Aula 07 – Diagrama de fases
(Parte 3)
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Introdução
O diagrama de fase Fe-C estudado anteriormente,
permite a verificação das transformações que a austenita
apresenta durante o resfriamento muito lento, resultando
nos constituintes ferrita, cementita e perlita.
A formação da austenita para ferrita e cementita
necessitam de tempo para ocorrer.
Se a velocidade de resfriamento da austenita for
elevada, não haverá tempo para que ela se transforme
em ferrita e cementita; e a austenita se formará outro
constituinte: a martensita.
Mas o que é Martensita?
Martensita é uma fase que o material pode
apresentar, tipo ferrita, cementita e etc...
A martensita é obtida pelo resfriamento rápido dos
aços. Apresenta-se sob a forma de agulhas e
cristaliza-se na forma tetragonal. Ela apresenta dureza
elevada devido a deformação que produz na rede
cristalina com a inserção dos átomos de carbono.
Mas o que é Martensita?
• É um constituinte extremamente duro
e resistente
• Podendo atingir uma dureza de até 68
HRC (aprox. 780 HB)
• O Limite de resistência pode ser de
até 2500 N/mm² .
• Seu alongamento é de no máximo
2,5%.
• É magnética.
Aço com 0,5% de carbono, temperado em água fria.
Mas porque que não
aparece a martensita do
diagrama Fe-Fe3C?
Porque o diagrama FeFe3C mostra as fases
formadas
quando
o
resfriamento é LENTO.
A Martensita se forma quando o resfriamento é
RÁPIDO, e só conseguimos observar a sua
transformação quando analisamos um outro tipo
de diagrama, o diagrama TTT – Temperatura
Tempo e Transformação.
Diagrama “Temperatura-TempoTransformação” (Curvas TTT)
O diagrama TTT estuda os fenômenos que ocorrem
com os aços, quando este é resfriado em diferentes
velocidades, ou seja, o diagrama TTT mostra as fases
que irão se formar nos aços de acordo com a
velocidade de resfriamento.
Diagrama “Temperatura-TempoTransformação” (Curvas TTT)
Eixo y : escala de temperaturas.
Eixo x : escala de tempo e tratase de uma escala logarítmica.
Diagrama “Temperatura-Tempo-Transformação”
(Curvas TTT) : Aços Eutetóides
De 727°C até cerca
de 650°C, tem-se
perlita grosseira, com
dureza variando entre
165 – 236HB (5 a 20
HRC).
Entre 650°C a
550°C, tem-se perlita
fina, com dureza de
286HB – 371HB (30 a
40 HRC). É a forma
mais dura da perlita.
Diagrama “Temperatura-Tempo-Transformação”
(Curvas TTT) : Aços Eutetóides
Perlita Grossa
Perlita fina
Diagrama “Temperatura-Tempo-Transformação”
(Curvas TTT) : Aços Eutetóides
Entre 550°C e um pouco
acima de 350°C, obtém-se e
bainita superior. Dureza de
~371 – 421HB ( 40 a 50
HRC)
Entre 350°C e um pouco
acima de 200°C, obtém-se e
bainita inferior (acicular).
Dureza de ~480 – 650 HB (
50 a 60 HRC).
Mas o que é Bainita?
Bainita é uma fase que o material pode
apresentar, tipo ferrita, cementita, martensita e etc...
A bainita é obtida pelo resfriamento moderado
dos aços. Pode apresentar-se sob a forma de
bainita superior e bainita inferior (acicular).
• Bainita superior:
•
apresenta-se como uma
série de agulhas de ferrita
separadas por partículas
alongadas de cementita.
Bainita inferior: a ferrita
encontra-se em placas e
partículas finas de
cementita se formam no
interior dessas placas
Diagrama “Temperatura-Tempo-Transformação”
(Curvas TTT) : Aços Eutetóides
Entre as temperaturas, um
pouco acima de 200°C e
aproximadamente a 100°C, temse a martensita.
Dureza de ~ 740 – 795HB ( 65
a 67 HRC). A alta dureza
conseguida pela martensita,
pode ser atribuída ao fato da
mesma promover a distorção do
reticulado cristalino gerando
tensões internas.
• Lista de exercícios número 3
• Nós vimos até agora que é possível que
um mesmo aço tenha diferentes tipos de
microestruturas.
• A microestrutura que o material vai
apresentar vai depender da sua condição
de resfriamento, ou seja, da velocidade
de resfriamento do material.
• Agora vamos analisar as microestruturas
formadas sob diferentes velocidade de
resfriamento através das curvas TTT.
Curvas de resfriamento
A
F
Aumento da velocidade de resfriamento
Resfriamento mais BRANDO
A = FORNO
B = AR
C = AR FORÇADO(ventilador)
D = ÓLEO
Resfriamento mais BRUSCO
F = ÁGUA
Tratamento de têmpera
A
F
D
C
B
Aumento da dureza da microestrutura obtida
Aços Eutetóides
A = FORNO = Perlita Grosseira
B = AR = Perlita Fina
C = AR FORÇADO = Perlita
mais fina ainda
D = ÓLEO = Perlita fina +
Martensita
Aços Eutetóides
Curva E: indica, a
velocidade crítica de
resfriamento.
O que é a velocidade
crítica de resfriamento?
E
É a menor velocidade de
resfriamento
que
resultará unicamente em
martensita.
Com as observações feitas a partir do diagrama
TTT, podemos concluir que:
Velocidades de resfriamento muito altas, podem
ocasionar
em
excessivas
tensões
internas,
empenamentos das peças e até mesmo ao
aparecimento de fissuras. Por isso deve-se sempre
escolher um aço, que permita a obtenção de alta dureza
com velocidade de resfriamento baixa.
Quanto maior velocidade de resfriamento, maior a
dureza da microestrutura obtida, mas também mais
tensões internas. O ideal é escolher um material que
permita alta dureza com baixa velocidade de
resfriamento.
FATORES QUE AFETAM A POSIÇÃO
DAS CURVAS TTT NOS AÇOS
1. Teor de carbono
2. Composição química
3. Espessura da peça
1.Teor de carbono
Quanto menor o teor de carbono (abaixo do eutetóide)
mais difícil de se obter estrutura martensítica.
MENOR teor de C
MAIOR teor de C
2. 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.
3. Espessura da Peça
A velocidade de resfriamento é afetada pela
espessura da peça, pois é óbvio que o interior das peças
se resfria mais lentamente que a sua superfície. A
diferença é tanto maior quanto maior é a velocidade de
resfriamento e, evidentemente, quanto maior a seção da
peça.
A figura mostra a velocidade de resfriamento para
meios diferentes de resfriamento.
• Lista de exercícios número 4
Referências
CALLISTER Jr, William. Ciência e Engenharia dos Materiais: Uma introdução. 5ª Ed.
Rio de Janeiro. LTC. 2005.
VAN VLACK, Laurence Hall. Princípios de Ciência dos Materiais. 4ª Ed. São Paulo.
Edgard Blücher. 2002.
PADILHA, Ângelo Fernando. Materiais
Propriedades. São Paulo. Hemus. 2007.
de
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Microestrutura
e
SHACKELFORD, J. F. Ciência dos Materiais. 6ª Ed. Pearson. 2008.
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PASCOALI, S. Apostila de Tecnologia dos Materiais I. CEFET – SC. Araranguá.
2008.
COSTA, E. M. Diagrama de Fase em condições de equilíbrio. PGETEMA/PUCRS.