DIAGRAMAS TTT
DIAGRAMAS TTT
Prof. M.Sc.: Anael Krelling
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DIAGRAMAS TTT
MATERIAIS METÁLICOS
•Ampla gama de propriedades mecânicas
•Mecanismos de aumento de resistência
•Refino do tamanho de grão
•Formação de solução sólida
•Encruamento
•Outras técnicas através de alterações da microestrutura
•Transformações de fases
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Transformações de Fases
•Envolve alterações da microestrutura
Três tipos de transformações
•Dependem da difusão e não há alterações do número e composição
de fases
•Solidificação de um metal puro
•Transformações alotrópicas
•Recristalização e crescimento de grão
•Dependem da difusão e há alterações nas composições das fases e,
frequentemente, no número de fases
•Reação eutetóide
•Sem difusão com produção de uma fase metaestável
•Reação martensítica
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DIAGRAMAS TTT
TRANSFORMAÇÕES MULTIFÁSICAS
•Transformações de fase são induzidas através de alterações de
temperatura – tratamentos térmicos.
•Corresponde a se cruzar um contorno entre fases no diagrama de fases
composição-temperatura à medida que uma liga é aquecida ou
resfriada.
•A maioria das transformações necessita de um tempo finito para atingir
sua conclusão.
•Velocidade ou taxa – importante na relação entre o tratamento térmico
e o desenvolvimento da microestrutura.
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•Limitação do diagrama de fases – NÃO indica o tempo necessário para
que o equilíbrio seja atingido.
•Taxa de aproximação do equilíbrio – muito lenta – estruturas em
verdadeiro equilíbrio raramente são atingidas.
•Resfriamento em condições de equilíbrio – inviável na prática.
•Para condições fora do equilíbrio – transformações deslocadas para
temperaturas mais baixas (resfriamento).
•Ocasionalmente deseja-se estruturas metaestáveis diferentes daquelas
obtidas nas condições de equilíbrio - INFLUÊNCIA DO TEMPO nas
transformações de fases.
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DIAGRAMAS TTT
DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS (CURVAS TTT)
•Servem para indicar quanto tempo se deve ficar a determinada
temperatura para atingir o grau de transformação desejado.
•Indicam as transformações que ocorrem tendo o tempo como variável.
•São geradas a partir de gráficos de fração de transformação em função
do logaritmo do tempo para diferentes temperaturas.
•Válido para uma única liga Fe-C.
•Precisos somente quando a temperatura da liga é mantida constante.
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PERLITA
Reação Eutetóide:
Para uma liga ferro-carbono com composição eutetóide (0,76%p C), a fração reagida
isotermicamente em função do log do tempo para transformação de austenita em perlita
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DIAGRAMAS TTT
Demonstração de como
um diagrama de transformação
isotérmica (parte inferior) é gerado
a partir de medições da
porcentagem da transformação em
função do logaritmo do tempo.
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DIAGRAMAS TTT
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DIAGRAMAS TTT
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DIAGRAMAS TTT
Fotomicrografias de amostras de (a) perlita grosseira e (b) perlita fina.
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DIAGRAMAS TTT
•A razão entre as espessuras das camadas de ferrita e de cementita na
perlita é de aproximadamente 8 para 1.
•A espessura absoluta da camada depende da temperatura na qual se
deixa prosseguir a transformação isotérmica.
•Em temperaturas imediatamente abaixo da eutetóide são produzidas
camadas relativamente grossas, tanto para a ferrita quanto para a
cementita devido ao fato das taxas de difusão serem relativamente
altas, dessa forma, os átomos de carbono podem se difundir ao longo
de distâncias relativamente longas. A estrutura é conhecida como
perlita grosseira.
•Com a diminuição da temperatura, a taxa de difusão do carbono
também diminui, e as camadas se tornam progressivamente mais finas.
A estrutura é conhecida como perlita fina.
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Para ligas Fe-C com outras composições, uma fase proeutetóide
(ferrita ou cementita) irá coexistir com a perlita. Dessa forma, também
devem ser incluídas no diagrama de transformação isotérmica as
curvas adicionais que correspondem a uma transformação
proeutetóide.
Diagrama de transformação
isotérmica de uma liga Fe-C
contendo 1,13%p C: A,
austenita; C, cementita
proeutetóide; P, perlita.
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BAINITA
Temperatura abaixo daquela na qual a perlita fina se forma – são
formados outros microconstituintes.
•Bainita
•Bainita Superior
•Bainita Inferior
Consiste em ferrita e cementita, porém com arranjos distintos da
estrutura lamelar da perlita.
•Entre 300 e 540°C - Bainita Superior - série de ripas paralelas (tiras finas
e estreitas) ou agulhas de ferrita separadas por partículas alongadas de
cementita.
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•Entre 200 e 300°C - Bainita Inferior – ferrita na forma de placas finas e
partículas estreitas de cementita (forma de bastões ou lâminas muito
finas) se formam no interior das placas de ferrita.
Micrografia eletrônica de transmissão de réplica que mostra a estrutura da bainita superior.
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•Natureza dupla: apresentando propriedades típicas de transformação
com nucleação e crescimento (como na formação da perlita), mas
apresenta ao mesmo tempo características semelhantes à
transformação martensítica.
•Envolve mudanças de composição – difusão de C, diferente da reação
Martensítica.
•Bainíta não é fase, é uma mistura de ferrita + carbonetos.
•Grande quantidade de defeitos – material duro (frágil)
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CEMENTITA GLOBULIZADA
Aquecimento de uma liga de aço com microestrutura perlítica ou
bainítica a temperatura abaixo da temperatura eutetóide, por longo
período (700°C, 18 – 24h) – cementita globulizada – força motriz é a
redução na área de contornos entre as fases α e Fe3C.
Fotomicrografia de um aço que possui uma
microestrutura de cementita globulizada. As
partículas pequenas são de cementita, a fase
contínua consiste em ferrita α.
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Fotomicrografia de um aço que se
transformou parcialmente em cementita
globulizada.
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DIAGRAMAS TTT
MARTENSITA
•Resfriamento rápido (temperadas) até uma temperatura baixa.
•Transformação polimófica, CFC – TCC.
•Transformação com ausência de difusão.
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•Ocorre quase instantaneamente (quase 1/3 da velocidade do som). A
energia de ativação para o crescimento de uma placa é muito baixa.
•Dois tipos de estruturas martensíticas nas ligas Fe-C:
•<0,6%p C – em ripas (placas longas e finas, tais como lâminas de
uma folha de grama) lado a lado alinhadas paralelamente.
•>0,6%p C – lenticular (placas). Aparência em forma de agulhas.
•Não aparece no diagrama de fases – fora do equilíbrio.
•No diagrama isotérmico – linhas horizontais (início, 50% e 90%).
•Independente do tempo (depende exclusivamente da temperatura).
•A nova fase não cresce – não há transformação por nucleação e
crescimento.
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DIAGRAMAS TTT
•Não há transformação isotérmica – formação de martensita pára com a
parada do resfriamento.
•A martensita é dura, resistente e frágil porque não possui estrutura
cúbica (é tetragonal) e todo o C permanece em solução sólida.
•Quanto maior a % de C, maior será a dureza da martensita.
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DIAGRAMAS TTT
Em branco – austenita retida
Austenita que não se transformou no
processo de resfriamento rápido.
Fotomicrografia mostrando a
microestrutura martensítica
lenticular ou em placas
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DIAGRAMAS TTT
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DIAGRAMAS TTT
REVENIMENTO DA MARTENSITA
1. (Temperatura ambiente até 200°C) – a martensita se transforma em
um precipitado de transição cuja composição varia de Fe2C a Fe3C.
2. (de 200 a 300°C) – qualquer austenita retida se decompõe em
bainita (mescla fina de ferrita e cementita).
3. (de 260 a 360°C) – a martensita de baixo carbono e o carboneto ε, se
decompõem em ferrita e cementita.
4. (de 360 até a temperatura eutetóide, 727°C) – se produz uma
esferoidização e um crescimento das partículas de carboneto.
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MEV de aço temperado e revenido a 594°C, mostrando a Martensita Revenida
(partículas de cementita em matriz de ferrita). 9300X
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DIAGRAMAS TTT
Fragilização por Revenido
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DIAGRAMAS TTT
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DIAGRAMAS TTT
INFLUÊNCIAS NOS DIAGRAMAS TTT
•Elementos de liga (Cr, Ni, Mo e W) – alterações significativas na posição
e formas das curvas TTT.
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DIAGRAMAS TTT
Diagrama
de
transformação
isotérmica para um aço-liga (tipo
4340): A, austenita; B, bainita; P,
perlita; M, martensita; F, ferrita
proeutetóide.
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DIAGRAMAS TTT
EXERCÍCIO: Descrever as estruturas formadas (em termos dos microconstituintes presentes e
das porcentagens aproximadas).
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DIAGRAMAS TTT
COMPORTAMENTO MECÂNICO DE LIGAS Fe-C
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DIAGRAMAS TTT
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DIAGRAMAS TTT
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Com difusão
Sem difusão
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