2015-1_CM_Aula05_TransformacaoFase

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Aula 5 - Transformações de Fase 
05/05/2015 1 
2015-
1_CM_Aula05_TransformacaoF
ase.pdf 
1 
Professor: Luis Gustavo Sigward Ericsson 
Curso: Engenharia Mecânica 
Série: 5º/ 6º Semestre 
Ciências dos materiais- 232 
Quinta 
Quinzenal 
Semana par 
Transformações de Fase em 
Metais e Microestruturas 
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Diagrama de Fases 
O diagrama de equilíbrio mostra as transformações físicas e químicas possíveis, 
mas não dá informações sobre o tempo necessário para que elas ocorram. 
 
As transformações de fase, normalmente, envolvem a formação de pelo menos 
uma nova fase com composição e estrutura cristalina diferentes da original. 
 
Para que isso ocorra são necessários rearranjos atômicos por difusão (tempo para 
que ocorra). 
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Transformações de Fase 
Existem 2 etapas para a transformação de : 
• Nucleação – formação de núcleos da nova fase em 
meio à original, ocorre preferencialmente nos 
contornos de grão 
• Crescimento – núcleos estáveis da nova fase 
aumentam de tamanho, enquanto o volume da fase 
original diminui. 
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Cinética de Transformação 
Fr
aç
ão
 d
e
 t
ra
n
sf
o
rm
aç
ão
, y
 
Nucleação Crescimento 
Logaritmo do tempo de aquecimento, t 
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Cinética de Transformação 
Porcentagem de recristalização isotérmica em função do 
tempo para cobre puro 
Para a maioria das transformações de fase isotérmicas, a taxa de 
reação, r, varia exponencialmente com a temperatura, T: 
 
 
onde R é a constante universal dos gases, T é temperatura 
absoluta, A é uma constante que independe da temperatura e Q 
é a energia de ativação da reação. 
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Curvas TTT (Tempo – Temperatura – Transição) 
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Curvas TTT para um aço 
 Quando é feito um resfriamento lento a austenita 
transforma-se em perlita. 
 Um aumento na taxa de resfriamento altera de modo 
significativo a microestrutura do material resultante. 
 O diagrama TTT mostra quando uma transformação 
específica inicia e termina e mostra qual a porcentagem de 
transformação de austenita foi atingida a uma dada 
temperatura 
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Curva TTT para um aço eutetóide 
Cinética da reação eutetóide em aços 
fora do equilíbrio 
Investir mais!!!! 
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Curva TTT para aço eutetóide 
Temperatura de austenitização 
 
+Fe3C 
 
Perlita 
Como a martensita não envolve 
difusão, a sua formação ocorre 
instantaneamente 
(independente do tempo, por 
isso na curva TTT a mesma 
corresponde a uma reta). 
Martensita 
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Curvas de Resfriamento 
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Resfriamento Contínuo (Aço Eutetóide) 
A (FORNO) = Perlita grossa 
B (AR) = Perlita + fina (+ dura 
que a anterior) 
C (AR SOPRADO) = Perlita + fina 
que a anterior 
D (ÓLEO) = Perlita + martensita 
E (ÁGUA) = Martensita 
A 
B 
C 
D E 
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Microestruturas em Curvas TTT 
Martensita 
Perlita 
Bainita 
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Microestruturas - Resfriamento Rápido 
AUSTENITA 
MARTENSITA 
TRANSFORMAÇÃO 
ALOTRÓPICA COM 
AUMENTO DE VOLUME, 
que leva à concentração de 
tensões 
cúbico 
MARTENSITA 
- A martensita se forma quando 
o resfriamento for rápido o 
suficiente de forma a evitar a 
difusão do carbono, ficando o 
mesmo retido em solução. 
Como consequência disso, 
ocorre a transformação 
polimórfica mostrada ao lado. 
- Como a martensita não envolve 
difusão, a sua formação ocorre 
instantaneamente 
(independente do tempo). 
 
 
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Microestruturas - Resfriamento Rápido 
MARTENSITA 
É uma solução sólida supersaturada de 
carbono (não se forma por difusão) 
Microestrutura em forma de agulhas 
É dura e frágil (dureza: 63-67 HRC) 
Tem estrutura tetragonal cúbica (é uma 
fase metaestável, por isso não aparece no 
diagrama) 
 
 
Na martensita todo o carbono permanece intersticial, 
formando uma solução sólida de ferro supersaturada com 
carbono, que é capaz transformar-se em outras estruturas, 
por difusão, quando aquecida. 
 
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Microestruturas - Resfriamento Rápido 
MARTENSITA REVENIDA 
 
• É obtida pelo reaquecimento da 
martensita (fase alfa + cementita) 
• A dureza cai 
• Os carbonetos precipitam 
• Forma de agulhas escuras 
 
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Microestruturas - Resfriamento Moderado 
BAINITA 
• Ocorre a uma temperatura inferior a 
do joelho 
• Forma de agulhas, contendo ferrita e 
cementita, que só podem ser vista 
com microscópio eletrônico 
• Dureza: bainita superior 40-45 HRC e 
bainita acicular 50-60 HRC 
 
 
ESFEROIDITA 
• É obtida pelo reaquecimento (abaixo 
do eutetóide) da perlita ou bainita, 
durante um tempo bastante longo 
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Microestruturas - Resfriamento Lento 
Perlita grosseira 
Perlita fina 
Perlita grosseira 
Perlita fina 
Perlita grosseira Perlita fina 
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Fatores que afetam a posição das curvas TTT para aços 
Teor de carbono 
 
Quanto menor o teor de carbono (abaixo do eutetóide) mais difícil 
de se obter estrutura martensítica 
Tamanho do grão da austenita 
 
Quanto maior o teor e o número dos elementos de liga, mais 
numerosas e complexas são as reações. 
Todos os elementos de liga (exceto o Cobalto) deslocam as curvas 
para a direita, retardando as transformações (Facilitam a formação 
de martensita) 
723o 
Perlita grossa 
Perlita fina 
Bainita 
Bainita acicular 
Martensita 
Elementos 
 de liga 
Composição química (elementos de liga) 
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Tamanho do grão de austenita 
 
Quanto maior o tamanho de grão mais para a direita deslocam-se 
as curvas TTT. 
 
Tamanho de grão grande dificulta a formação da perlita, já que a 
mesma inicia-se no contorno de grão. 
 
Tamanho de grão grande favorece a formação da martensita. 
 
Tamanho de grão grande: diminui a tenacidade; gera tensões 
residuais; é mais fácil de empenar; é mais fácil de ocorrer fissuras. 
Fatores que afetam a posição das curvas TTT para aços 
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Transformações 
AUSTENITA 
Perlita 
( + Fe3C) + fase próeutetóide 
Bainita 
( + Fe3C) 
Martensita 
(fase tetragonal) 
MartensitaRevenida 
( + Fe3C) 
Ferrita ou 
cementita 
Resf. lento 
Resf. moderado 
Resf. Rápido 
 (Têmpera) 
reaquecimento