Mec Transformações de fases

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Modificado po Prof. Camila Fukuda 
Elaborado por Profa.Priscila Praxedes 
Transformações de fases em 
metais e microestruturas 
 
 
 
 
- Conceitos básicos 
- Alterações microestruturais das ligas Fe-C e 
propriedades (curvas Temperatura-Tempo-
Transformação). 
2 
3 
O desenvolvimento de um conjunto de 
características mecânicas de um material resulta de 
uma transformação de fases. 
Ocorre em duas fases: 
NUCLEAÇÃO; 
CRESCIMENTO. 
Transformação de fases 
4 
NUCLEAÇÃO: 
Etapa de surgimento das partículas da nova fase. 
HOMOGÊNEA: núcleos surgem de maneira 
uniforme. 
HETEROGÊNEA: núcleos surgem nos contornos de 
grão, nas superfícies e nas impurezas . 
Transformação de fases 
5 
CRESCIMENTO: 
Etapa onde os núcleos formados aumentam de 
tamanho até que o equilíbrio seja atingido. 
Transformação de fases 
CINÉTICA DA TRANSFORMAÇÃO 
Microestruturalmente o processo acontece em etapas: 
 
1-NUCLEAÇÃO: formação de partículas, ou núcleos de tamanhos 
submicroscópicas da nova fase nos sítios com imperfeições ou 
nos contornos de grãos. 
2- CRESCIMENTO: aumento de tamanho dos núcleos. 
3- FIM: acontece quando atinjo as condições de equilíbrio. 
ETAPAS SÃO DEPENDENTES DO TEMPO E O PROGRESSO DA REAÇÃO É 
DADO PELA ANÁLISE DE ALGUMA PP FÍSICA QUE SEJA CARACTERISTICA 
DA NOVA FASE OU PELO MICROSCÓPICO. 
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Transformação de fases 
7 
CINÉTICA DA TRANSFORMAÇÃO 
 
 
Transformação de fases 
COM DIFUSÃO 
oSem variação no número e composição de fases 
Ex: solidificação metal puro e transformação alotrópica 
oCom variação no número e composição de fases 
Ex: Transformação eutética, eutetóide... 
 
SEM DIFUSÃO 
oOcorre com formação de fase metaestável 
Ex: transformação martensítica 
 
 
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A maioria das transformações de fase no estado sólido não ocorre 
 instantaneamente, ou seja, são dependentes do tempo 
Transformação de fases 
As Curvas TTT – 
Temperatura – Tempo - Transformação 
• São os diagramas Temperatura - Tempo – Transformação 
específicos para determinado aço de composição conhecida e 
que estabelecem a temperatura e o tempo em que ocorre 
uma determinada transformação 
 
• Nas ordenadas ficam as Taquecimento. As temperaturas máximas 
de interesse vão até a região da austenita (Fe γ-CFC) que em 
geral é a estrutura de partida dos tratamentos térmicos. E nas 
abcissas o tempo de transformação em escala logarítimica. 
 
• Associa as estruturas formadas no aço em questão em função 
da velocidade de resfriamento (considera o efeito cinético, a 
variável tempo) . 
 
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início 
final 
Curvas TTT 
• Analisando a reação eutetóide do aço: 
 
 
 
• Nesta transformação a austenita, com uma concentração de C 
intermediária, se transforma em ferrita com uma quantidade 
de C bem inferior e cementita com uma quantidade de C bem 
superior. 
 
• Esta estrutura é chamada de perlita. 
 
)%7,6()%022,0()%77,0( 3 pCCFepCpC
toresfriamen   
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Diagramas de transformações isotérmicas 
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Diagramas de transformações isotérmicas 
PERLITA 
A dependência da T nessa 
transformação pode ser 
vista abaixo. 
 
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Diagramas de 
transformações 
isotérmicas 
Diagrama específico para a 
liga Fe-C com composição 
eutetóide. 
 
Cada nova composição 
necessário um novo 
diagrama. 
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Diagramas de transformações isotérmicas 
Perlita fina 
Perlita 
grosseira 
8:1 
FERRITA/ 
CEMENTITA 
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Diagramas de transformações isotérmicas 
A curva ABCD mostra a curva real 
de um TT. 
 
A razão entre as espessuras das 
camadas de ferrita e de perlita é 
de 8:1 e depende da T da 
transformação. 
 
T logo abaixo da Teutetóide  
perlita grosseira. 
Abaixo de 540 oC  perlita fina 
Sua morfologia é diferente e depende da temperatura. 
- Resfriamentos próximos a Teutetóide  perlita de maior tamanho 
de grão e com lamelas (das fases ferrita e cementita) de maior 
espessura e baixa dureza (Rockwell C 5 a 20) perlita 
grossa 
- Temperaturas menores  menor é o tamanho de grão da perlita, 
maior é a dureza (Rockwell C 30 a 40) e menor é a espessura de 
lamela perlita fina. 
 
Isso ocorre devido as baixas taxas de nucleação e altas taxas de 
difusão próximas a Teutetoide, o que resulta em estruturas 
relativamente grosseiras. Ao reduzir-se a temperatura de 
transformação, aumenta-se gradativamente a taxa de nucleação e 
reduz-se a taxa de difusão, resultando em estruturas mais refinadas. 
16 
Perlita 
 
17 
Perlita Fina Perlita Grossa 
Perlita 
 
 PERLITA 
18 
Perlita fina: 
20-30 Rc 
Perlita grossa: 
86-97 RB 
FERRITA 
• É a estrutura também advinda da austenita e é formada a 
temperaturas abaixo da formação de perlitas finas e só 
podem ser vistas na microscopia eletrônica. 
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• A formação da perlita e da 
bainita são competitivas 
entre si. 
 
• Matriz de ferrita com 
partículas alongadas de 
cementita. 
Bainita 
 
• BAINITA SUPERIOR entre 300 – 540°C. 
Assemelha-se a uma série de RIPAS PARALELAS (TIRAS 
FINAS E ESTREITAS), ou agulhas de FERRITAS. 
 
 
20 
 
• BAINITA INFERIOR entre 200 – 300°C. A 
ferrita assemelha-se na forma de PLACAS FINAS ao 
invés de ripas paralelas(TIRAS FINAS E ESTREITAS). 
Bainita 
 
21 
Perlita se forma 
acima da 
curvatura 
localizada no 
ponto N (540 – 
727oC) 
 
Bainita formada 
entre 215-
540oC. 
Bainita 
 
Bainita superior 
Bainita inferior 
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BAINITA 
SUPERIOR 
BAINITA 
INFERIOR 
23 
 Microestrutura da Bainita contendo 
finíssimas agulhas das fases 
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Ocorre em aços com microestruturas perlíticas e/ou 
bainíticas quando aquecidos até uma temperatura abaixo da 
eutetóide (700oC) por um tempo longo (18 a 24h).  
recozimento 
 
A estrutura se assemelha a partículas esféricas embutidas 
em uma matriz contínua de fase α. 
Ocorre por uma difusão 
adicional do carbono sem 
alterações na composição ou 
quantidades relativas das 
fases ferrita e cementita. 
Cementita Globulizada 
 
25 
Cementita Globulizada 
 
26 
- É uma solução sólida supersaturada de carbono (não se 
forma por difusão) ocorrendo quase que 
instantaneamente independente do tempo. Este processo 
evita a DIFUSÃO DO CARBONO. 
 
- Austenita é toda transformada em martensita ou fica na 
forma retida. 
 
-Forma-se sem difusão e por ser uma fase metaestável não 
aparece no diagrama. 
Martensita 
 
27 
- A austenita CFC desloca-se 
formando uma nova estrutura 
chamada de TCC (TETRAGONAL 
DE CORPO CENTRADO). 
 
- Alongamento da célula unitária 
onde os C são impurezas 
intersticiais e formam uma 
solução sólida supersaturada 
transformando-se rapidamente 
quando aquecidos 
 
 
AUSTENITA 
MARTENSITA 
TRANSFORMAÇÃO 
ALOTRÓPICA COM 
AUMENTO DE VOLUME, 
que leva à concentração de tensões 
Martensita 
 
28 
 
- Microestrutura: forma de agulhas (acicular). 
 
- É dura e frágil (dureza: 63-67 HRC – rockwell C). 
 
- Tem estrutura tetragonal cúbica (TCC) (é uma fase 
metaestável, por isso não aparece no diagrama) 
 
 
 
 
 
Martensita 
 
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 - É obtida pelo reaquecimento da martensita (α + cementita) 
- A dureza diminui pois os carbetos precipitam. 
- Forma de agulhas 
MARTENSITA 
AUSTENITA 
RETIDA 
Martensita Revenida 
 
30 
Fotomicrografia de uma liga (69%Cu-
26%Zn-5%Al), mostrando as agulhas de 
martensita numa matriz de austenítica 
 
Martensita 
31 
Martensita no 
Ti 
Martensita 
no aço 
Fonte: COSTA, E., M.; Transformações de fases – PUC/RS 
Temperatura de 
austenitização 
 
+Fe3C 
 
Perlita 
Martensita 
-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). 
AS CURVAS TTT 
Ex 2: ALGUMAS CURVAS DE RESFRIAMENTO A TEMPERATURA 
CONSTANTE, PARA UM AÇO EUTETÓIDE, E AS RESPECTIVAS 
MICROESTRUTURAS FORMADAS PARA CADA UM DOS CASOS 
33 
Ex 2: ALGUMAS CURVAS DE RESFRIAMENTO CONTÍNUO, PARA 
UM AÇO EUTETÓIDE, E AS RESPECTIVAS MICROESTRUTURASFORMADAS PARA CADA UM DOS CASOS 
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 
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No resfriamento contínuo, as curvas TTT deslocam-se um pouco 
para a direita e para baixo 
35 
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 
TRANSFORMAÇÕES 
Exemplo 10.1 – Usando o diagrama de transf Usando o diagrama de 
transformação isotérmica para uma liga de ferro-carbono com 
composição eutetóide especifique a natureza da microestrutura final 
(em termos dos microconstituintes presentes e das porcentagens 
aproximadas) de uma pequena amostra que foi submetida aos 
tratamentos tempo-temperatura descritos a seguir. Em cada caso, 
considere que a amostra se encontra inicialmente a 760oC e que ela foi 
mantida nesta temperatura tempo suficiente para se obter uma 
estrutura completamente austenítica e homogênea. 
 
(a) Resfriamento rápido até 350oC, manutenção desta temperatura 
durante 104s e resfriamento até temperatura ambiente. 
(b) Resfriamento rápido até 250oC, manutenção desta temperatura por 
100s e arrefecimento até a temperatura ambiente. 
 (c) Resfriamento rápido até 650oC, manutenção desta temperatura por 
20s, resfriamento até 400oC, manutenção durante 103s e 
arrefecimento até a temperatura ambiente. 
 
36 
37 
FATORES QUE AFETAM A POSIÇÃO DAS 
CURVAS TTT NOS AÇOS 
•Teor de carbono 
•Tamanho do grão da austenita 
•Composição química (elementos de 
liga) 
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 TEOR DE CARBONO 
•Quanto menor o teor de carbono 
(abaixo do eutetóide) mais difícil de se 
obter estrutura martensítica 
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 TEOR DE CARBONO 
•Uma fase proeutetóide coexistirá com 
a perlita (ferrita ou cementita) 
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COMPOSIÇÃO QUÍMICA/ELEMENTOS DE 
LIGA 
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 da martensita 
*** Consequência: em determinados aços pode-se 
obter martensita mesmo com resfriamento lento 
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EFEITO DA COMPOSIÇÃO 
QUÍMICA/ELEMENTOS DE LIGA NAS CURVAS 
TTT 
42 
4340 – 0,40%C, 1,8%Ni, 
0,25% Mo, 0,7%Mn 
TAMANHO DE GRÃO DA 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 
 
Então, tamanho de grão grande favorece a 
formação da martensita 
 
43 
A maioria dos TT envolve o resfriamento contínuo 
até a Tambiente. 
 
Os diagramas mudam para transformações que tem 
T em constante mudança. 
 
 
Desta forma as curvas TTT são deslocadas para 
tempos mais longos e T mais baixas 
 
Diagrama de Transformação por Resfriamento 
Contínuo 
44 
Diagrama de 
Transformação 
por 
Resfriamento 
Contínuo 
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TRATAMENTOS TÉRMICOS E 
CONTROLE DA MICROESTRUTURA 
•Finalidade: 
 
Alterar as microestruturas e como consequência as 
propriedades mecânicas das ligas metálicas 
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OBJETIVOS DOS TRATAMENTOS 
TÉRMICOS 
- Remoção de tensões internas 
- Aumento ou diminuição da dureza 
- Aumento da resistência mecânica 
- Melhora da ductilidade 
- Melhora da usinabilidade 
- Melhora da resistência ao desgaste 
- Melhora da resistência à corrosão 
- Melhora da resistência ao calor 
- Melhora das propriedades elétricas e magnéticas 
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PRINCIPAIS TRATAMENTOS 
TÉRMICOS DOS AÇOS 
• Recozimento 
• Normalização 
• Têmpera e revenido 
• Coalescimento ou esferoidização 
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RECOZIMENTO 
•Objetivos: 
- Remoção de tensões internas devido aos 
tratamentos mecânicos 
- Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade 
- Alterar as propriedades mecânicas como a 
resistência e ductilidade 
- Ajustar o tamanho de grão 
- Melhorar as propriedades elétricas e magnéticas 
- Produzir uma microestrutura definida 
 
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NORMALIZAÇÃO 
Objetivos: 
 
 Refinar o grão 
 Melhorar a uniformidade da microestrutra 
 
*** É usada antes da têmpera e revenido 
 
 
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TÊMPERA E REVENIDO 
Objetivos: 
 Obter estrutura matensítica que promove: 
- Aumento na dureza 
- Aumento na resistência à tração 
- redução na tenacidade 
 
*** A têmpera gera tensões  deve-se fazer revenido 
posteriormente 
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REVENIDO 
*** Sempre acompanha a têmpera 
 
Objetivos: 
- Alivia ou remove tensões 
- Corrige a dureza e a fragilidade, aumentando a dureza e 
a tenacidade 
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ESFEROIDIZAÇÃO OU 
COALESCIMENTO 
•Objetivo 
Produção de uma estrutura globular ou esferoidal 
de carbonetos no aço 
 melhora a usinabilidade, especialmente dos aços alto 
carbono 
 facilita a deformação a frio 
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54 
• CALLISTER Jr., W. D. Materials Science and Engineering: an Introduction. Tradução de: 
LTC. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2000. 
• CHIAVERINI, V. Aços e ferros fundidos. Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais (ABM) 
7ª Edição. São Paulo, 2008. 
• COSTA, E., M., Diagrama de Transformações – Departamento de Engenharia Mecânica 
PUC/RS. Aula adaptada. 
 
• REFERÊNCIAS