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Mecanismos de endurecimento em aços [16]
Engenheiro Mecânico projetosâ iEngenheiro Mecânico mecânicos
materiaisde
propriedadesmecânicas
engenhariamecânicas
• módulo de elasticidade resistência mecânica• módulo de elasticidade• limite de escoamento• dureza
resistência mecânicae tenacidadeadequadas
1>
• dureza adequadas
Mecanismos de endurecimento em aços
Principais mecanismos de endurecimento:Principais mecanismos de endurecimento:
• Solução sólidaSolução sólida
Refino de grão• Refino de grão
• Precipitação
• Discordâncias (encruamento)
• Transformações de fase
2>
Mecanismos de endurecimento em aços
Endurecimento por solução sólida:átomos de soluto “deformam” a estrutura cristalina daátomos de soluto deformam a estrutura cristalina da
matriz e interferem na movimentação das discordâncias
efeito (intersticiais) > efeito (substitucionais)
Soluto intersticial Soluto substitucional(átomo menor)
Soluto substitucional(átomo maior)
3>
Mecanismos de endurecimento em aços
Endurecimento por solução sólida:
Processoindustrial
adição deelementos deelementos de
liga
4>
Mecanismos de endurecimento em aços
Endurecimento por refino de grão: contribui tanto para o aumento de resistência mecânicacontribui tanto para o aumento de resistência mecânica quanto para a tenacidade dos aços.
Hall-Petch: σ2/1
oy dk −⋅+σ=σ11
22
5>σ
Mecanismos de endurecimento em aços
Endurecimento por refino de grão:
Processoindustrial
laminaçãocontroladacontrolada
6>
Mecanismos de endurecimento em aços
Endurecimento por precipitação: partículas de segundafase bloqueiam a movimentação das discordâncias tor-fase bloqueiam a movimentação das discordâncias, tor-nando necessário o aumento da energia de deformação.
deformáveis (coerentes)2/1
⎞⎛2/12/3p b
rfk ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⋅⋅ε⋅=σΔ
partículas⎠⎝
indeformáveis (incoerentes)
⎞⎛ Dfk 2/1
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⋅
⋅=σΔ
b2Dln
Dfk
p
7>
Mecanismos de endurecimento em aços
Endurecimento por precipitação: se as partículas forem coerentes as discordâncias podem cisalhá-lasforem coerentes as discordâncias podem cisalhá-las.
partícula coerente
T TT T
antes depois
8>
Mecanismos de endurecimento em aços
Endurecimento por precipitação: se as partículas forem incoerentes as discordâncias devem ultrapassa-lasforem incoerentes as discordâncias devem ultrapassa-las.
partícula incoerente
bG ⋅ΔModelo de Orowan:
9>Lp =σΔModelo de Orowan:
Mecanismos de endurecimento em aços
Endurecimento por precipitação: se as partículas forem incoerentes as discordâncias devem ultrapassa-lasforem incoerentes as discordâncias devem ultrapassa-las.
L
partícula incoerente
LbG
p⋅
=σΔModelo de Orowan:
10>Lp
Mecanismos de endurecimento em aços
Endurecimento por precipitação:PProcessoindustrial
adição demicroligantes
(Nb, Ti, V)
modelo de Orowanmodelo de Orowan-Ashby:
ƒ – fração volumétricaƒ çd – tamanho partícula [nm]
f11>
)63,1ln(10800 ddf
p ⋅⋅⋅=Δσ
Mecanismos de endurecimento em aços
Endurecimento por encruamento: o trabalho mecânico realizado a frio (T < 0 5 T ) promove a geração e a acumu-realizado a frio (T < 0,5 Th) promove a geração e a acumu-lação de discordâncias em subestruturas (subgrãos).
baixa densidade de discordâncias alta densidade de discordânciasbaixa densidade de discordâncias(recozido)
alta densidade de discordâncias(encruado)
Δ bG12>
Keh: ρασ ⋅⋅⋅⋅=Δ bGmd
Mecanismos de endurecimento em aços
Endurecimento por encruamento:1000
Processoindustriala] industrial100
nto
[MPa
deformaçãof i10
reci
men
a frio10
endu
r
1E8 1E9 1E10 1E11 1E121
13>1E8 1E9 1E10 1E11 1E12
densidade de discordâncias ρ [cm-2]
Mecanismos de endurecimento em aços
Endurecimento por transformação de fase: atravéstratamentos térmicos pode ser feita a formação de microconstituintes mais resistentes.
20 μm100 μm 20 μm100 μm
TratamentosTérmicos
ferrita + perlita martensita
14>
ferrita + perlita (recozimento / normalização)
martensita (têmpera + revenido)
Mecanismos de endurecimento em aços
Endurecimento por transformação de fase:
Processoindustrialindustrial
tratamentosté itérmicos
15>
Mecanismos de endurecimento em aços
Interação entre os mecanismos de endurecimento:EFEITO CUMULATIVO
LIMITE DE ESCOAMENTO EXPERIMENTALLIMITE DE ESCOAMENTO EXPERIMENTAL =
Σ (RESISTÊNCIA INTRÍNSECA +(
ENDURECIMENTO POR SOLUÇÃO SÓLIDA +
ENDURECIMENTO POR REFINO DE GRÃO +
ENDURECIMENTO POR PRECIPITAÇÃO +ENDURECIMENTO POR PRECIPITAÇÃO +
ENDURECIMENTO POR ENCRUAMENTO +
ENDURECIMENTO CAUSADO POR
Õ16>
TRANSFORMAÇÕES DE FASE)
Mecanismos de endurecimento em aços
Bibliografia:
Dieter, G. E. Metalurgia Mecânica. Guanabara Dois, 2a. ed Rio de Janeiro 1981 pp 166 212ed., Rio de Janeiro, 1981, pp. 166-212.
Ferrante M Seleção de Materiais Ed UFSCar SãoFerrante, M. Seleção de Materiais. Ed. UFSCar, São Carlos, 1996, pp. 99-129.
Honeycombe, R.W.K. Aços: microestrutura e propriedades. Ed Calouste Gulbenkian Lisboa 1982 pp 27-47Ed. Calouste Gulbenkian, Lisboa, 1982, pp. 27 47.
Reed-Hill, R. E. Princípios de Metalurgia Física. Ed.Reed Hill, R. E. Princípios de Metalurgia Física. Ed.Guanabara Dois, Rio de Janeiro, 1982.
Notas de aula preparadas pelo Prof. Juno Gallego para a disciplina Materiais de Construção Mecânica I.
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Notas de aula preparadas pelo Prof. Juno Gallego para a disciplina Materiais de Construção Mecânica I.® 2009. Permitida a impressão e divulgação. http://www.dem.feis.unesp.br/maprotec/educacional.shtml/