aula 8: Engenharia de Materiais

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Introdução à Caracterização 
Processamento e Obtenção de Materiais 
(ICPOM)
Prof. Rogério N C de Siqueira
rnavarro@puc-rio.br
Objetivos da aula
• Revisão:
– Ligas eutéticas:
• Evolução microestrutural e controle de 
propriedades.
• Transformações no estado sólido.
• Aços ao carbono:
– Diagramas de fases e microestruturas típicas.
• Introdução aos tratamentos térmicos aplicados aos 
aços:
– Possíveis efeitos microestruturais e influência 
sobre propriedades mecânicas.
• Ensaios mecânicos.
Ligas eutéticas
• Algumas ligas formam para certa composição (ponto 
eutético) uma liga eutética:
– Temperatura de fusão/solidificação única, inferior a dos 
metais isolados:
• L => alfa + beta (transformação eutética).
• O ponto eutético, assim como a isoterma eutética, são 
característicos de cada liga.
– Função das propriedades físicas dos metais presentes.
• Em qualquer ponto da isoterma eutética teremos 3 fases 
em equilíbrio (alfa, beta e L) com composição química 
fixa.
– Há a possibilidade de haver dois tipos de grão no 
estado sólido.
» Interessante para manipular propriedades.
– Transformações no estado sólido são possíveis.
Liga Pb - Sn
• Liga eutética:
– Composição global igual a composição do 
ponto eutético.
• L => alfa + beta (reação eutética).
• Ligas hiper e hipoeutéticas:
– Composição global a esquerda e à direita do 
ponto eutético.
• Pode-se cruzar ou não a isoterma eutética.
–Se cruzar a isoterma (L => alfa ou L => 
beta e L => alfa + beta).
–Se não cruzar a isoterma (L => alfa ou L 
=> beta, alfa => beta ou beta => alfa)
Propriedades de ligas eutéticas
• Controle da composição química:
– % e composição química de alfa e beta 
mudam.
• Cada fase tem propriedades características.
• Controle da taxa de resfriamento:
– Maior taxa, mais núcleos e grãos menores.
• Pode ser revertido via revenido somente nas 
ligas “extremas”.
–Fases não “amarradas” pela regra da 
alavanca.
»Recristalização de alfa ou beta.
Transformações no estado sólido
• A difusão no estado sólido é mais lenta. 
– Transformações no estado sólido são mais 
sensíveis à taxa de resfriamento. 
• O avanço da transformação pode ser 
limitado, elevando-se a taxa.
• A natureza da precipitação pode mudar:
– Intragranular ou intergranular.
Diagrama Fe-C
• Estruturas cristalinas do ferro:
– Alfa (ferrita)- CCC.
– Gama (austenita) – CFC.
– Delta – CCC.
• Presença de carbono:
– Soluções sólidas intersticiais (austenita e 
ferrita) com baixo limite de solubilidade.
• Formação de grafite ou Fe3C.
–Depende do resfriamento:
»Lento – grafite.
»Rápido (ex. ao ar) – Fe3C.
Aços eutetóide
• Teor de C igual a 0.76%.
• A única transformação a partir do campo 
austenítico é a transformação eutetóide.
– γ = α + Fe3C.
• Transformação no estado sólido via 
nucleação e crescimento. 
–Lamelas alternadas de ferrita e 
cementita (perlita).
• Ao final do resfriamento tem-se:
–%alfa = 88,5%, %Fe3C =11,5%.
Aço hipoeutetóide
• Teor de carbono inferior a 0.76%.
• Duas transformações a partir do campo 
austenítico:
– Gama = alfa
– Gama = alfa + Fe3C (reação eutetóide).
• Ambas no estado sólido via nucleação e 
crescimento.
–Para 0.4% de C ao final do resfriamento, 
tem-se perlita + ferrita:
» %alfa =94%, %Fe3C =6%.
Aços hipereutetóide
• Teor de carbono superior a 0.76%.
• Duas transformações são esperadas:
– Gama = Fe3C.
– Gama = alfa + Fe3C (reação eutetóide).
• Ambas no estado sólido via nucleação e 
crescimento.
–Para 1.4% de C, ao final do 
resfriamento, tem-se Perlita + Fe3C:
»%alfa =79.1, %Fe3C =20.9.
Aços ao carbono
• Resistência mecânica é função do % de C:
– Formação de Fe3C:
• Eutetóide (0.76% de C).
• Hipoeutetóide (ex. 0.4% de C).
• Hipereutetóide (ex. 1.4% de C).
Tratamentos térmicos para aços
• Austenitização e resfriamento:
– Efeitos microestruturais:
• Tamanho de grão.
• Forma dos grãos.
• % das fases formadas e formação de 
martensita (desvios do equilíbrio).
–Os efeitos dependem dos % dos 
elementos de liga em aços especiais.
% de fases, tamanho de grãos, austenita 
retida
• Aumento da taxa de resfriamento:
– Redução no tamanho dos grãos.
• Nucleação e crescimento.
– % de α e Fe3C inferiores às 
expectativas.
• Desvio do equilíbrio termodinâmico.
–Austenita retida (não transformada).
Bainita e martensita
• Bainita:
– Maior dureza que a perlita:
• Mesmas fases (alfa + Fe3C), porém com 
um arranjo microestrutural distinto.
• Martensita (têmpera – resfriamento rápido):
– Fase não prevista pelo diagrama.
• Mais resistente que a bainita.
–Revenido – recozimento com T<Te.
»Reverte-se parte da ductilidade (γ* = 
α + Fe3C).
Ensaios mecânicos
• Conjunto de técnicas voltadas a avaliação de 
propriedades mecânicas de relevância 
tecnológica:
– Dano irreversível após o ensaio (ensaios 
destrutivos).
• Tração:
–Resistência à deformação elástica e 
plástica, ductilidade, tenacidade.
• Dureza:
–Resistência à abrasão.
• Impacto:
–Tenacidade.
Ensaio de tração
• Aplicação de tensões controladas e medidas de 
deformação:
– Região elástica:
• E – módulo de Young.
– Região plástica:
• Limite de resistência, ductilidade.
– Limite de escoamento:
• Transição entre do regime plástico para o 
elástico.
– Tenacidade:
• Densidade de energia mecânica absorvida 
até a fratura. 
Ensaio de dureza
• Aplicação de tensões controladas e 
medidas da penetração de uma ponta 
padronizada:
– Diferentes geometrias e materiais (ex. 
aço martensítico, diamante).
• Cada ponta define uma escala de 
dureza específica.
–Quanto mais dúctil o material maior 
a penetração e menor a dureza.
Ensaio de impacto
• Medida complementar à realizada no 
ensaio de tração da tenacidade de um 
material:
– Medida direta da densidade de energia 
mecânica absorvida até a fratura.
• Pode ser feito variando-se a 
temperatura:
–Transição dúctil-frágil.
Controlando propriedades dos aços
• Composição química:
– Carbono.
• % de Fe3C.
• Tratamentos térmicos:
– Arranjo microestrutural:
• Tamanho (ex. perlita fina ou grosseira) e 
forma dos grãos (ex. bainita, martensita).
– Presença de fases metaestáveis
• Austenita retida (dúctil) e martensita 
(elevada dureza).
Efeito do teor de C
• Aumento do teor de C:
– Maior o % de Fe3C presente à 
temperatura ambiente.
• Superior resistência mecânica e 
dureza.
Tratamentos térmicos
• Elevando-se a taxa de resfriamento 
aumenta-se a resistência:
– Reduzem-se os grãos (perlita e fase 
pró-eutetóide).
– Possível formação de bainita ou 
martensita.
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	Objetivos da aula
	Ligas eutéticas
	Liga Pb - Sn
	Propriedades de ligas eutéticas
	Transformações no estado sólido
	Diagrama Fe-C
	Aços eutetóide
	Aço hipoeutetóide
	Aços hipereutetóide
	Aços ao carbono
	Tratamentos térmicos para aços
	% de fases, tamanho de grãos, austenita retida
	Bainita e martensita
	Ensaios mecânicos
	Ensaio de tração
	Ensaio de dureza
	Ensaio de impacto
	Controlando propriedades dos aços
	Efeito do teor de C
	Tratamentos térmicos