Diagrama de Fases – Parte 3

http://professores.chapeco.ifsc.edu.br/keli

Aula 07

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 ferrita e da cementita (conseqüentemente da perlita), deverá acontecer com o polimorfismo (mudança de reticulado cristalino do ferro), através da movimentação atômica (difusão) da austenita. Essas transformações necessitam de tempo para ocorrer.

Se a velocidade de resfriamento da austenita for aumentada significativamente, não haverá tempo para a transformação nesses constituintes (ferrita e cementita). E a austenita formará outro constituinte, de grande importância para aplicação dos aços, 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.

– É um constituinte extremamente duro e resistente– Podendo atingir uma dureza de até 68 HRC– 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 Fe-Fe3C 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-Tempo-Transformação” (Curvas TTT)

O diagrama TTT estuda os fenômenos que ocorrem com os aços, quando este é resfriado a 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-Tempo-Transformação” (Curvas TTT)

Eixo y : escala de temperaturas.Eixo x : escala de tempo e trata-se de uma escala logarítmica.

Normalmente essa escala inicia na temperatura ambiente e varia até uma temperatura superior a linha A1.

Diagrama “Temperatura-Tempo-Transformação” (Curvas TTT)

Mas se a velocidade de resfriamento for alta, o constituinte resultante será só martensita. A velocidade que apresenta essa transformação, recebe o nome de velocidade crítica de resfriamento, de grande importância no estudo dos tratamentos térmicos dos aços.

Para uma análise mais detalhada dessas transformações, será analisado o diagrama TTT para um aço eutetóide (0,77% de C em peso). Esse aço apresenta uma única temperatura crítica a 727 ºC. Abaixo dessa temperatura, se o resfriamento for extremamente lento, o constituinte obtido será a perlita.

Diagrama “Temperatura-Tempo-Transformação” (Curvas TTT) : Aços

EutetóidesA determinação das curvas, é efetuada correlacionando-se para

cada temperatura os pontos de início de transformação da austenita, e os pontos de fim de transformação.

Os quais unidos entre si, originam duas curvas com a forma C.

A linha horizontal, na parte superior do diagrama, representa a linha inferior da zona crítica, nesse caso linha A1, a temperatura de 727°C;

Diagrama “Temperatura-Tempo-Transformação” (Curvas TTT) : Aços

Eutetóides

De 727°C até cerca de 650°C, tem-se perlita grosseira, com dureza variando entre 5 a 20 HRC.

Entre 650°C a 550°C, tem-se perlita fina, com dureza de 30 a 40 HRC ou 400 HB. 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.

Entre 350°C e um pouco acima de 200°C, obtém-se e bainita inferior (acicular),.

Diagrama “Temperatura-Tempo-Transformação” (Curvas TTT) : Aços

Eutetóides

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 -> dureza varia de 40 a 45 HRC.

Bainita inferior (acicular), -> dureza varia de 50 a 60 HRC.

• 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

Entre as temperaturas, um pouco acima de 200°C e aproximadamente a 100°C, tem-se a martensita.

A alta dureza conseguida pela martensita, pode ser atribuída ao fato da mesma promover a distorção do reticulado cristalino gerando tensões internas.

Diagrama “Temperatura-Tempo-Transformação” (Curvas TTT) : Aços

Eutetóides

Perlita

Estruturas martensíticas:Estruturas bainíticas

Bainita

• Lista de exercícios número 3

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 de Engenharia: Microestrutura e Propriedades. São Paulo. Hemus. 2007.

SHACKELFORD, J. F. Ciência dos Materiais. 6ª Ed. Pearson. 2008.

SENAI. Telecurso 2000 Profissionalizante. São Paulo.

PASCOALI, S. Apostila de Tecnologia dos Materiais I. CEFET – SC. Araranguá. 2008.

COSTA, E. M. Diagrama de Fase em condições de equilíbrio. PGETEMA/PUCRS.