Transf fase 1

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TRANSFORMAÇÕES 
DE FASES EM METAIS 
E MICROESTRUTURAS
Engenharia e Ciência dos Materiais I
Profa.Dra. Lauralice Canale
1º. Semestre 2017
TRANSFORMAÇÕES MULTIFÁSICAS
As condições de equilíbrio caracterizadas pelo 
diagrama de fases ocorrem apenas quando o 
resfriamento é dado em taxas extremamente 
lentas, o que para fins práticos é inviável 
Um resfriamento fora do equilíbrio pode ocasionar:
 Ocorrências de fases ou transformações em 
temperaturas diferentes daquela prevista no 
diagrama
 Existência a temperatura ambiente de fases que 
não aparecem no diagrama
Cinética das Transformações 
 Normalmente nesses estudos cinéticos a 
fração da transformação que ocorreu é 
medida como função do tempo, enquanto 
a temperatura é mantida cte. 
 O progresso da transformação é verificado 
por meio de exame micrográfico ou 
medida de condutividade elétrica 
Neste caso a fração 
transformada Y
Equação de Avrami
Taxa= 1/t0,5
Por convenção a taxa de 
transformação é considerada como o 
inverso de tempo necessário para que 
a transformação prossiga até metade 
de sua conclusão
Transformações desse tipo são observáveis em 
ligas metálicas e podem ser obtidas por meio de 
tratamentos térmicos.
Neste caso a taxa ou velocidade de resfriamento 
determinará a microestrutura final.
Para resfriamentos fora do equilíbrio, não é mais 
possível se prever as microestruturas utilizando os 
diagramas de equilíbrio.
Para muitas ligas tecnologicamente importantes, a 
microestrutura preferida é a metaestável
CURVAS TTT
 As curvas TTT estabelecem relações 
entre a temperatura em que ocorre a 
transformação da austenita e a 
estrutura e propriedades das fases 
produzidas com o tempo.
 As transformações se processam à 
temperatura constante 
CURVAS TTT
início final
TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
Diagrama de Transformação
isotérmica para uma liga Fe-C de 
composição EUTETÓIDE
 A transformação de austenita em 
perlita ocorre apenas se a liga for 
super resfriada até abaixo da 
temperatura do eutetóide
 Para temperaturas muito próximas 
do eutetóide, o superesfriamento é 
baixo necessitando de tempos 
longos para a transformação
TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
 À esquerda da curva do 
início de transformação 
apenas austenita estará 
presente, enquanto que a 
direita da curva do término 
de transformação apenas 
existirá perlita. 
 Entre as duas curvas ambas 
estão presentes
TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS
 A transformação 
isotérmica realizada a 
temperaturas 
imediatamente abaixo 
da temperatura do 
eutetóide produz uma 
perlita grosseira , 
enquanto que uma 
transformação a uma 
temperatura em torno 
de 540o C produz 
perlita fina
Temperatura Difusão Largura lamelas
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PERLITA FINA E GROSSEIRA
 Fotomicrografias de 
(a)perlita grosseira 
(b)perlita fina
 À temperatura em torno 
de 540ºC é produzido 
uma perlita mais fina, 
pois com a diminuição da 
temperatura, a taxa de 
difusão do carbono 
diminui, e as camadas se 
tornam progressivamente 
mais finas
BAINITA
 À medida em que a 
temperatura de 
transformação é reduzida 
após a formação de 
perlita fina, um novo 
microconstituinte é 
formado: a bainita
 Como ocorre na perlita a 
microestrutura da bainita 
consiste nas fases ferrita 
e cementita, mas os 
arranjos são diferentes
 No diagrama de 
transformação isotérmica 
a bainita se forma abaixo 
do “joelho” enquanto a 
perlita se forma acima
BAINITA
 Para temperaturas entre 300ºC e 
540ºC, a bainita se forma como 
uma série de agulhas de ferrita 
separadas por partículas 
alongadas de cementita (bainita
superior)
 Para temperaturas entre 200ºC e 
300ºC, a ferrita encontra-se em 
placas e partículas finas de 
cementita se formam no interior 
dessas placas (bainita inferior)
 A fotomicrografia (a) apresenta 
uma estrutura bainítica superior 
com finíssimas agulhas de ferrita, 
e (b) apresenta uma estrutura 
bainítica inferior com partículas de 
cementita formadas no interior 
das placas de ferrita
ESFEROIDITA
 Se uma liga de aço com 
microestrutura bainítica ou 
perlítica for aquecida e deixada a 
uma temperatura abaixo do 
eutetóide por uma longo tempo irá 
se formar a esferoidita
 Em lugar das lamelas alternadas 
de ferrita e cementita (perlita), ou 
das microestruturas observadas 
na bainita, o Fe3C aparece como 
partículas com aspecto esférico 
em uma matriz de ferrita
 Essa transformação ocorre 
mediante uma difusão adicional 
do carbono
Força motriz para a 
transformação é a 
redução da fronteira 
entre as fases ferrita 
e Fe3C
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 É uma fase metaestável e de não-equilíbrio 
formada no aço sem difusão, sob condições não-
isotérmicas.
 Esta transformação de fase se dá por 
cisalhamento, ocorre por pequenos 
deslocamentos dos átomos ou íons (sem ocorrer 
difusão), e pelo fato de não envolver difusão 
acontece quase que instantaneamente.
Martensita
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(a) Célula unitária da martensita TCC relacionada à célula unitária da austenita 
CFC. (b) com o aumento da porcentagem de C, mais espaços intersticiais são 
preenchidos por átomos de C e a estrutura tetragonal da martensita se torna mais 
pronunciada.
MARTENSITA
 Sendo uma fase fora de equilíbrio, a martensita não 
aparece no diagrama de fases ferro – carboneto de 
ferro
 É uma solução sólida supersatura de carbono (não 
se forma por difusão), todo o carbono permanece 
intersticial, podendo transformar-se em outras 
estruturas por difusão quando aquecida
 É dura e frágil, por isso é sempre necessário um 
tratamento de revenimento após a formação de 
martensita
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 A austenita tem uma estrutura cristalina CFC, a 
martensita TCC, o carbono fica retido dentro 
da célula, embora não haja espaço para 
acomodá-lo. Isto significa que há uma expansão 
volumétrica durante a transformação. A 
expansão causa tensões internas, que são 
percebidas através da alta resistência mecânica 
e dureza da martensita, muito embora tenha 
grande fragilidade.
 O início desta transformação está representado 
por uma linha horizontal designada por Mi ou Ms 
nos diagramas TTT.
Martensita
Diagrama TTT de 
uma liga Fe-C:
A, austenita;
B, bainita; 
M, martensita; 
P, perlita.
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Efeito dos elementos de liga: diagrama TTT para uma liga SAE 4340.
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(a) a 1050 and (b) a 10110 steel.
MARTENSITA EM FORMA DE 
RIPAS
 Para ligas que contêm menos 
do que cerca de 0,6%de C, os 
grãos de martensita se formam 
como ripas
 São placas longas e finas, tais 
como as lâminas de uma folha
 Os detalhes microestruturais 
são muito finos e técnicas de 
micrografia eletrônica devem 
ser aplicadas para a análise 
dessa microestrutura
MARTENSITA EM FORMA LENTICULAR
 A martensita lenticular (ou em 
placas) é encontrada em ligas 
ferro-carbono com 
concentrações maiores que 
0,6% de C
 Na fotomicrografia pode-se 
observar os grãos de 
martensita em forma de 
agulhas (regiões escuras) e 
austenita que não se 
transformou durante o 
resfriamento (regiões claras) 
denominada austenita retida
Fotomicrografia de uma liga de memória de forma 
(69%Cu-26%Zn-5%Al), mostrando as agulhas de 
martensita numa matriz de austenita
TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA DE 
LIGA FE-C
TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA DE 
LIGA FE-C
TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA DE 
LIGA FE-C
TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA DE 
LIGA FE-C
TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA DE 
LIGA FE-C
TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA DE 
LIGA FE-C
RESFRIAMENTO CONTÍNUO
 A maioria dos tratamentos térmicos 
para os aços envolve o 
resfriamento contínuo de uma 
amostra até a temperatura 
ambiente
 Um diagrama de transformação 
isotérmica só é válido para 
temperatura constante e tal 
diagrama deve ser modificado para 
transformações com mudançasconstantes de temperaturas
 No resfriamento contínuo o tempo 
exigido para que uma reação tenha 
seu início e o seu término é 
retardado e as curvas são 
deslocadas para tempos mais 
longos e temperaturas menores
RESFRIAMENTO CONTÍNUO
 A transformação tem início após um 
período de tempo que corresponde 
à intersecção da curva de 
resfriamento com a curva de início 
da reação, e termina com o 
cruzamento da curva com o término 
da transformação
 Normalmente, não irá se formar 
bainita para aços ferro-carbono 
resfriados continuamente, pois toda 
a austenita se transformará em 
perlita
 Para qualquer curva de resfriamento 
que passe por AB a austenita não 
reagida transforma-se em 
martensita
RESFRIAMENTO CONTÍNUO
 Para o resfriamento contínuo 
de uma liga de aço existe uma 
taxa de têmpera crítica que 
representa a taxa mínima de 
têmpera para se produzir uma 
estrutura totalmente 
martensítica
 Para taxas de resfriamento 
superiores à crítica existirá 
apenas martensita. Além disso 
existirá uma faixa de taxas em 
que perlita e martensita são 
produzidos e finalmente uma 
estrutura totalmente perlítica se 
desenvolve para baixas taxas 
de resfriamento
RESFRIAMENTO CONTÍNUO
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
PROPRIEDADES MECÂNICAS
 A cementita é mais dura, porém 
mais frágil do que a ferrita. Dessa 
forma, aumentando a fração de 
Fe3C irá resultar em um material 
mais duro e mais resistente.
 A espessura da camada de cada 
fase também influencia. A perlita 
fina é mais dura e mais resistente 
que a perlita grosseira. A perlita 
fina possui maior restrição ao 
movimento de discordâncias e um 
maior reforço de cementita na 
perlita, devido à maior área de 
contornos de fases 
 Na esferoidita, existe uma menor 
área de contornos e menor 
restrição de discordâncias, 
portanto é menos dura e menos 
resistente
PROPRIEDADES MECÂNICAS
 Uma vez que a cementita é mais 
frágil, o aumento do seu teor 
resultará em uma diminuição de 
ductilidade
 A perlita grosseira é mais dúctil 
que a perlita fina, pois existe uma 
maior restrição à deformação 
plástica na perlita fina
 A esferoidita é extremamente 
dúctil, muito mais do que a perlita 
fina e perlita grosseira. Além disso 
são extremamente tenazes, pois 
qualquer trinca encontra uma 
pequena de partículas frágeis de 
cementita
PROPRIEDADES MECÂNICAS
 A martensita é mais dura, mais 
resistente e mais frágil. A sua 
dureza depende do teor de 
carbono para aços com até 
aproximadamente 0,6% de C
 Essas propriedades são atribuídas 
aos átomos de carbono intersticiais 
que restringem o movimento de 
discordâncias
 A martensita revenida possui 
partículas de cementita 
extremamente pequenas, o que lhe 
dá uma melhor ductilidade e 
tenacidade
EFEITO DE ELEMENTOS DE LIGA NAS 
CURVAS TTT
AISI 1335 AISI 5140
Praticamente o mesmo teor de carbono mas com diferentes elementos de liga
MARTENSITA REVENIDA
 No estado temperado, a martensita, além de 
ser mais dura, é tão frágil que não pode ser 
utilizada para a maioria das aplicações
 As tensões internas que possam ter sido 
introduzidas durante a têmpera tem um 
efeito de enfraquecimento
 A ductilidade e a tenacidade podem ser 
aprimoradas e as tensões internas aliviadas 
através um tratamento de revenimento
 O revenido é conseguido através do 
aquecimento de um aço martensítico até 
uma temperatura abaixo do eutetóide 
durante um intervalo de tempo específico
 Esse tratamento permite, através de 
processos de difusão, a formação de 
martensita revenida
A microestrutura da martensita revenida consiste de 
partículas de cementita extremamente pequenas e 
uniformemente dispersas em uma matriz contínua 
de ferrita. Esta microestrutura é semelhante à 
globulizada exceto que as partículas de cementita 
são muiiiiito pequenas menores.
O tamanho das partículas de cementita influencia o 
comportamento mecânico da martensita revenida. 
O aumento do tamanho das partículas diminui a 
área de fronteiras entre as fases ferrita e cementita 
e, consequentemente, resulta em um material de 
menor dureza e menor resistência. 
A martensita revenida pode ser tão dura quanto a 
martensita, porém com ductilidade e tenacidades 
melhoradas. A dureza e resistência podem ser explicadas 
pela grande área de fronteiras por unidade de vol entre as 
fases ferrita e cementita que existe para as numerosas e 
finas partículas de cementita.
Essas partículas reforçam a matriz de ferrita ao longo das 
fronteiras, que por sua vez atuam como barreiras para o 
movimento das discordâncias durante a deformação 
plástica. 
A fase contínua de ferrita é muito dúctil e relativamente 
tenaz, o que responde pela melhoria dessas propriedades 
no revenimento. 
Revenido
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 Com o aumento de tempo, a dureza diminui, o que 
corresponde ao crescimento e coalescência das partículas de 
cementita
 O coalescimento é idêntico ao tratamento de 
esferoidização,por isso em tratamentos à temperaturas que se 
aproximam do eutetóide e após várias horas a estrutura será 
composta por cementita globulizada
TRANSFORMAÇÕES
AUSTENITA
Perlita
( + Fe3C) + a 
fase 
próeutetóide
Bainita
( + Fe3C)
Martensita
(fase tetragonal)
Martensita 
Revenida
( + Fe3C)
Ferrita ou cementita
Resf. lento
Resf. moderado
Resf. Rápido
(Têmpera)
reaquecimento