transformação de Fases

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Transformação de Fases
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Transformação de fase é a alteração no números de fases e/ou na natureza da fase que envolve alguma alteração na microestrutura 
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Tipos de transformações de fases
Aquelas que dependem de difusão, onde não há alteração no número nem na composição das fases presentes. (Solidificação, transformações alotrópicas, recristalização e crescimento de grão)
Aquelas que dependem de difusão, envolvendo, entretanto, alguma alteração na composição das fases e, freqüentemente, no número de fases também. (Reações eutetóide, eutética e peritética)
Aquelas que não dependem da ocorrência de difusão, resultando numa fase metaestável. (Transformação martensítica) 
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Do ponto de vista microestrutural, o primeiro processo a acompanhar uma transformação de fases é a nucleação, que consiste na formação de embriões, seguidos de núcleos da nova fase, que podem agregar mais volume e área superficial (crescimento)
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Para transformações em estado sólido que exibem o comportamento cinético, a fração da transformação é uma função do tempo:
Onde: 
k e n são constantes independentes do tempo.
Equação de Avrami
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Por convenção, a taxa de deformação, r, é tomada como sendo o inverso do tempo necessário para que a transformação prossiga até a metade da sua conclusão (t0,5)
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A temperatura é uma das variáveis que está sujeita a controle e ela pode ter uma influência profunda sobre a cinética e, portanto, sobre a taxa de transformação
Cobre puro
Onde:
R= a constante dos gases;
T= temperatura absoluta;
A= constante independente da temperatura;
Q= energia de ativação específica para a reação em questão.
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Transformações Multifásicas
As transformações de fases podem ser forjadas em sistemas de ligas metálicas pela variação da temperatura, da composição e da pressão externa; entretanto, as alterações de temperatura através de tratamentos térmicos são mais convenientemente utilizadas para induzir as transformações de fases.
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Uma limitação dos diagramas de fase consiste na sua incapacidade de indicar o tempo que é necessário para que o equilíbrio seja atingido. Nenhuma informação sobre as taxas de transformação de fases é dada no diagrama de fases.
A taxa de aproximação do equilíbrio para sistemas sólidos é tão lenta, que ele quase nunca é atingido. 
 
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Para mudanças de fases que ocorrem durante o resfriamento em condições de equilíbrio, as transformações são deslocadas para temperaturas mais baixas do que aquelas indicadas pelo diagrama de fases.
Para mudanças de fases que ocorrem durante o aquecimento, as transformações são deslocadas para temperaturas mais elevadas. 
Esses fenômenos são chamados de super-resfriamento e sobreaquecimento, respectivamente. 
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Transformações isotérmicas 
Transformação de austenita em perlita de uma liga ferro-carbono de composição eutetóide.
Os dados da curva foram coletados para uma amostra composta inicialmente de 100% de austenita e resfriada até a temperatura indicada no gráfico, na qual se processou a transformação. 
Na Temperatura Eutetóide:
γ(0,76%p C) → α(0,022%p C) + Fe3C (6,70%p C) 
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Essa é a maneira mais conveniente de representar transformações de fases difusionais, i.e, dependentes do tempo e da temperatura.
 
Diagrama de Transformação Isotérmica
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Diagrama de transformação isotérmica para uma liga ferro-carbono com composição eutetóide, mostrando a superposição da curva para um tratamento térmico isotérmico (ABCD)
A transformação da austenita em perlita começa no ponto C e termina no ponto D.
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A perlita grosseira é formada por lamelas espessas de ferrita e cementita. 
A perlita fina é formada por lamelas finas, que nucleiam-se progressivamente com a diminuição da temperatura e como conseqüência da diminuição na taxa de difusão.
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Diagrama de transformação isotérmica para uma liga ferro-carbono com 1.13%p C.
Onde:
A= austenita;
C= cementita;
P= perlita.
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Bainita
A bainita é o produto de uma transformação autenítica em alguns aços e ferros fundidos . Ela se forma em temperaturas entre aquelas nas quais ocorrem as transformações perlíticas (mais elevadas) e martensíticas (mais baixas). A microestrutura consiste em uma fina dispersão de cementita na ferrita-α.
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Diagrama de transformação isotérmica para uma liga ferro-carbono com composição eutetóide, incluindo as transformações da austenita em perlita e da austenita em bainita.
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Cementita globulizada
A cementita globulizada é uma microestrutura que se forma a partir de uma liga de aço que possui microestrutura perlítica ou bainítica e que tenha sido aquecida a uma temperatura abaixo da eutetóide durante um período suficientemente longo.
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Fotomicrografia de um aço que possui uma microestrutura de cementita globulizada. As partículas pequenas são de cementita e a fase contínua consiste em ferrita α.
1000x
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Martensita
A martensita pode estar presente em ligas ferrosas ou não, induzida por resfriamento rápido e/ou por deformação através do cisalhamento da rede cristalina ao longo de planos e direções cristalográficas específicas.
 
Em aços austenitizados, a martensita é formada através de resfriamento rápido (têmpera) até uma temperatura inferior à Mi (temperatura de início de transformação martensítica) ou por deformação abaixo da temperatura Md (temperatura de início de transformação martensítica por deformação). 
A martensita, que é resultante de uma transformação adifusional da austenita, não é uma fase de equilíbrio.
Qualquer difusão que venha porventura ocorrer em tratamentos posteriores à transformação martensítica, resultará na formação das fases ferrita e cementita.
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Na transformação martensítica existe apenas um pequeno deslocamento de cada átomo em relação ao seu vizinho. 
A austenita do aço comum ao carbono e alguns outros, CFC, quando temperada, sofre uma transformação polimórfica em martensita tetragonal de corpo centrado (TCC)
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Para ligas que contêm menos do que cerca de 0,6%p C
A transformação martensítica também é conhecida como transformação atérmica
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Para aços comuns ao carbono que contêm concentrações de carbono superiores a aproximadamente 0,6%p C
Para todos os fins práticos a transformação martensítica é independente do tempo.
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Diagrama de transformação isotérmica completo para uma liga ferro-carbono com composição eutetóide, onde: 
 A= austenita;
 B= bainita;
 M= martensita;
 P= perlita.
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Diagrama de transformação isotérmica para um aço-liga, onde:
 A= austenita;
 B=bainita;
 M=martensita;
 F= ferrita proeutetóide.
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Diagrama de transformação por resfriamento contínuo
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Curvas de resfriamento moderadamente rápido e de resfriamento lento sobrepostas a um diagrama de transformação por resfriamento contínuo para uma liga ferro-carbono com composição eutetóide.
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Diagrama de transformação por resfriamento contínuo para uma liga ferro-carbono com composição eutetóide e a superposição das curvas de resfriamento, demonstrando a dependência da microestrutura final em relação às transformações que ocorrem durante o resfriamento.
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Diagrama de transformação por resfriamento contínuo para um aço-liga (AISI 4340) e a superposição de várias curvas de resfriamento, demonstrando a dependência da microestrutura final
dessa liga em relação às transformações que ocorrem durante o resfriamento. 
Austenita → Maretensita
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Comportamento Mecânico de Ligas Ferro-Carbono
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Perlita
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Cementita globulizada
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Bainita
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Martensita
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Martensita revenida
A martensita temperada é muito dura e muito frágil. Assim, para aumentar a ductilidade e a tenacidade da martensita e aliviar as tensões é utilizado o tratamento térmico de revenimento, que dá nome à nova martensita formada: martensita revenida. 
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 Martensita → Martensita revenida 
 (TCC, monofásica) (fases α + Fe3C)
A martensita revenida pode guardar porcentagem importante da dureza da martensita como temperada, porém, tem ductilidade e tenacidade substancialmente aprimoradas
Fe3C
Ferrita α
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Os limites de resistência à tração e de escoamento e a ductilidade (%RA) em função da temperatura de revenimento para um aço-liga (AISI 4340) temperado em óleo. 
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A dureza em função do tempo de revenimento para um aço comum ao carbono (AISI 1080) com composição eutetóide, que foi temperado em água.
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Fragilização por revenimento
A fragilização de algumas ligas de aço ocorre quando elementos específicos de liga (Mn,Ni,Cr) e impurezas (Sb, P, As e Sn) estão presentes e mediante o revenido dentro de uma faixa de temperatura definida (375-575°C), ou acima de 575°C, seguido de resfriamento lento.
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Perlita
( + Fe3C) + 
 fase próeutetóide
Bainita
( + Fe3C)
Martensita
(fase tetragonal)
Martensita Revenida
( + Fe3C)
Austenita
Ferrita ou cementita
Resfriamento lento
Resfriamento moderado
Resfriamento rápido (têmpera)
Reaquecimento