Transformação de Fases
Transformação de fase é a alteração
no números de fases e/ou na
natureza da fase que envolve
alguma alteração na
microestrutura
Tipos de transformações de fases

Aquelas que dependem de difusão, onde não há alteração no
número nem na composição das fases presentes.
(Solidificação, transformações alotrópicas, recristalização e
crescimento de grão)

Aquelas que dependem de difusão, envolvendo, entretanto,
alguma alteração na composição das fases e, freqüentemente,
no número de fases também. (Reações eutetóide, eutética e
peritética)

Aquelas que não dependem da ocorrência de difusão,
resultando numa fase metaestável. (Transformação
martensítica)
Do ponto de vista microestrutural, o primeiro
processo a acompanhar uma transformação
de fases é a nucleação, que consiste na
formação de embriões, seguidos de núcleos
da nova fase, que podem agregar mais
volume e área superficial (crescimento)
Para transformações em estado sólido que exibem o
comportamento cinético, a fração da transformação é uma
função do tempo:
Equação de Avrami
y  1  exp(kt n )
Onde:
k e n são constantes
independentes do tempo.
Por convenção, a taxa de deformação, r, é tomada como
sendo o inverso do tempo necessário para que a
transformação prossiga até a metade da sua conclusão (t0,5)
r
1
t0,5
A temperatura é uma das variáveis que está sujeita a controle e ela
pode ter uma influência profunda sobre a cinética e, portanto, sobre a
taxa de transformação
Cobre puro
Onde:
R= a constante dos gases;
T= temperatura absoluta;
A= constante independente da temperatura;
Q= energia de ativação específica para a
reação em questão.
Q / RT
r  Ae
Transformações Multifásicas
As transformações de fases podem ser forjadas em
sistemas de ligas metálicas pela variação da
temperatura, da composição e da pressão externa;
entretanto, as alterações de temperatura através de
tratamentos térmicos são mais convenientemente
utilizadas para induzir as transformações de fases.

Uma limitação dos diagramas de fase consiste na sua
incapacidade de indicar o tempo que é necessário para
que o equilíbrio seja atingido. Nenhuma informação
sobre as taxas de transformação de fases é dada no
diagrama de fases.

A taxa de aproximação do equilíbrio para sistemas
sólidos é tão lenta, que ele quase nunca é atingido.
Para mudanças de fases que ocorrem durante o
resfriamento em condições de equilíbrio, as
transformações são deslocadas para temperaturas
mais baixas do que aquelas indicadas pelo diagrama
de fases.
Para mudanças de fases que ocorrem durante o
aquecimento, as transformações são deslocadas para
temperaturas mais elevadas.
Esses fenômenos são chamados de super-resfriamento
e sobreaquecimento, respectivamente.
Transformações isotérmicas

Transformação de austenita
em perlita de uma liga ferrocarbono de composição
eutetóide.

Os dados da curva foram
coletados para uma amostra
composta inicialmente de
100% de austenita e resfriada
até a temperatura indicada no
gráfico, na qual se processou
a transformação.
Na Temperatura Eutetóide:
γ(0,76%p C) → α(0,022%p C) + Fe3C (6,70%p C)
Diagrama de Transformação Isotérmica
Essa é a maneira
mais conveniente de
representar
transformações de
fases difusionais, i.e,
dependentes do
tempo e da
temperatura.
Diagrama de transformação isotérmica para uma liga ferro-carbono
com composição eutetóide, mostrando a superposição da curva para
um tratamento térmico isotérmico (ABCD)
A
transformação
da austenita
em perlita
começa no
ponto C e
termina no
ponto D.
A perlita grosseira é formada por
lamelas espessas de ferrita e
cementita.
A perlita fina é
formada por
lamelas finas, que
nucleiam-se
progressivamente
com a diminuição
da temperatura e
como
conseqüência da
diminuição na taxa
de difusão.
Diagrama de transformação isotérmica para uma liga ferrocarbono com 1.13%p C.
Onde:
A= austenita;
C= cementita;
P= perlita.
Bainita
A bainita é o produto de uma transformação autenítica em
alguns aços e ferros fundidos . Ela se forma em
temperaturas entre aquelas nas quais ocorrem as
transformações perlíticas (mais elevadas) e
martensíticas (mais baixas). A microestrutura consiste
em uma fina dispersão de cementita na ferrita-α.
Diagrama de transformação isotérmica para uma liga ferro-carbono
com composição eutetóide, incluindo as transformações da austenita
em perlita e da austenita em bainita.
Cementita globulizada
A cementita globulizada é uma microestrutura que se
forma a partir de uma liga de aço que possui
microestrutura perlítica ou bainítica e que tenha sido
aquecida a uma temperatura abaixo da eutetóide
durante um período suficientemente longo.
Fotomicrografia de um aço que possui uma microestrutura de
cementita globulizada. As partículas pequenas são de cementita
e a fase contínua consiste em ferrita α.
1000x
Martensita

A martensita pode estar presente em ligas ferrosas ou não, induzida
por resfriamento rápido e/ou por deformação através do cisalhamento
da rede cristalina ao longo de planos e direções cristalográficas
específicas.

Em aços austenitizados, a martensita é formada através de
resfriamento rápido (têmpera) até uma temperatura inferior à Mi
(temperatura de início de transformação martensítica) ou por
deformação abaixo da temperatura Md (temperatura de início de
transformação martensítica por deformação).

A martensita, que é resultante de uma transformação adifusional da
austenita, não é uma fase de equilíbrio.

Qualquer difusão que venha porventura ocorrer em tratamentos
posteriores à transformação martensítica, resultará na formação das
fases ferrita e cementita.
Na transformação martensítica existe apenas um pequeno
deslocamento de cada átomo em relação ao seu vizinho.
A austenita do aço comum ao carbono e alguns outros, CFC, quando
temperada, sofre uma transformação polimórfica em martensita
tetragonal de corpo centrado (TCC)
Para ligas que contêm menos do que cerca de 0,6%p C
A transformação martensítica também é conhecida como
transformação atérmica
Para aços comuns ao carbono que contêm
concentrações de carbono superiores a
aproximadamente 0,6%p C
Para todos os fins
práticos a
transformação
martensítica é
independente do
tempo.
Diagrama de
transformação
isotérmica completo
para uma liga ferrocarbono com
composição
eutetóide, onde:
A= austenita;
B= bainita;
M= martensita;
P= perlita.
Diagrama de
transformação isotérmica
para um aço-liga, onde:
A= austenita;
B=bainita;
M=martensita;
F= ferrita proeutetóide.
Diagrama de transformação por resfriamento contínuo
Curvas de
resfriamento
moderadamente
rápido e de
resfriamento lento
sobrepostas a um
diagrama de
transformação
por resfriamento
contínuo para
uma liga ferrocarbono com
composição
eutetóide.
Diagrama de
transformação por
resfriamento contínuo
para uma liga ferrocarbono com composição
eutetóide e a
superposição das curvas
de resfriamento,
demonstrando a
dependência da
microestrutura final em
relação às
transformações que
ocorrem durante o
resfriamento.
Austenita → Maretensita
Diagrama de
transformação por
resfriamento contínuo
para um aço-liga (AISI
4340) e a superposição
de várias curvas de
resfriamento,
demonstrando a
dependência da
microestrutura final dessa
liga em relação às
transformações que
ocorrem durante o
resfriamento.
Comportamento Mecânico de Ligas
Ferro-Carbono
Perlita
Cementita globulizada
Bainita
Martensita
Martensita revenida
A martensita temperada é muito dura e muito frágil. Assim,
para aumentar a ductilidade e a tenacidade da
martensita e aliviar as tensões é utilizado o tratamento
térmico de revenimento, que dá nome à nova martensita
formada: martensita revenida.
Martensita
→
(TCC, monofásica)
Martensita revenida
(fases α + Fe3C)
Fe3C
Ferrita α
A martensita
revenida pode
guardar
porcentagem
importante da
dureza da
martensita como
temperada,
porém, tem
ductilidade e
tenacidade
substancialmente
aprimoradas
Os limites de
resistência à
tração e de
escoamento e a
ductilidade (%RA)
em função da
temperatura de
revenimento para
um aço-liga (AISI
4340) temperado
em óleo.
A dureza em função do tempo de revenimento
para um aço comum ao carbono (AISI 1080)
com composição eutetóide, que foi temperado
em água.
Fragilização por revenimento
A fragilização de algumas ligas de aço ocorre quando
elementos específicos de liga (Mn,Ni,Cr) e impurezas
(Sb, P, As e Sn) estão presentes e mediante o revenido
dentro de uma faixa de temperatura definida (375575°C), ou acima de 575°C, seguido de resfriamento
lento.
Austenita
Resfriamento
lento
Perlita
( + Fe3C) +
fase próeutetóide
Ferrita ou cementita
Resfriamento
moderado
Resfriamento
rápido (têmpera)
Martensita
(fase tetragonal)
Bainita
( + Fe3C)
Reaquecimento
Martensita Revenida
( + Fe3C)