• Transformação de uma fase em outra requer tempo.

1. Transformações de Fases em Metais Fe C Fe 3 g Reação (cementita) eutetóide + (Austenita) a C (BCC) FCC (ferrita) • Transformação de uma fase em outra requer tempo. • Como a taxa de transformação se relaciona com o tempo e a temperatura? • Como podemos modificar a taxa de transformação obter estruturas de engenharia fora do equilíbrio? • As propriedades mecânicas das estruturas fora do equilíbrio são melhores?

2. Fração de Transformação 1 y Eq. de Avrami n - - k t = 0.5 y 1 e Fixo fração T tempo transformada 0 t log (t) 0.5 Energia de ativação 1 - Q / R T = = r Ae t 0, . 5 • A fração transformada é dependente do tempo. N = Nucleação C = Crescimento N C • A taxa de transformação depende da temperatura. • rpara situações de equilíbrio geralmente não é possível!

3. Nucleação e Crescimento de Cristais 10 0 D Taxa de nucleação cresce w / T % Perlita Taxa de crescimento cresce w/T Crescim. 50 Nucleação t log (tempo) 50 0 • A taxa de reação é resultado da nucleação e crescimento de cristais Adapted from Fig. 10.1, Callister 6e. • Exemplo: Colônia de perlita g g g T abaixo de T moderadamente abaixo de T bem abaixo de T T T E E E . Taxa de nucleação baixa Taxa de nucleação moderada Taxa de nucleação alta Taxa de crescimento alta Taxa de cresc. moderada Taxa de crescimento baixa

4. Transformação Eutetóide %p C

5. Diagramas de Transformações Isotérmicas • Sistema Fe-C, Co = 0,77%p C • Transformação em T = 675ºC

6. Diagramas de Transformações Isotérmicas • Composição eutetóide, Co = 0,77%p C • Início em T > 727ºC • Resfriada rapidamente até 625ºC mantida nesta isoterma. Curvas TTT para uma liga eutetóide de Fe-C.

7. Morfologia da Perlita D - Maiores T: DT: Colônias são menores • Dois casos: • Ttransf logo abaixo da TE • T maiores: difusão é mais rápida • Perlita é grosseira. • Ttransf bem abaixo da TE • T menores: difusão é mais lenta • Perlita fina • Baixo Colônias são mais largas

8. Morfologia da Perlita • Observações experimentais: Microestrutura da perlita em função da isoterma mantida: (a) 655ºC, (b) 600ºC, (c) 534ºC e (d) 487ºC. A morfologia da estrutura de 2 fases é a mesma, mas o espaçamento entre elas diminui com o decréscimo da temperatura da isoterma.

9. Diagrama de Transformação Isotérmica para Composição Não Eutetóide Em um sistema de Fe-C, para uma liga com 1,13%p C, uma cementita proeutetóide irá se formar primeiro, como mostrado na figura ao lado. Fim da formação da perlita Fim da formação de cementita proeutetóide e início da formação da perlita Formação de cementita proeutetóide

10. Bainita • • Bainita: • ripas de fe- (tiras), separadas por partículas de Fe3C; • forma-se entre 200 e 540ºC: • bainita superior: entre 300 e 540ºC • bainita inferior: entre 200 e 300ºC • tanto a superior quanto a inferior são formadas por ferrita, cementita e martensita, modificando-se apenas seu arranjo na estrutura.

11. Bainita

12. Outros Produtos do Sistema Fe-C • Cementita Globulizada: • Matriz de Fe- com Fe3C em forma esférica; • obtida pelo aquecimento da bainita ou perlita até uma temperatura próxima da temperatura eutetóide por longo intervalo de tempo; • redução da área interfacial (força motriz). Fe- Partícula de cementita

13. Outros Produtos do Sistema Fe-C • • Martensita: • Fe- g (CFC) para Martensita (TCC); • Transformação ocorre apenas com o resfriamento rápido do Fe-; • % de transformação depente da temperatura apenas. Sítio do átomo de C Esquema da estrutura TCC formada na transformação da martensita.

14. Martensita A = Austenita P = Perlita M = Martensita B = Bainita Formação da martensita é controlada pela temperatura e independe do tempo

15. Rota Tempo x Temperatura x Microestrutura A = Austenita P = Perlita M = Martensita B = Bainita A = 100% bainita B = 100% martensita C= 50% P + 50% B

16. Influência de Outros Elementos de Liga joelho da bainita Tempo mais longo para o cotovelo A-P

17. Diagramas de Transformação por Resfriamento Contínuo Transf. Resf. Contínuo Transf. isotérmica Taxa de resf. alta Taxa de resf. moderada Taxa de resf. baixa Para o resfriamento contínuo a curva TTT se desloca para baixo (temperaturas menores) e para a direita (tempos maiores) no diagrama.

18. Taxas de Resfriamento Críticas Curvas de resfriamento para a formação de 100% de martensita ou de perlita. TRC = Taxa de Resfriamento Crítico

19. Influência de Outros Elementos de Liga • Elementos de liga como o Ni, Cr, W e Si deslocam o joelho A-P para tempos mais longos, logo pode-se obter martensita para taxas de resfriamentos mais lentas; • A formação de bainita é possível; • Para aços com menos de 0,25%p C, a taxa de resfriamento para a obtenção de 100% de martensita é muito alta para ser praticada.

20. Comportamento Mecânico de Ligas Fe-C Limite de escoamento e limite de resistência à tração Energia de impacto Izod (ft.lb) A cementita é muito mais duro e, portanto, mais frágil que a ferrita. Então, quando maior o teor de cementita no aço, maior será sua dureza e resistência e menor sua ductilidade e tenacidade (energia de impacto).

21. Comportamento Mecânico de Ligas Fe-C %p Fe3C Cementita globulizada Para uma dada composição, as propriedades mecânicas mudam com a microestrutura. A cementita globulizada possui a maior ductilidade e a menor dureza. Ductilidade (%RA) Perlita grossa %p Fe3C Perlita fina Perlita fina %p C Perlita grossa Índice de dureza Brinell Cementita globulizada %p C

22. Comportamento Mecânico de Ligas Fe-C A bainita é mais resistente e dura que a perlita Índice de dureza Brinell Limite de resistência à tração (MPa)

23. Comportamento Mecânico de Ligas Fe-C • A martensita é a mais dura, mais resistente e mais frágil dentre as microestruturas possíveis em uma liga de FeC; • Sua alta dureza está relacionado a capacidade dos átomos intersticiais de carbono de restringir o movimento das discordâncias, bem como ao número relativamente pequeno de sistemas de escorregamento para a estrutura TCC. Índice de dureza Brinell Dureza Rockwell C

24. Comportamento Mecânico de Ligas Fe-C • A martensita é muito dura para determinadas aplicações; • A ductilidade e a tenacidade da martensita podem melhorar com a apliação de um tratamento térmico de alívio de tensões (revenimento); • Revenimento: aquecimento de um aço temperado até 250-650ºC para deixar a difusão ocorrer e formar a martensita revenida conforme a equação: Mart. (TCC) -> Mart. rev. (Fe+Fe3C) A microestrutura da martensita revenida é similar a da cementita globulizada, mas possui partículas de Fe3C menores, o que acarreta em dureza e resistência maiores.

25. Resumo Temperatura eutetóide Austenita Cementita globulizada Perlita Martensita Revenida Bainita Aquecimento Martensita Temperatura ambiente Têmpera Austenita, perlita, bainita e martensita podem co-existir