transformaçao de fases

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• 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 Metais
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• 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 Transformação
N
C
N = Nucleação
C = Crescimento
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• A taxa de reação é resultado da nucleação e crescimento de cristais 
• Exemplo:
Taxa de nucleação alta
T abaixo de 
T
E
T moderadamente abaixo de 
T
E
T bem abaixo de 
T
E
Taxa de nucleação baixa
Taxa de crescimento alta
g
g
g
Colônia de
perlita
Taxa de nucleação moderada 
.
Taxa de cresc. moderada
Taxa de crescimento baixa
Adapted from
Fig. 10.1, Callister 6e. 
Nucleação e Crescimento de Cristais
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Transformação Eutetóide
%p C
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 Sistema Fe-C, Co = 0,77%p C
 Transformação em T = 675ºC
Diagramas de Transformações Isotérmicas
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 Composição eutetóide, Co = 0,77%p C
 Início em T > 727ºC
 Resfriada rapidamente até 625ºC mantida nesta isoterma.
Diagramas de Transformações Isotérmicas
Curvas TTT para uma liga eutetóide de Fe-C.
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 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 Perlita
 Baixo
Colônias são mais largas
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Morfologia 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. 
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Diagrama de Transformação Isotérmica para Composição 
Não Eutetóide
Formação de cementita proeutetóide
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.
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• 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.
Bainita
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Bainita
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 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-C
Fe-
Partícula de cementita
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• Martensita:
 Fe- g (CFC) para Martensita (TCC);
 Transformação ocorre apenas com o resfriamento rápido do Fe-;
 % de transformação depente da temperatura apenas.
Outros Produtos do Sistema Fe-C
Sítio do átomo de C
Esquema da estrutura TCC formada na transformação da martensita.
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Martensita
Formação da martensita é controlada pela temperatura e independe do tempo 
A = Austenita
P = Perlita
M = Martensita
B = Bainita
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Rota Tempo x Temperatura x Microestrutura
A = Austenita
P = Perlita
M = Martensita
B = Bainita
A = 100% bainita
B = 100% martensita 
C = 50% P + 50% B
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Influência de Outros Elementos de Liga
joelho da bainita
Tempo mais longo para o cotovelo A-P
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Diagramas 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.
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Taxas de Resfriamento Críticas
Curvas de resfriamento para a formação de 100% de martensita ou de 
perlita.
TRC = Taxa de Resfriamento Crítico
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Influência 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.
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Comportamento Mecânico de Ligas Fe-C
Energia de impacto Izod (ft.lb)
Limite de escoamento e limite de resistência à tração
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).
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Comportamento 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
Cementita
globulizada
Cementita
globulizada
Perlita grossa
Perlita fina
%p C
%p C
%p Fe3C
%p Fe3C
Índice de dureza Brinell
Ductilidade (%RA)
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Comportamento Mecânico de Ligas Fe-C
Índice de dureza Brinell
Limite de resistência à tração (MPa)
A bainita é mais resistente e dura que a perlita
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Comportamento Mecânico de Ligas Fe-C
Índice de dureza Brinell
Dureza Rockwell 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.
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Comportamento 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.
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Resumo
Austenita
Temperatura eutetóide
Cementita globulizada
Perlita
Bainita
Martensita
Aquecimento
Martensita
Revenida
Temperatura ambiente
Têmpera
Austenita, perlita, bainita e martensita podem co-existir