamento
= taxa mínima para produção de 
uma estrutura totalmente 
martensítica 
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DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
Linha de transformação da Austenita [γγγγ], em martensita.
Por ser independente do tempo esta transformação, a temperatura de 
início e de fim da transformação pode ser representada por uma linha horizontal 
no diagrama T.T.T.
Morris Cohen, propôs que se completasse o diagrama T.T.T com duas 
(02) horizontais.
Ms , Para representar o início de formação da `Martensita [M];
Mf , Para representar o fim desta transformação.
O Carbono é o elemento que mais influencia para diminuir a
temperatura de transformação da Austenita em Martensita. O Cobre; o
Molibdênio e o Tungstênio os que menos influem. O Alumínio e o Cobalto
elevam a temperatura. O Silício não interfere.
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
Linha de transformação da Austenita [γγγγ], em martensita.
Figura - Temperatura de Transformação da Austenita, segundo o teor de 
carbono dos aços C.C.
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DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
Linha de transformação da Austenita [γγγγ], em martensita.
Quando a austenita é resfriada rapidamente (temperada) até
temperaturas próximas à ambiente tem-se a formação de uma estrutura
monofásica fora de equilíbrio: a martensita.
carbono
ferro
Estrutura Tetragonal de Corpo Centrado (TCC)
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
Linha de transformação da Austenita [γγγγ], em martensita.
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DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
Linha de transformação da Austenita [γγγγ], em martensita.
mais de 0,6%p C ⇒ lentículas
� Não envolve difusão ⇒ transformação instantânea
menos de 0,6%p C ⇒ ripas
� Duas diferentes microestruturas:
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
Linha de transformação da Austenita [γγγγ], em martensita.
As linhas horizontais indicam que a
transformação não depende do tempo.
Ela é apenas uma função da
temperatura de resfriamento!
(transformaçãoatérmica)
T
em
p
er
at
u
ra
 (
°C
)
Tempo (s)
Temperatura eutetóide 
M (início)
Percentual de transformação de 
austenita em martensita
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DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
Linha de transformação da Austenita [γγγγ], em martensita.
Aço 4340 = 95,2% Fe, 0,4% C, 1,8% Ni, 
0,8% Cr, 0,25% Mo, 0,7% Mn
A presença de outros elementos além do carbono altera o
diagrama de transformação isotérmica.
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
COMPARAÇÕES ENTRE A ESTRUTURA DA AUSTENITA E DA 
MARTENSITA.
Figura – [A] Célula unitária CFC do Fe-γγγγ com um átomo de C no maior vazio 
intersticial situado na aresta de uma célula cúbica; [B] Estrutura Austenitica; 
200X. Ataque eletrolítico com Ac. Oxálico 10%. A estrutura corresponde a 
deformações mecânicas na rede cristalina.
A B
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DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
COMPARAÇÕES ENTRE A ESTRUTURA DA AUSTENITA E DA 
MARTENSITA.
Figura – [A] Célula unitária CCC do Fe-α; [B] Célula unitária TCC tetragonal de 
corpo centrado; [C] Cristal elementar da Martensita, com os átomos de Ferro 
nos vértices e no centro de paralelepípedo [tetragonal] e com os átomos de C 
no centro das arestas e das faces.
A B C
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
COMPARAÇÕES ENTRE A ESTRUTURA DA AUSTENITA E DA 
MARTENSITA.
Figura – Estrutura Martensítica sobre um fundo de Austenita. Aço Temperado 
de 1.200 0C em água. 0,3%C. 1.000X.
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DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÃO POR 
RESFRIAMENTO CONTÍNUO
TIPOS DE DIAGRAMA TTT
- As curvas do diagrama T.T.T. podem ocupar posições diferentes em função da
composição química dos aços em vista, em vista disso podemos agrupá-los em
quatro (04) tipos, que são:
*Diagrama T.T.T. para Aços C. Eutetóides
* * Diagrama T.T.T. para Aços C. Hipoeutetóides
* * * Diagrama T.T.T. para Aços C. Hipereutetóides
* * * * Diagrama T.T.T. para Aços Ligas
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÃO POR 
RESFRIAMENTO CONTÍNUO
TIPOS DE DIAGRAMA TTT
Aços C. Eutetóides Aços C. Hipoeutetóides Aços C. Hipereutetóides
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DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÃO POR 
RESFRIAMENTO CONTÍNUO
TIPOS DE DIAGRAMA TTT
Aços Ligas
Tipo I: Aços ao Cr e ao Ni.
Tipo II: Aços ao Cr-Ni e Cr-
Mo de baixa liga.
Tipo III: Aços ao Cr-Ni, Cr-
Mo e Cr-Ni-Mo de alta liga.
Tipo IV: Aços complexos 
de têmpera ao ar para 
ferramentas.
BIBLIOGRAFIA
- W.F.Smith, Structure and Properties of Engineering Alloys, McGraw Hill, 1981.