apostila cm

S.J. dos Campos - DutraS.J. dos Campos - Dutra

Uma introdução dos materiais Uma introdução dos materiais aplicadosaplicados

Prof. Dr. Fernando Cruz BarbieriProf. Dr. Fernando Cruz Barbieri

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E

AERONÁUTICA

Apostila de Ciência dos Apostila de Ciência dos MateriaisMateriais

S.J. dos Campos S.J. dos Campos


AERONÁUTICA

Diagrama de FasesDiagrama de Fases

1.1. TRANSFORMAÇÕES DE FASE1.1. TRANSFORMAÇÕES DE FASE

• Quando um metal funde diz-se que ele sofre uma Quando um metal funde diz-se que ele sofre uma mudança de fasemudança de fase; a ; a fase sólidafase sólida transforma-se na transforma-se na fase fase líquidalíquida. .

•As fases sólidas são sempre cristalinas, apresentando As fases sólidas são sempre cristalinas, apresentando diferenças na composição, na estrutura ou nas dimensões diferenças na composição, na estrutura ou nas dimensões dos cristais.dos cristais.

•Sob condições normais, com a pressão constante, as Sob condições normais, com a pressão constante, as mudanças de fase nos metais puros ocorrem mudanças de fase nos metais puros ocorrem isotermicamenteisotermicamente, isto é, a fusão tem lugar numa , isto é, a fusão tem lugar numa temperatura fixa e definida (a chamada temperatura de temperatura fixa e definida (a chamada temperatura de fusão).fusão).

• Embora algumas ligas também possam sofrer Embora algumas ligas também possam sofrer mudanças de fase isotérmicasmudanças de fase isotérmicas, na maior parte dos casos , na maior parte dos casos as mudanças de fase em ligas ocorrem em faixas de as mudanças de fase em ligas ocorrem em faixas de temperatura. temperatura.

1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários


AERONÁUTICA

•A fusão, por exemplo, pode se iniciar a uma A fusão, por exemplo, pode se iniciar a uma temperatura e não se completar até que alguma temperatura e não se completar até que alguma temperatura mais alta seja alcançada, permanecendo a temperatura mais alta seja alcançada, permanecendo a liga num estado “pastoso” composto de líquido e sólido liga num estado “pastoso” composto de líquido e sólido misturados. Mudanças de fase mais complexas, tanto misturados. Mudanças de fase mais complexas, tanto isotérmicas como não isotérmicas, são comuns.isotérmicas como não isotérmicas, são comuns.

• É freqüente, por exemplo, o envolvimento de mais de É freqüente, por exemplo, o envolvimento de mais de duas fases numa transformação simples. Assim, uma liga duas fases numa transformação simples. Assim, uma liga fundida pode, no resfriamento, formar um sólido fundida pode, no resfriamento, formar um sólido complexo composto de várias fases sólidas diferentes.complexo composto de várias fases sólidas diferentes.

• Muitos milhares de ligas comerciais e não comerciais Muitos milhares de ligas comerciais e não comerciais foram examinadas, tornando necessário um método foram examinadas, tornando necessário um método sistemático para o registro de tais informações, através sistemático para o registro de tais informações, através do quais os dados pudessem ser fácil e rapidamente do quais os dados pudessem ser fácil e rapidamente visualizados e acessados no manuseio diário dos metais e visualizados e acessados no manuseio diário dos metais e ligas. ligas.



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•O método mais eficaz já desenvolvido para se atingir O método mais eficaz já desenvolvido para se atingir este objetivo é o uso de este objetivo é o uso de diagramas de fasesdiagramas de fases (ou (ou diagramas de constituiçãodiagramas de constituição ou ou diagramas de equilíbriodiagramas de equilíbrio).).

1.2. O DIAGRAMA DE FASES1.2. O DIAGRAMA DE FASES

• Um diagrama de fases típico, apresentado na Figura 1, Um diagrama de fases típico, apresentado na Figura 1, indica as fases presentes, por exemplo, em todas as ligas indica as fases presentes, por exemplo, em todas as ligas possíveis dos dois metais níquel (Ni) e cobre (Cu), em possíveis dos dois metais níquel (Ni) e cobre (Cu), em todas as temperaturas de 500 a 1500ºC. todas as temperaturas de 500 a 1500ºC.

•A composição da liga é dada pela escala horizontal, ao A composição da liga é dada pela escala horizontal, ao longo da base do diagrama, onde a percentagem em peso longo da base do diagrama, onde a percentagem em peso de cobre é lida diretamente, sendo a percentagem de de cobre é lida diretamente, sendo a percentagem de níquel obtida por diferença. A temperatura é lida níquel obtida por diferença. A temperatura é lida verticalmente, em graus centígrados. verticalmente, em graus centígrados.



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• Duas curvas cruzam o diagrama, indo do ponto de fusão do Duas curvas cruzam o diagrama, indo do ponto de fusão do níquel, a 1452ºC, até o ponto de fusão do cobre, a 1083ºC. níquel, a 1452ºC, até o ponto de fusão do cobre, a 1083ºC.

•A curva superior, chamada A curva superior, chamada LiquidusLiquidus, denota, para cada , denota, para cada possível composição de liga Ni-Cu, a temperatura de início de possível composição de liga Ni-Cu, a temperatura de início de solidificação no resfriamento ou, equivalentemente, a solidificação no resfriamento ou, equivalentemente, a temperatura em que se completa a fusão durante o aquecimento temperatura em que se completa a fusão durante o aquecimento (sempre em condições de equilíbrio termodinâmico). (sempre em condições de equilíbrio termodinâmico).

•A curva inferior, denominada A curva inferior, denominada SolidusSolidus, indica as temperaturas , indica as temperaturas nas quais a fusão começa sob aquecimento, ou as temperaturas nas quais a fusão começa sob aquecimento, ou as temperaturas nas quais a solidificação se completa sob resfriamento (em nas quais a solidificação se completa sob resfriamento (em equilíbrio).equilíbrio).

•Acima da linha Acima da linha Liquidus Liquidus todas as ligas estão fundidas e esta todas as ligas estão fundidas e esta região do diagrama é marcada com a letra “L”, indicando a fase região do diagrama é marcada com a letra “L”, indicando a fase líquida (ou solução líquida). Abaixo da líquida (ou solução líquida). Abaixo da Solidus Solidus todas as ligas são todas as ligas são sólidas e esta região é marcada com a letra “sólidas e esta região é marcada com a letra “”, pois costuma-se ”, pois costuma-se utilizar uma letra grega para a designação de uma fase sólida utilizar uma letra grega para a designação de uma fase sólida (ou solução sólida). (ou solução sólida).



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AERONÁUTICA

Assim, a faixa de fusão Assim, a faixa de fusão de qualquer liga pode de qualquer liga pode ser encontrada pela ser encontrada pela linha vertical que passa linha vertical que passa pela composição pela composição correspondente e correspondente e intercepta a intercepta a SolidusSolidus e a e a LiquidusLiquidus. Por exemplo, . Por exemplo, a liga composta de 20% a liga composta de 20% de cobre e 80% de de cobre e 80% de níquel começa a fundir níquel começa a fundir a 1370ºC e se torna a 1370ºC e se torna completamente líquida completamente líquida a 1410ºC.a 1410ºC.

Tem

pera

tura

(°C

)Líquido (L)

Linha Solidus

Composição (%p Ni)(Cu) (Ni)

(solução sólida

substitucional CFC)

Tem

pera

tura

(°F

)

+LLinha Liquidus

Composição (%at Ni)

Temperatura de fusão Cu

Temperatura de fusão Ni



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1.3. Sistemas Isomorfos e Anisomorfos

Somente uma fase sólida Somente uma fase sólida (alfa)(alfa)

Mais que uma fase sólida (alfa + Mais que uma fase sólida (alfa + beta)beta)



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1.4. EQUILIBRIO1.4. EQUILIBRIO

• Um diagrama de fases adequadamente construído Um diagrama de fases adequadamente construído registra transformações de fase que ocorrem sob registra transformações de fase que ocorrem sob condições de condições de equilíbrioequilíbrio. Isto é necessário porque as . Isto é necessário porque as mudanças de fase tendem, na prática, a ocorrer em mudanças de fase tendem, na prática, a ocorrer em diferentes temperaturas, dependendo da taxa de diferentes temperaturas, dependendo da taxa de aquecimento ou de resfriamento. aquecimento ou de resfriamento.

•Os estados de equilíbrio representados nos diagramas Os estados de equilíbrio representados nos diagramas de fases são conhecidos como de fases são conhecidos como equilíbrios heterogêneosequilíbrios heterogêneos, , porque se referem à coexistência de diferentes estados porque se referem à coexistência de diferentes estados da matéria. da matéria.

•Entretanto, para que duas ou mais fases atinjam Entretanto, para que duas ou mais fases atinjam equilíbrio mútuo, é necessário que cada uma delas esteja equilíbrio mútuo, é necessário que cada uma delas esteja internamente num estado homogêneo.internamente num estado homogêneo.



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O diagrama de fases de um sistema binário em equilíbrio O diagrama de fases de um sistema binário em equilíbrio fornece:fornece:

1) As fases presentes.

2) A composição dessas fases.

3) As proporções de cada fase.

Para ligasPara ligas monofásicas, a composição de uma dada a composição de uma dada fase é a própria composição da liga naquele ponto do fase é a própria composição da liga naquele ponto do diagramadiagrama.

Para ligasPara ligas bifásicas deve-se traçar uma linha deve-se traçar uma linha horizontal, ahorizontal, a linha de amarração, na temperatura desejada e na temperatura desejada e determinar a interseção desta reta com as fronteiras determinar a interseção desta reta com as fronteiras entre as fases. entre as fases.



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Tem

pera

tura

(°C

)

Líquido

Composição (%p Ni)(Cu) (Ni)

Tem

pera

tura

(°F

)

+L

Composição (%at Ni)

60%Cu-40%Ni, 1100°C: fase

60%Cu-40%Ni, 1250°C: fases e L

60%Cu-40%Ni, 1400°C: fase L



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1.5. A REGRA DA ALAVANCA


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1.5. A REGRA DA ALAVANCA



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Sistema Cu-AgSistema Cu-Ag

Fase : CFC, rica em Cu

Fase : CFC, rica em Ag

CBA = limite de solubilidade de Ag em Cu.

Linha Solvus = separação entre e +.

Adição de Ag reduz temperatura de fusão do Cu

Liquidus

Solidus

Solvus



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Latão

Duas soluções terminais Duas soluções terminais e e ..

Quatro soluções intermediárias Quatro soluções intermediárias , , , , e e . . ’ é uma fase ordenada’ é uma fase ordenada

Sistema Cu-ZnSistema Cu-Zn



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Sistema Mg-PbSistema Mg-Pb

Mg2Pb

1.6. REVISÃO DA REGRA DA ALAVANCA1.6. REVISÃO DA REGRA DA ALAVANCA

1) Traça-se a linha de amarração,amarração, na temperatura desejada, através da região bifásica.

+L

Líquido

2) Determina-se as interseções da linha de amarração com as fronteiras entre ambas as fases.

3) Desenha-se linhas verticais dos pontos de interseção até o eixo horizontal, onde a composição em cada uma das respectivas fases pode ser lida.

31,5% 42,5%


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1.6. REVISÃO DA REGRA DA ALAVANCA1.6. REVISÃO DA REGRA DA ALAVANCAA Regra da Alavanca Inversa


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1) Traça-se a linha de amarração amarração na temperatura desejada.

+L

Líquido

2) Determina-se a composição global, ou original, C0 (em termos de um dos componentes) da liga sobre a linha de amarração.

3) Desenha-se linhas verticais dos pontos de interseção até o eixo horizontal.

C0

R S



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A fração da fase líquida, WL, é calculada pela razão entre a distância desde a composição global até a fronteira com a fase sólida e o comprimento total da linha de amarração. Ou seja,

+L

Líquido

C0

R S

0

L

LL

SW

R S

C CW

C C

ou

CL C



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Analogamente, a proporção da fase , W, é

0 LL

L

RW

R S

C CW

C C

ou +L

Líquido

C0

R S

CL C



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+L

Líquido

36,0

R S

31,5 42,5

42,5 360,59

42,5 31,5LW

36,0 31,50,41

42,5 31,5W

1.7. REGRAS DAS FASES DE GIBBS1.7. REGRAS DAS FASES DE GIBBS

Gibbs deduziu uma relação entre Gibbs deduziu uma relação entre o número de fases (P)o número de fases (P) que que podem coexistir em equilíbrio em um dado sistema, o podem coexistir em equilíbrio em um dado sistema, o número número mínimo de componentes (C)mínimo de componentes (C) que podem ser usados para formar o que podem ser usados para formar o sistema e os sistema e os graus de liberdade (F),graus de liberdade (F), ou seja, o número de ou seja, o número de variáveis – temperatura, pressão e composição – que podem ser variáveis – temperatura, pressão e composição – que podem ser alteradas independentemente e arbitrariamente, sem variar o alteradas independentemente e arbitrariamente, sem variar o número de fases presentes. Esta relação pode apresentada sob a número de fases presentes. Esta relação pode apresentada sob a forma da equação.forma da equação.



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P + F = C + 2


• Partindo de conceitos termodinâmicos, J.W. Gibbs derivou uma Partindo de conceitos termodinâmicos, J.W. Gibbs derivou uma equação que define o número de fases que podem coexistir em um equação que define o número de fases que podem coexistir em um determinado sistema, em condições particulares de pressão, determinado sistema, em condições particulares de pressão, temperatura e composição. Esta equação é denominada de Regra temperatura e composição. Esta equação é denominada de Regra das Fases de Gibbs e é dada pela relação:das Fases de Gibbs e é dada pela relação:

onde onde PP é o número de fases que coexistem no sistema, é o número de fases que coexistem no sistema, CC é o número é o número de componentes do sistema e de componentes do sistema e FF é o grau de liberdade do sistema; é o grau de liberdade do sistema;

• Normalmente, um componente do sistema pode ser um elemento, Normalmente, um componente do sistema pode ser um elemento, um composto ou ainda uma solução; um composto ou ainda uma solução;

•O grau de liberdade é o número de variáveis (pressão, O grau de liberdade é o número de variáveis (pressão, temperatura e composição da fase) que podem ser mudadas temperatura e composição da fase) que podem ser mudadas independentemente, sem alterar o número de fases em equilíbrio independentemente, sem alterar o número de fases em equilíbrio neste sistema.neste sistema.



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P + F = C + 2


• A análise do diagrama P-T da água pela regra de Gibss resulta A análise do diagrama P-T da água pela regra de Gibss resulta em:em:

a. a. No ponto triplo coexistem três fases em equilíbrio e já que No ponto triplo coexistem três fases em equilíbrio e já que existe apenas um componente (água pura), o grau de liberdade é existe apenas um componente (água pura), o grau de liberdade é dado por:dado por:

ou F=0 (nenhum grau de liberdade). Nenhuma variável (temperatura ou F=0 (nenhum grau de liberdade). Nenhuma variável (temperatura ou pressão) pode ser mudada mantendo-se a existência das três ou pressão) pode ser mudada mantendo-se a existência das três fases, e assim, o ponto triplo é chamado de ponto invariante.fases, e assim, o ponto triplo é chamado de ponto invariante.

b. Considerando um ponto ao longo da linha de solidificação. b. Considerando um ponto ao longo da linha de solidificação. Em qualquer ponto desta linha existirão duas fases. Assim, Em qualquer ponto desta linha existirão duas fases. Assim,

ou F=1 (um grau de liberdade). ou F=1 (um grau de liberdade).



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P + F = C + 2

3 + F = 1 + 2

2 + F = 1 + 2



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• Este resultado indica que, para manter a existência das duas Este resultado indica que, para manter a existência das duas fases em equilíbrio, apenas uma das variáveis (temperatura ou fases em equilíbrio, apenas uma das variáveis (temperatura ou pressão) pode ser mudada, ficando a outra determinada. Assim, se pressão) pode ser mudada, ficando a outra determinada. Assim, se uma pressão em particular é especificada, existe apenas uma uma pressão em particular é especificada, existe apenas uma temperatura em que líquido e sólido estão em equilíbrio.temperatura em que líquido e sólido estão em equilíbrio.

c. Considerando um ponto dentro de uma fase, a regra das fases c. Considerando um ponto dentro de uma fase, a regra das fases permite obter:permite obter:

ou F=2 (dois graus de liberdade). Este resultado indica que a ou F=2 (dois graus de liberdade). Este resultado indica que a temperatura ou pressão podem ser mudadas independentemente temperatura ou pressão podem ser mudadas independentemente sem comprometer a existência da fase citadasem comprometer a existência da fase citada..

Na tabela 1, estão apresentadas as várias Na tabela 1, estão apresentadas as várias possibilidades para um sistema binário. possibilidades para um sistema binário. Observe que, para Observe que, para

um sistema binário monofásico, há três graus de liberdade.um sistema binário monofásico, há três graus de liberdade.



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1 + F = 1 + 2


•Normalmente, as variáveis consideradas são temperatura, pressão Normalmente, as variáveis consideradas são temperatura, pressão e a composição da fase. e a composição da fase.

• No caso de duas fases em equilíbrio, em um sistema binário, há No caso de duas fases em equilíbrio, em um sistema binário, há dois graus de liberdade. dois graus de liberdade.

•Assim, escolhidas uma temperatura e uma pressão, nas quais Assim, escolhidas uma temperatura e uma pressão, nas quais duas fases podem ser mantidas em equilíbrio, as composições das duas fases podem ser mantidas em equilíbrio, as composições das fases estão univocamente determinadas.fases estão univocamente determinadas.

•Naturalmente, é possível variar a temperatura e a pressão, mas Naturalmente, é possível variar a temperatura e a pressão, mas tais variações provocam alterações de composições das fases.tais variações provocam alterações de composições das fases.

•No caso de diagramas binários de ligas metálicas, já que a No caso de diagramas binários de ligas metálicas, já que a pressão é mantida constante, a regra das fases de Gibbs é usada pressão é mantida constante, a regra das fases de Gibbs é usada considerando apenas duas variáveis: temperatura e composição. considerando apenas duas variáveis: temperatura e composição.

•Assim a regra de Gibbs torna-se igual aAssim a regra de Gibbs torna-se igual a::



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P + F = C + 1




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Número de Componentes, C

Número de fases, P

Graus de liberdade, F

1 1 2 (T, P)

1 2 1 (T ou P)

1 3 0

2 1 3 ( T, P, C)

2 2 2 (T, P)

2 3 1 (T ou P)

2 4 0

Tabela 1- Número de fases e grau de liberdade em sistemas unitários e binários (P+F=C+2).

1. Lista de Exercícios1. Lista de Exercícios


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2) Explique com suas próprias palavras o que são digrama de fases de um 2) Explique com suas próprias palavras o que são digrama de fases de um composto, para que composto, para que

serve e dê alguns exemplos?serve e dê alguns exemplos?



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3)3) Uma prata de lei, uma liga contendo aproximadamente 90% de prata e 10% de cobre Uma prata de lei, uma liga contendo aproximadamente 90% de prata e 10% de cobre é aquecida nas temperaturas 600, 800 e 1100é aquecida nas temperaturas 600, 800 e 110000C. Determine as fases presentes e suasC. Determine as fases presentes e suas proporções, como mostra a figura abaixo.proporções, como mostra a figura abaixo.



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4 ) Para uma liga de solda com 40% de estanho e 60% de chumbo a 1504 ) Para uma liga de solda com 40% de estanho e 60% de chumbo a 15000C , C , a) quais as fases presentes, a) quais as fases presentes, b) qual a proporção de cada fase.b) qual a proporção de cada fase.



AERONÁUTICA

5)Uma liga típica para componentes de aeronaves contém 92kg de 5)Uma liga típica para componentes de aeronaves contém 92kg de magnésio e 8 kg de alumínio. magnésio e 8 kg de alumínio. Quais são fases presentes e as proporções Quais são fases presentes e as proporções dessas fases a: 650dessas fases a: 65000C, 530C, 53000C, 420C, 42000C, 310C, 31000C e 200C e 20000C, conforme mostra C, conforme mostra figura abaixo?figura abaixo?

2. 2. Reação do estado sólidoReação do estado sólido


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2.1. Ponto Eutético e Reações Eutéticas2.1. Ponto Eutético e Reações Eutéticas

• Em um diagrama de equilíbrio binário, é o ponto Em um diagrama de equilíbrio binário, é o ponto representativo da reação eutética, segundo a qual, representativo da reação eutética, segundo a qual, no no resfriamento, uma fase líquida se solidifica resfriamento, uma fase líquida se solidifica isotermicamente, produzindo um agregado de duas isotermicamente, produzindo um agregado de duas fases sólidas (constituinte eutético), de composições fases sólidas (constituinte eutético), de composições diferentes entre si e diferentes da composição diferentes entre si e diferentes da composição original.original.

• A A liga e a temperaturaliga e a temperatura que definem o ponto eutético que definem o ponto eutético denominam-se, respectivamente, denominam-se, respectivamente, liga eutética e liga eutética e temperatura eutética. temperatura eutética.

• A liga eutética possui o mais baixo ponto de A liga eutética possui o mais baixo ponto de solidificação do sistema a que pertence. solidificação do sistema a que pertence.


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A reação é a seguinte: L A reação é a seguinte: L + +

pontos A e B fusão dos componentes da liga. adição Pb no Sn ( vice-versa) ponto de fusão do último diminui. O ponto eutético ponto de intersecção entre as linhas líiquidus. A liga correspondente à composição na qual as duas linhas se interceptam liga eutética.A liga eutética menor ponto de fusão de todas as composições possíveis.

fases e solidificadas simultaneamente na forma de uma mistura eutética.


Resf.Resf. Aquec.Aquec.

Linha da Linha da reação reação eutet.eutet.

Fase Fase da da reação reação eut.eut.

Ponto Ponto eutet.eutet.

Fase Fase da da reação reação eutet.eutet.


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As As ligas à esquerdaligas à esquerda da eutética são chamadas da eutética são chamadas hipoeutéticashipoeutéticas e e as as da direitada direita são chamadas são chamadas hipereutéticas.hipereutéticas.

Hipoeutéticas => metal com Hipoeutéticas => metal com teor de liga menos elevadoteor de liga menos elevado que a que a correspondente á eutética.correspondente á eutética.

Hipereutéticas => metal com Hipereutéticas => metal com teor de liga mais elevadoteor de liga mais elevado que a que a correspondente á eutética.correspondente á eutética.


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2.2. Ponto Eutetóide e Reações Eutetóide2.2. Ponto Eutetóide e Reações Eutetóide

• Em um diagrama de equilíbrio binário, é o ponto Em um diagrama de equilíbrio binário, é o ponto representativo de reação eutetóide, segundo a qual, representativo de reação eutetóide, segundo a qual, no no resfriamento, uma fase sólida se transforma em resfriamento, uma fase sólida se transforma em duas outras fases sólidas de composições diferentes duas outras fases sólidas de composições diferentes da composição original.da composição original.

• A A liga e a temperaturaliga e a temperatura que definem o ponto eutetóide que definem o ponto eutetóide denominam-se, respectivamente: denominam-se, respectivamente: liga eutetóide e liga eutetóide e temperatura eutetóide. temperatura eutetóide.

• A liga eutetóide possui, dentro do sistema a que A liga eutetóide possui, dentro do sistema a que pertence o mais baixo ponto de transformação da fase pertence o mais baixo ponto de transformação da fase sólida original. A reação eutetóide é reversível. sólida original. A reação eutetóide é reversível.

A reação é a seguinte: A reação é a seguinte: + + (resfriamento) (resfriamento) (aquecimento) (aquecimento)



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Linha da reação Linha da reação eutetóideeutetóide

Linha da Linha da reação reação eutética eutética

ponto eutetóideponto eutetóide

ponto eutéticoponto eutético


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3. 3. Diagrama Ferro-CarbonoDiagrama Ferro-Carbono


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• FerroFerro é o metal mais utilizado pelo homem. é o metal mais utilizado pelo homem.

•A A abundância dos mineraisabundância dos minerais, o , o custo relativamente baixocusto relativamente baixo de produção e as múltiplas propriedades físico-químicas de produção e as múltiplas propriedades físico-químicas que podem ser obtidas com adição de outros elementos que podem ser obtidas com adição de outros elementos de ligade liga são fatores que dão ao metal uma extensa são fatores que dão ao metal uma extensa variedade de aplicaçõesvariedade de aplicações

• AçoAço é a denominação genérica para ligas de ferro- é a denominação genérica para ligas de ferro-carbono com teores de carbono de 0,008 a 2,11%, carbono com teores de carbono de 0,008 a 2,11%, contendo outros elementos residuais do processo de contendo outros elementos residuais do processo de produção e podendo conter outros elementos de liga produção e podendo conter outros elementos de liga propositalmente adicionados. propositalmente adicionados.

•Ferro fundidoFerro fundido é a designação genérica para ligas de é a designação genérica para ligas de ferro-carbono com teores de carbono acima de 2,11%.ferro-carbono com teores de carbono acima de 2,11%.

3.1. O equilíbrio ferro-carbono3.1. O equilíbrio ferro-carbono


AERONÁUTICA

• Alguns elementos químicos apresentam Alguns elementos químicos apresentam variedades variedades alotrópicasalotrópicas, isto é, estruturas cristalinas diferentes , isto é, estruturas cristalinas diferentes que passam de uma para outra em determinadas que passam de uma para outra em determinadas temperaturas, chamadas temperaturas, chamadas temperaturas de transiçãotemperaturas de transição..

• O ferro apresenta 3 variedades, conforme a seguir O ferro apresenta 3 variedades, conforme a seguir descrito.descrito.Ao se solidificar (temperatura de aproximadamente Ao se solidificar (temperatura de aproximadamente 1540°C), o ferro apresenta estrutura cúbica de corpo 1540°C), o ferro apresenta estrutura cúbica de corpo centrado, chamada de centrado, chamada de ferro delta ferro delta (Fe (Fe ).).

• Permanece nesta condição até cerca de 1390ºC e, Permanece nesta condição até cerca de 1390ºC e, abaixo desta, transforma-se em abaixo desta, transforma-se em ferro gamaferro gama (Fe (Fe ),), com com estrutura cúbica de face centrada. Abaixo de 912°C, estrutura cúbica de face centrada. Abaixo de 912°C, readquire a estrutura cúbica de corpo centrado, agora readquire a estrutura cúbica de corpo centrado, agora chamada de chamada de ferro alfaferro alfa (Fe (Fe ).).



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Ligado com o carbono, o comportamento das variedades Ligado com o carbono, o comportamento das variedades alotrópicas do ferro e a solubilidade do carbono nele alotrópicas do ferro e a solubilidade do carbono nele variam de forma característica, dependendo da variam de forma característica, dependendo da temperatura e do teor de carbono.temperatura e do teor de carbono.



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• Com o resfriamento, a 770°C ocorre o Com o resfriamento, a 770°C ocorre o ponto de Curieponto de Curie, , isto é, ele passa a ter propriedades magnéticas. isto é, ele passa a ter propriedades magnéticas.

• Entretanto, isso não se deve a um rearranjo da Entretanto, isso não se deve a um rearranjo da disposição atômica, mas sim à mudança do disposição atômica, mas sim à mudança do direcionamento da rotação dos elétrons (spin). direcionamento da rotação dos elétrons (spin).

• Em outras épocas, tal fato não era conhecido e julgava-Em outras épocas, tal fato não era conhecido e julgava-se corresponder a uma variedade alotrópica, o se corresponder a uma variedade alotrópica, o ferro ferro betabeta..

3.2. Solubilidade de carbono em ferro3.2. Solubilidade de carbono em ferro


AERONÁUTICA

•O carbono forma uma O carbono forma uma solução sólida intersticial com o ferrosolução sólida intersticial com o ferro, isto é, , isto é, os átomos de carbono se colocam nos interstícios da estrutura os átomos de carbono se colocam nos interstícios da estrutura cristalina do ferro. cristalina do ferro.

•A conseqüência prática deste tipo de solução é que teremos uma A conseqüência prática deste tipo de solução é que teremos uma liga de baixo custo e com possibilidades de uma grande variação nas liga de baixo custo e com possibilidades de uma grande variação nas propriedades dependendo do teor de carbono e do tratamento propriedades dependendo do teor de carbono e do tratamento térmico utilizado (versatilidade). térmico utilizado (versatilidade).

CARBONO



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•Os interstícios variam de tamanho de acordo com a estrutura, isto Os interstícios variam de tamanho de acordo com a estrutura, isto é, os interstícios da estrutura CCC são menores do que os da é, os interstícios da estrutura CCC são menores do que os da estrutura CFC. estrutura CFC.

•Exemplo, no caso da liga ferro-carbono os raios máximos do Exemplo, no caso da liga ferro-carbono os raios máximos do interstícios no ferro corresponde a interstícios no ferro corresponde a 0,36 ângstrons0,36 ângstrons para a estrutura para a estrutura CCC, e , e 0,52 ângstrons0,52 ângstrons para a estrutura para a estrutura CFC..

• Como o raio atômico do carbono é de aproximadamente Como o raio atômico do carbono é de aproximadamente 0,77 0,77 ângstronsângstrons é fácil notar que em qualquer situação teremos uma é fácil notar que em qualquer situação teremos uma distorção do reticulado sempre que um átomo de carbono se colocar distorção do reticulado sempre que um átomo de carbono se colocar em um interstício em um interstício

• Isto significa que de acordo com o tamanho do interstício teremos Isto significa que de acordo com o tamanho do interstício teremos um menor ou maior espaço disponível para que um átomo de uma um menor ou maior espaço disponível para que um átomo de uma solução intersticial venha se colocar naquela posição. solução intersticial venha se colocar naquela posição.



AERONÁUTICA

•Tamanho dos raios atômicos do elementos químicos na tabela Tamanho dos raios atômicos do elementos químicos na tabela periódicaperiódica

•Raio de carbono = 0,077 nm Raio de ferro = 0,124 nmRaio de carbono = 0,077 nm Raio de ferro = 0,124 nm



AERONÁUTICA

Ferro Puro=Ferro Puro= até 0,02% de Carbono até 0,02% de CarbonoAço=Aço= 0,008 até 2,06% de Carbono 0,008 até 2,06% de CarbonoFerro Fundido=Ferro Fundido= 2,1- 4,5% de Carbono 2,1- 4,5% de Carbono

FeFe33C (CEMENTITA)=C (CEMENTITA)= 6,7% de C 6,7% de C

FERRO FERRO = FERRITA = = FERRITA = 0,022 % de C0,022 % de CFERRO FERRO = AUSTENITA = = AUSTENITA = 2,11 % de C2,11 % de CFERRO FERRO = FERRITA = FERRITA = = 0,09 % de C0,09 % de C

3.3. Fases sólidas presentes no diagrama Fe-Fe3.3. Fases sólidas presentes no diagrama Fe-Fe33CC


AERONÁUTICA

A) FerritaA) Ferrita

Microestrutura do tipo Microestrutura do tipo ferro alfaferro alfa, esta fase é uma , esta fase é uma solução sólida intersticial de carbono na rede cristalina solução sólida intersticial de carbono na rede cristalina do ferro do tipo do ferro do tipo cúbica de corpo centradocúbica de corpo centrado estável a estável a temperatura ambiente.temperatura ambiente.

Através do diagrama de fase, o carbono é muito pouco Através do diagrama de fase, o carbono é muito pouco solúvel na ferrita-solúvel na ferrita-, atingindo solubilidade máxima de , atingindo solubilidade máxima de 0,02% à temperatura de 7230,02% à temperatura de 72300C.A solubilidade de C na C.A solubilidade de C na ferrita diminui para 0,008% a 0ferrita diminui para 0,008% a 000C. C.

È mole e muito dútil, e um material ferro-magnético em È mole e muito dútil, e um material ferro-magnético em temperaturas abaixo de 766temperaturas abaixo de 76600C (ponto de Curie).C (ponto de Curie).



AERONÁUTICA

B) AustenitaB) Austenita

Microestrutura do tipo Microestrutura do tipo ferro gamaferro gama, esta fase é uma , esta fase é uma solução sólida intersticial de carbono na rede cristalina solução sólida intersticial de carbono na rede cristalina do ferro do tipo do ferro do tipo cúbica de face centradacúbica de face centrada..

Dissolve muito mais carbono do que a ferrita. A Dissolve muito mais carbono do que a ferrita. A solubilidade do C na austenita atinge um Maximo de solubilidade do C na austenita atinge um Maximo de 2,08% a 11482,08% a 114800C e diminui para 0,8% a 723C e diminui para 0,8% a 72300C. Não C. Não MagnéticaMagnética

C) Cementita (FeC) Cementita (Fe33C)C)

O O composto intermetálico Fecomposto intermetálico Fe33CC denomina-se cementita. denomina-se cementita. Possui limites de solubilidade desprezíveis e possui Possui limites de solubilidade desprezíveis e possui uma composição de 6,67% de C e 93,3% Fe.uma composição de 6,67% de C e 93,3% Fe.É um composto frágil e duro.É um composto frágil e duro.



AERONÁUTICA

D) ferro D) ferro

Desigina por ferro delta a solução sólida intersticial de Desigina por ferro delta a solução sólida intersticial de carbono no carbono no ferro deltaferro delta..

Tal como ferro alfa tem estrutura cristalina Tal como ferro alfa tem estrutura cristalina CCCCCC, muito , muito embora tenha parâmetro de rede superior.embora tenha parâmetro de rede superior.

A solubilidade máxima de C no ferro gama é 0,09% a A solubilidade máxima de C no ferro gama é 0,09% a 1465146500C.C.

E) perlitaE) perlita

Microestrutura bifásicaMicroestrutura bifásica encontrada nos aços e ferro encontrada nos aços e ferro fundido.fundido.

Ela resulta da transformação da austenita com Ela resulta da transformação da austenita com composição eutetóide e consiste em composição eutetóide e consiste em camadas camadas alternadas lamelar de ferrita e cementita.alternadas lamelar de ferrita e cementita.

70

3.4 Diagrama Fe-Fe3.4 Diagrama Fe-Fe33CC


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AERONÁUTICA

Diagrama de fases Fe- Fe3C

Cementita (Fe3C)

, Austenita (CFC)

, Ferrita (CCC)

, Ferrita (CCC)

Macia e magnética

Dura e quebradiça

eutético

eutetóide

100X

(metaestável)

Transformações polimórficas


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AERONÁUTICA

3.6.Reações das fase sólidas do Fe-C3.6.Reações das fase sólidas do Fe-C

Reação eutéticaA 1148°C ocorre a reação

L (4.3% C) <=> γ (2.11% C) + Fe3C (6.7%

C)

Reação eutetóideA 727°C ocorre a reação

γ (0.77% C) <=> α (0.022% C) + Fe3C

(6.7% C)

que é extremamente importante no tratamento térmico de aços.



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açoaço

3.5.Microestrura das fase sólidas do Fe-C3.5.Microestrura das fase sólidas do Fe-C


AERONÁUTICA

MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDEMICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrioSupondo resfriamento lento para manter o equilíbrio



AERONÁUTICA



AERONÁUTICA

MICROESTRUTURAS /HIPOEUTETÓIDEMICROESTRUTURAS /HIPOEUTETÓIDE Supondo resfriamento lento para manter o Supondo resfriamento lento para manter o

equilíbrioequilíbrio



AERONÁUTICA



AERONÁUTICA

MICROESTRUTURAS /HIPEREUTETÓIDEMICROESTRUTURAS /HIPEREUTETÓIDE Supondo resfriamento lento para manter o Supondo resfriamento lento para manter o

equilíbrioequilíbrio



AERONÁUTICA

CementitaCementita

0,85%C0,85%C

ALTO



AERONÁUTICA

PERLITAPERLITA


AERONÁUTICA

RevisãRevisão o

3.7.Revisão das proporções da fase sólidas do Fe-C3.7.Revisão das proporções da fase sólidas do Fe-C


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RevisãRevisão o



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AERONÁUTICA

4. Evolução microestrutural do aço4. Evolução microestrutural do aço



AERONÁUTICA

1) Faça uma analise das fases presentes na liga chumbo-estanho, solidificadas em condições de equilíbrio, nos seguintes ponto do diagrama, como mostra a figura abaixo:

pede-se: a) composição eutética b) temperatura eutética c) reação eutética d) as fases e as proporções dessas fases presentes no ponto c e) as fases e as proporções dessas fases presentes no ponto e



AERONÁUTICA

2) Para a liga composta por Fe-C, como mostra a figura abaixo, determine:

a)a liga eutética e eutetóide

b) a temperatura eutética e eutetóide

c) a reação eutética e eutetóide

d) Mostre no gráfico as regiões: eutetóides/eutéticas

hipoeutetóides/hipoeutéticas

hipereutetóides/hipereutéticas



AERONÁUTICA

a.) Cite as principais formas alotrópicas do ferro e suas principais características.a.) Cite as principais formas alotrópicas do ferro e suas principais características.b.) Qual a estrutura do ferro que é magnética? Até que temperatura o ferro é b.) Qual a estrutura do ferro que é magnética? Até que temperatura o ferro é magnético?magnético?c.) Aços são as principais ligas de Fe-C de ampla aplicação na engenharia. Como o c.) Aços são as principais ligas de Fe-C de ampla aplicação na engenharia. Como o carbono encontra-se na estrutura cristalina do ferro?carbono encontra-se na estrutura cristalina do ferro?d.) A solubilidade do carbono é maior na ferrita ou na austenita? Explique.d.) A solubilidade do carbono é maior na ferrita ou na austenita? Explique.e.) Qual a composição dos aços quanto ao teor de carbono?e.) Qual a composição dos aços quanto ao teor de carbono?f.) Como variam as propriedades mecânicas dos aços, como resistência, dureza e f.) Como variam as propriedades mecânicas dos aços, como resistência, dureza e ductilidade, nos aços de acordo com o teor de carbono?ductilidade, nos aços de acordo com o teor de carbono?g.) Com base no diagrama Fe-C, qual a solubilidade máxima do carbono nos aços e a g.) Com base no diagrama Fe-C, qual a solubilidade máxima do carbono nos aços e a que temperatura ocorre?que temperatura ocorre?h.) Com base no diagrama Fe-C, especifique as temperaturas e composições das h.) Com base no diagrama Fe-C, especifique as temperaturas e composições das reações eutética e eutetóide.reações eutética e eutetóide.i.) Qual a diferença entre aços hipoeutetóides e hipereutetóides?i.) Qual a diferença entre aços hipoeutetóides e hipereutetóides?j.) Como são as microestruturas características dos aços eutetóides, hipo e hiper j.) Como são as microestruturas características dos aços eutetóides, hipo e hiper eutetóides?eutetóides?k.) Quais são as principais fases que podem estar presentes nos aços a temperatura k.) Quais são as principais fases que podem estar presentes nos aços a temperatura ambiente, se resfriados lentamente? Cite as principais propriedades mecânicas ambiente, se resfriados lentamente? Cite as principais propriedades mecânicas dessas fases.dessas fases.l.) Use a regra das alavancas para determinar a fração da ferrita ∝ e da cementita na l.) Use a regra das alavancas para determinar a fração da ferrita ∝ e da cementita na perlita.perlita.m.)Qual o microconstituinte mais mole dos aços?m.)Qual o microconstituinte mais mole dos aços?n.)Qual o microconstituinte mais duro dos aços?n.)Qual o microconstituinte mais duro dos aços?

3) Responda as questões abaixo3) Responda as questões abaixo



AERONÁUTICA

4) Considere o diagrama Fe –C dado abaixo. Uma liga com 3,0 %C (% mássica) é fundida a 4) Considere o diagrama Fe –C dado abaixo. Uma liga com 3,0 %C (% mássica) é fundida a 14001400ooC, sendo a seguir resfriada lentamente, em condições que podem ser consideradas como C, sendo a seguir resfriada lentamente, em condições que podem ser consideradas como sendo de equilíbrio. Pergunta-se:sendo de equilíbrio. Pergunta-se:a) Qual é a temperatura de início de solidificação dessa liga?a) Qual é a temperatura de início de solidificação dessa liga?b) Qual é a primeira fase sólida que se solidifica à temperatura definida no item (a)?b) Qual é a primeira fase sólida que se solidifica à temperatura definida no item (a)?c) Qual é a temperatura na qual termina a solidificação dessa liga?c) Qual é a temperatura na qual termina a solidificação dessa liga?d) A 1148d) A 1148ooC, quais são as fases presentes, as suas composições e as suas proporções relativas?C, quais são as fases presentes, as suas composições e as suas proporções relativas?e) A 723e) A 723ooC, quais são os constituintes dessa liga, as suas composições e as suas proporções C, quais são os constituintes dessa liga, as suas composições e as suas proporções relativas?relativas?



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5) Com auxilio do diagrama do exercício anterior (ex 4), responda:

Ferrita ():

a) estrutura cúbica existente:______________ b) solubilidade máxima de carbono (teor %): ________% até temperatura de _____0C

c) propriedades mecânicas:_______________

Austenita ():

a)estrutura cúbica existente:______________ b) solubilidade máxima de carbono (teor %): ________% até temperatura de _____0C c) forma estável do ferro puro a temperatura entre _____0C a _____0C

d) propriedades mecânicas:_______________

Ferrita ():

a)estrutura cúbica existente:_______________ b) forma estável até a temperatura de _____0C c)possui alguma aplicação tecnológica ::

Cementita (Fe3C):

a)forma-se quando o limite de solubilidade de carbono é______ b) forma estável até a temperatura de _____0C


Perlita

a)quais as microestruturas que formam a perlita:____________ e ___________ b) as lamelas claras se refere a:_________ e as lamelas escuras a ____________


Ferrita Austenita Perlita



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6) Calcular a proporção de ferrita e perlita no ponto f desta liga hipoeutetóide. Admitir sendo C0 = 0,35 % C. OBS: utilize as informações da folha anexa para se efetuar os cálculos.



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2 Bimestre2 Bimestre

5. Reações no estado sólido – não equilíbrio5. Reações no estado sólido – não equilíbrio


AERONÁUTICA

EFEI TOS DO NÃO- EQUI LÍBRI O:

• Ocorrências de f ases ou transformações em temperaturas

dif erentes daquela prevista no diagrama.

•Existência a temperatura ambiente de f ases que não

aparecem no diagrama.

• Cinética das transformações: equação de Arrhenius

MicroestruturasMicroestruturas“Supondo resfriamento fora do equilíbrio”


AERONÁUTICA

BAI NI TA:

- Ocorre a uma temperatura inferior a do joelho

- Forma de agulhas que só podem ser vista com microscópio eletrônico

Dureza: bainita superior 40-45 Rc e bainita acidular 50-60 Rc

ESFEROI DITA:

- É obtida pelo reaquecimento (abaixo do eutetóide) da perlita ou

bainita, durante um tempo bastante longo

TROOSTI TA:

- os carbonetos precipitam de f orma globular (f orma escura)

- Tem baixa dureza (30-40 Rc)

MicroestruturasMicroestruturas



AERONÁUTICA

•Microestrutura da Bainita contendo finíssimas agulhas das f ases

Microestruturas:BainitaMicroestruturas:Bainita



AERONÁUTICA

MARTENSITA:

- É uma solução sólida supersaturada de carbono (não se f orma por dif usão)

- Forma de agulhas

- É dura e f rágil

- Tem estrutura tetragonal cúbica (é uma fase metaestável, por isso não

aparece no diagrama)

MARTENSITA REVENIDA:

- É obtida pelo reaquecimento da martensita (f ase alf a + cementita)

- A dureza cai

- Os carbonetos precipitam

- Forma de agulhas escuras

Microestruturas: Martensita/ Martensita revenidaMicroestruturas: Martensita/ Martensita revenida



AERONÁUTICA

“A transformação Martensítica

ocorre com o aumento de volume.”

MartensitaMartensita

Martensita no Titânio

Martensita no Aço



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Transf ormaçõesTransf ormaçõesAUSTENI TA

Ferro (confi guração CFC)

Perlita

( + Fe3C) + a

f ase próeutetóide

Bainita

( + Fe3C)

Martensita

(f ase tetragonal)

Martensita Revenida

+ Fe3C (cementita)

Ferritaou Cementita

Resf riamentolento

Resf riamentoModerado

Resf riamentoRápido (têmpera)

reaquecimento



Tratamentos TérmicosTratamentos Térmicos


AERONÁUTICA

1 – INTRODUÇÃO1 – INTRODUÇÃO

2 – GRÁFICO TTT2 – GRÁFICO TTT

3 – RECOZIMENTO3 – RECOZIMENTO

4 – NORMALIZAÇÃO4 – NORMALIZAÇÃO

5 – TÊMPERA5 – TÊMPERA

BainitaBainita


6 – REVENIMENTO6 – REVENIMENTO

Martensita revenidaMartensita revenida

SorbitaSorbita

EsferoiditaEsferoidita

TroostitaTroostita


AERONÁUTICA


AERONÁUTICA

1 – INTRODUÇÃO1 – INTRODUÇÃO


AERONÁUTICA

FINALIDADEFINALIDADE

Alterar as microestruturas sem alterar a Alterar as microestruturas sem alterar a composição química e como consequência as composição química e como consequência as propriedades mecânicas, elétricas e químicas propriedades mecânicas, elétricas e químicas das ligas metálicas.das ligas metálicas.

TRATAMENTOS TÉRMICOSTRATAMENTOS TÉRMICOS


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•Operação ou conjunto de operações Operação ou conjunto de operações realizadas no estado sólido realizadas no estado sólido compreendendo o aquecimento, a compreendendo o aquecimento, a permanência em determinadas permanência em determinadas temperaturas e resfriamento, temperaturas e resfriamento, realizados com a finalidade de conferir realizados com a finalidade de conferir ao material determinadas ao material determinadas características. características.

Objetivos:Objetivos:

Remoção de tensões internas;Remoção de tensões internas; Aumento ou diminuição da dureza;Aumento ou diminuição da dureza; Aumento da resistência mecânica;Aumento da resistência mecânica; Melhora da ductilidade;Melhora da ductilidade; Melhora da usinabilidade;Melhora da usinabilidade; Melhora da resistência ao desgaste;Melhora da resistência ao desgaste; Melhora da resistência à corrosão;Melhora da resistência à corrosão; Melhora da resistência ao calor;Melhora da resistência ao calor; Melhora das propriedades elétricas e Melhora das propriedades elétricas e

magnéticas.magnéticas.

TRATAMENTOS TÉRMICOSTRATAMENTOS TÉRMICOS


AERONÁUTICA

2. Modificação de fase2. Modificação de fase

Ocorre em muitas ligas metálicas com a Ocorre em muitas ligas metálicas com a temperatura, no estado sólido.temperatura, no estado sólido.

MODIFICAÇÃO DE FASEMODIFICAÇÃO DE FASE


AERONÁUTICA

LIGAS QUE PODEM SER TRATADASLIGAS QUE PODEM SER TRATADAS

Ligas com modificação de faseLigas com modificação de fase

Ferro-Carbono Cobre-Alumínio Cobre-EstanhoFerro-Carbono Cobre-Alumínio Cobre-Estanho

Ligas com modificação de solubilidadeLigas com modificação de solubilidade

Ferro-Carbono Alumínio-Cobre Cobre-Prata Cobre-Ferro-Carbono Alumínio-Cobre Cobre-Prata Cobre-CromoCromo

TemperaturaTemperatura

TempoTempo

Velocidade de resfriamentoVelocidade de resfriamento

Atmosfera*Atmosfera*

* no caso dos aços para evitar a * no caso dos aços para evitar a oxidação e descarbonetaçãooxidação e descarbonetação

Fatores de Influência nos Tratamentos Fatores de Influência nos Tratamentos TérmicosTérmicos


AERONÁUTICA

Aços Aços HipoeutetóidHipoeutetóid

eses


Temperatura de Austenitização Temperatura de Austenitização (Recomendada)(Recomendada)

Aços Hipoeutetóides 50°C acima da Aços Hipoeutetóides 50°C acima da linha Alinha A33 no diagrama de fases Fe-Fe no diagrama de fases Fe-Fe33C.C.

Aços Aços Eutetitóides Eutetitóides HipereutetóiHipereutetói

desdes

Temperatura inferior à linha ATemperatura inferior à linha Acmcm e acima e acima da Ada A11 do diagrama de fases Fe-Fe do diagrama de fases Fe-Fe33C.C.

A linha AA linha Acmcm sobe muito em temperatura sobe muito em temperatura com o teor de Carbono com o teor de Carbono Temperaturas Temperaturas muito altas são prejudiciais por muito altas são prejudiciais por promoverem crescimento de grão da promoverem crescimento de grão da austenita. Neste caso é menos austenita. Neste caso é menos prejudicial ter a presença de certa prejudicial ter a presença de certa quantidade de carboneto não dissolvido.quantidade de carboneto não dissolvido.


AERONÁUTICA

Geralmente o Geralmente o aquecimento é feito aquecimento é feito acima da linha acima da linha crítica (A1 no crítica (A1 no diagrama de fases diagrama de fases Fe-FeFe-Fe33C).C).

A austenita é A austenita é geralmente o ponto geralmente o ponto de partida para as de partida para as transformações transformações posteriores posteriores desejadasdesejadas


Temperatura de AustenitizaçãoTemperatura de Austenitização


AERONÁUTICA

Quanto mais alta a Quanto mais alta a temperatura acima da temperatura acima da linha crítica (A1 no linha crítica (A1 no diagrama de fases Fe-diagrama de fases Fe-FeFe33C):C):

maior a segurança da maior a segurança da completa dissolução das completa dissolução das fases na austenitafases na austenita

maior será o tamanho maior será o tamanho de grão da austenitade grão da austenita

oxidação (degradação)oxidação (degradação)


Temperatura de Austenitização Temperatura de Austenitização


AERONÁUTICA

Quanto maior o tempo na temperatura de Quanto maior o tempo na temperatura de austenitização:austenitização:

maior a segurança da completa dissolução maior a segurança da completa dissolução das fases na das fases na austenitaaustenita

maior será o tamanho de grão da austenita (ruim) maior será o tamanho de grão da austenita (ruim)

tempos longos facilitam a oxidação e a descarbonetação tempos longos facilitam a oxidação e a descarbonetação (ruim)(ruim)

tempos curtos tempos curtos material não austenitiza completamente. material não austenitiza completamente.


TempoTempo


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Aproximação:Aproximação:

Tempo em minutos ~ 1,5 x espessura da amostra em Tempo em minutos ~ 1,5 x espessura da amostra em milímetros milímetros

O tempo de tratamento térmico depende das dimensões O tempo de tratamento térmico depende das dimensões da peça e da microestrutura final desejada.da peça e da microestrutura final desejada.

O O resfriamentoresfriamento é um dos métodos é um dos métodos mais importantes porque é ele que mais importantes porque é ele que efetivamente determinará a efetivamente determinará a microestrutura, microestrutura, além da composição do além da composição do açoaço (teor de Carbono e elementos de (teor de Carbono e elementos de liga)liga)

Taxa de resfriamento (Taxa de resfriamento (00C/tempo)C/tempo) determina as propriedades finais do determina as propriedades finais do material e esta ligada a escolha do material e esta ligada a escolha do meio de resfriamento. Cada meio de meio de resfriamento. Cada meio de resfriamento possui uma taxa.resfriamento possui uma taxa.


Resfriamento e taxa de resfriamento Resfriamento e taxa de resfriamento


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Taxa de Resfriamento Taxa de Resfriamento


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Como Escolher o Meio de Como Escolher o Meio de Resfriamento?Resfriamento?

É um compromisso entre:É um compromisso entre:

- - Obtenção das características finais Obtenção das características finais desejadas (microestruturas e desejadas (microestruturas e propriedades),propriedades),

- Não desenvolver fissuras / trincas- Não desenvolver fissuras / trincas- Mínimo empenamento- Mínimo empenamento- Mínima geração de concentração de - Mínima geração de concentração de tensõestensões


Resfriamento Resfriamento


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Ambiente do forno (+ brando)Ambiente do forno (+ brando) ArAr Banho de sais ou metal fundido (+ Banho de sais ou metal fundido (+

comum é comum é o de Pb)o de Pb) ÓleoÓleo ÁguaÁgua Soluções aquosas de NaOH, NaSoluções aquosas de NaOH, Na22COCO33

ou ou NaCl (+ severos)NaCl (+ severos)


Meios de Resfriamento Meios de Resfriamento


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2 – GRÁFICO TTT2 – GRÁFICO TTT


AERONÁUTICA

2.1-CURVAS TTT - CONSTRUÇÃO2.1-CURVAS TTT - CONSTRUÇÃO


AERONÁUTICA

• Cada curva T.T.T. é específica para determinado aço de Cada curva T.T.T. é específica para determinado aço de composição conhecida.composição conhecida.

• Nas ordenadas temos as temperaturas de aquecimento. Nas ordenadas temos as temperaturas de aquecimento. As temperaturas máximas de interesse vão até a região As temperaturas máximas de interesse vão até a região da austenita (Fe da austenita (Fe γγ-C.F.C.) que em geral é a estrutura de -C.F.C.) que em geral é a estrutura de partida dos tratamentos térmicos.partida dos tratamentos térmicos.

• Nas abscissas correspondem os tempos decorridos para Nas abscissas correspondem os tempos decorridos para a transformação da austenita em outras estruturas em a transformação da austenita em outras estruturas em escala logarítmica.escala logarítmica.

• Associa as estruturas formadas no aço em questão em Associa as estruturas formadas no aço em questão em função da velocidade de resfriamento (considera o função da velocidade de resfriamento (considera o efeito cinético, a variável tempo) .efeito cinético, a variável tempo) .

• Convergem para as estruturas indicadas no diagrama Convergem para as estruturas indicadas no diagrama de equilíbrio sempre que as taxas de resfriamento de equilíbrio sempre que as taxas de resfriamento forem lentas.forem lentas.


AERONÁUTICA




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Cinética das transformaçõesCinética das transformações: as : as taxas de arrefecimento taxas de arrefecimento (resfriamento) obedecem a (resfriamento) obedecem a equação de Arrhenius: equação de Arrhenius:

r=A expr=A exp-Q/RT-Q/RT

2.2 - CURVAS TTT - EXEMPLOS2.2 - CURVAS TTT - EXEMPLOS


AERONÁUTICA


AERONÁUTICA

Diagrama de uma aço Diagrama de uma aço eutetóideeutetóide

Perlita Perlita grossagrossa

Perlita finaPerlita fina

Bainita Bainita superiorsuperior

Bainita Bainita inferiorinferior

martensitamartensita



AERONÁUTICA

Diagrama de uma aço Diagrama de uma aço hipoeutetóidehipoeutetóide




AERONÁUTICA


AERONÁUTICA

Diagrama de uma aço Diagrama de uma aço eutetóideeutetóide



AERONÁUTICA

Diferença de aspecto entre a perlita grossa e a perita fina


2.3 – CURVAS – CONTINUO E ISOTERMICO2.3 – CURVAS – CONTINUO E ISOTERMICO


AERONÁUTICA

Os principais tipos de tratamentos térmicos aplicado em ligas ferrosas podem ser Os principais tipos de tratamentos térmicos aplicado em ligas ferrosas podem ser divididos em duas classes: os de resfriamento contínuos e os isotérmicos.divididos em duas classes: os de resfriamento contínuos e os isotérmicos.

• Resfriamentos contínuos ocorrem sem mudanças abruptas na taxa de Resfriamentos contínuos ocorrem sem mudanças abruptas na taxa de resfriamentos, ou seja, a redução de temperatura acontece de modo continuo.resfriamentos, ou seja, a redução de temperatura acontece de modo continuo.

• Resfriamentos isotérmicos apresentam um ou mais patamares de temperatura Resfriamentos isotérmicos apresentam um ou mais patamares de temperatura durante o resfrimento durante o resfrimento

2.4 – CURVA DE RESFRIAMENTO ISOTÉRMICO2.4 – CURVA DE RESFRIAMENTO ISOTÉRMICO


AERONÁUTICA

ALGUMAS CURVAS DE RESFRIAMENTO A TEMPERATURA CONSTANTE, PARA UM AÇO EUTETÓIDE, E AS RESPECTIVAS MICROESTRUTURAS FORMADAS PARA CADA UM DOS CASOS

2.5 – CURVA DE RESFRIAMENTO CONTÍNUO2.5 – CURVA DE RESFRIAMENTO CONTÍNUO


AERONÁUTICA

A (FORNO)= Perlita grossa

B (AR)= Perlita + fina (+ dura que a anterior)

C(AR SOPRADO)= Perlita + fina que a anterior

D (ÓLEO)= Perlita + martensita

E (ÁGUA)= Martensita

No resfriamento contínuo, as curvas TTT deslocam-se um pouco para a direita e para baixo


AERONÁUTICA

2.5 – CURVA DE RESFRIAMENTO CONTÍNUO2.5 – CURVA DE RESFRIAMENTO CONTÍNUO

2.5.1 – CURVA DE RESFRIAMENTO LENTO2.5.1 – CURVA DE RESFRIAMENTO LENTO


AERONÁUTICA

2.5.2 – CURVA DE RESFRIAMENTO MODERADO2.5.2 – CURVA DE RESFRIAMENTO MODERADO


AERONÁUTICA

2.5.3 – CURVA DE RESFRIAMENTO RAPIDO2.5.3 – CURVA DE RESFRIAMENTO RAPIDO


AERONÁUTICA

2.6 – FATORES QUE INFLUENCIAM AS CURVAS TTT2.6 – FATORES QUE INFLUENCIAM AS CURVAS TTT


AERONÁUTICA

Composição químicaComposição química

Tamanho de grãoTamanho de grão

Elemento de ligaElemento de liga

2.6 – FATORES QUE INFLUENCIAM AS CURVAS TTT2.6 – FATORES QUE INFLUENCIAM AS CURVAS TTT


AERONÁUTICA

Composição químicaComposição química

Em geral, com o aumento do Em geral, com o aumento do teor de carbonoteor de carbono, a , a curva desloca-se para a direita.curva desloca-se para a direita.

Quanto maior o teor e o número dos Quanto maior o teor e o número dos elementos elementos de ligade liga, mais numerosas e complexas são as , mais numerosas e complexas são as reações;reações;

Todos os elementos de liga (exceto o Cobalto) Todos os elementos de liga (exceto o Cobalto) deslocam as curvas para a direita, retardando deslocam as curvas para a direita, retardando as transformações e facilitam a formação da as transformações e facilitam a formação da martensita (martensita (Conseqüência: em determinados aços pode-se obter martensita mesmo com resfriamento lento)

Tamanho de grãoTamanho de grão

Quanto maior o Quanto maior o tamanho de grãotamanho de grão, mais , mais demorada será a transformação total da demorada será a transformação total da austenita, deslocando a curva para a austenita, deslocando a curva para a direitadireita

2.7 – INFLUENCIA DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA2.7 – INFLUENCIA DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA


AERONÁUTICA

Aço SAE 1063 (0,63%C)Aço SAE 1063 (0,63%C) Aço SAE 1089 (0,89%C)Aço SAE 1089 (0,89%C)

Aço carbono Aço carbono comumcomum



AERONÁUTICA

Aço hipoeutetóide (SAE 1045)Aço hipoeutetóide (SAE 1045) Aço eutetóide (SAE 1075) Aço eutetóide (SAE 1075)

ff




AERONÁUTICA


Aço carbono ligaAço carbono liga



AERONÁUTICA

É praticamente impossível obter um material É praticamente impossível obter um material infinitamente puro. Sempre haverá impurezas presentes infinitamente puro. Sempre haverá impurezas presentes na rede cristalina.na rede cristalina.

Átomos Átomos de Fede Fe

Átomos Átomos de de elemento elemento de ligade liga

Átomos Átomos de Cde C



AERONÁUTICA

Aço carbono ligaAço carbono liga

2.8 – TAMANHO DO GRAO AUSTENÍTICO2.8 – TAMANHO DO GRAO AUSTENÍTICO


AERONÁUTICA

• O material com granulação grosseira apresenta em geral O material com granulação grosseira apresenta em geral propriedades inferiores às do mesmo material com granulação propriedades inferiores às do mesmo material com granulação fina, à temperatura ambiente.fina, à temperatura ambiente.

• É determinado por comparação direta ao microscópio É determinado por comparação direta ao microscópio metalográficometalográfico

• Tamanho de grão grande dificulta Tamanho de grão grande dificulta a formação da perlita, já que a a formação da perlita, já que a mesma inicia-se no contorno de grãomesma inicia-se no contorno de grãoEntão, tamanho de grão grande NÃO Então, tamanho de grão grande NÃO favorece a formação da martensitafavorece a formação da martensita



AERONÁUTICA

Corresponde à região que separa dois ou mais cristais de Corresponde à região que separa dois ou mais cristais de orientação diferente em materiais policristalinos;orientação diferente em materiais policristalinos;

Os um cristal = um grãoOs um cristal = um grão

No interior de cada grão todos os átomos estão arranjados No interior de cada grão todos os átomos estão arranjados segundo um único modelo e única orientação, caracterizada pela segundo um único modelo e única orientação, caracterizada pela célula unitário.célula unitário.



AERONÁUTICA

No entanto deve-se evitar tamanho de grão da No entanto deve-se evitar tamanho de grão da austenita muito grande porque:austenita muito grande porque:

•Diminui a tenacidadeDiminui a tenacidade•Gera tensões residuaisGera tensões residuais•É mais fácil de empenarÉ mais fácil de empenar•É mais fácil de ocorrer fissurasÉ mais fácil de ocorrer fissuras

2.9 – HOMOGENEIDADE DO GRAO AUSTENÍTICO2.9 – HOMOGENEIDADE DO GRAO AUSTENÍTICO

•Quanto homogênea a austenita mais para a direita Quanto homogênea a austenita mais para a direita deslocam-se as curvas TTTdeslocam-se as curvas TTT

•Os carbonetos residuais ou regiões ricas em C atuam Os carbonetos residuais ou regiões ricas em C atuam como núcleos para a formação da perlita.como núcleos para a formação da perlita.

•Então, uma maior homogeneidade favorece a Então, uma maior homogeneidade favorece a formação da martensitaformação da martensita

2.9 – EXEMPLOS (AÇO ABNT 1080)2.9 – EXEMPLOS (AÇO ABNT 1080)


AERONÁUTICA

3 – RECOZIMENTO3 – RECOZIMENTO


AERONÁUTICA


Remoção de tensões internas devido aos Remoção de tensões internas devido aos tratamentos mecânicos;tratamentos mecânicos;

Diminuir a dureza para melhorar a Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade;usinabilidade;

Alterar as propriedades mecânicas como Alterar as propriedades mecânicas como a a resistência e ductilidade;resistência e ductilidade;

Ajustar o tamanho de grão;Ajustar o tamanho de grão;

Produzir uma microestrutura definida;Produzir uma microestrutura definida;

RECOZIMENTORECOZIMENTO


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Recozimento

Total ou Pleno

Isotérmico Alívio de tensões

Esferoidização

Resfriamento Lento

(dentro do forno)TemperaturaTemperaturaAbaixo da linha A1Abaixo da linha A1 Não ocorre nenhuma Não ocorre nenhuma transformação (600-transformação (600-680oC)680oC)ResfriamentoResfriamentoDeve-se evitar Deve-se evitar velocidades muito altas velocidades muito altas devido ao risco de devido ao risco de distorçõesdistorções

Produção de Produção de uma estrutura uma estrutura globular ou globular ou esferoidal de esferoidal de carbonetos no carbonetos no açoaço


AERONÁUTICA


Obter dureza e estrutura controlada.Obter dureza e estrutura controlada.

Constituintes Estruturais resultantesConstituintes Estruturais resultantes

HipoeutetóideHipoeutetóide ferrita + perlita grosseiraferrita + perlita grosseiraEutetóideEutetóide perlita grosseiraperlita grosseiraHipereutetóideHipereutetóidecementita + perlita grosseiracementita + perlita grosseira

•A pelita grosseira é ideal para melhorar a A pelita grosseira é ideal para melhorar a usinabilidade dos aços baixo e médio carbono.usinabilidade dos aços baixo e médio carbono.

* Para melhorar a usinabilidade dos aços alto * Para melhorar a usinabilidade dos aços alto carbono recomenda-se a esferoidização.carbono recomenda-se a esferoidização.


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RECOZIMENTO TOTAL OU PLENORECOZIMENTO TOTAL OU PLENO


eses



desdes




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AERONÁUTICA



Quanto mais alta a temperatura Quanto mais alta a temperatura acima da linha crítica (A1 no acima da linha crítica (A1 no diagrama de fases Fe-Fediagrama de fases Fe-Fe33C):C):

maior a segurança da maior a segurança da completa dissolução das fases completa dissolução das fases na austenitana austenita

maior será o tamanho de grão maior será o tamanho de grão da austenitada austenita

oxidação (degradação)oxidação (degradação)


AERONÁUTICA

RECOZIMENTO TOTAL OU PLENORECOZIMENTO TOTAL OU PLENORECOZIMENTORECOZIMENTO

Aquecimento do material até uma Aquecimento do material até uma temperatura acima da sua zona temperatura acima da sua zona crítica, mantendo-o nessa crítica, mantendo-o nessa temperatura para homogeneizaçãotemperatura para homogeneização



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AERONÁUTICA

Aço ligaAço liga

Metodologia:Metodologia:

Tempo de permanência (encharque)Tempo de permanência (encharque)

aços carbono: ~ 20 min. por centímetro de aços carbono: ~ 20 min. por centímetro de espessura;espessura;

aços liga: ~ 30 min. por centímetro de aços liga: ~ 30 min. por centímetro de espessura.espessura.

ResfriamentoResfriamento

lento, no interior do forno desligado, de lento, no interior do forno desligado, de preferência.preferência.

quanto menor o teor de carbono, mais rápido quanto menor o teor de carbono, mais rápido pode ser efetuado o resfriamento (retirado do pode ser efetuado o resfriamento (retirado do forno e mergulhado em areia, cinza, cal) ou em forno e mergulhado em areia, cinza, cal) ou em ar parado.ar parado.

velocidade de ~50ºC por hora (taxa de velocidade de ~50ºC por hora (taxa de resfriamento).resfriamento).


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Cuidados no Cuidados no recozimentorecozimento

aços carbono:controle aços carbono:controle do tempo de do tempo de aquecimento.aquecimento.

controle de tempo e controle de tempo e temperatura de temperatura de tratamento.tratamento.

apoio das peças no apoio das peças no fornoforno

controle da atmosfera controle da atmosfera do forno.do forno.


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AplicaçõesAplicações

Peças fundidasPeças fundidas

Peças encruadasPeças encruadas



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ObjetivoObjetivo

• A diferença do recozimento pleno está na A diferença do recozimento pleno está na resfriamento que é bem mais rápido, resfriamento que é bem mais rápido, tornando-o mais econômico;tornando-o mais econômico;

• Permite obter estrutura mais homogênea;Permite obter estrutura mais homogênea;

• Não é aplicável para peças de grande Não é aplicável para peças de grande volumes porque é difícil de baixar a volumes porque é difícil de baixar a temperatura do núcleo da mesma,temperatura do núcleo da mesma,

• Esse tratamento é geralmente executado em Esse tratamento é geralmente executado em banho de sais fundentes (Ex: sais a base de banho de sais fundentes (Ex: sais a base de alumínio) alumínio)


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RECOZIMENTO ISOTÉRMICORECOZIMENTO ISOTÉRMICO


Temperatura de Temperatura de austenit.austenit.

O recozimento isotérmico, assim O recozimento isotérmico, assim como o recozimento pleno, como o recozimento pleno, consiste no aquecimento do aço consiste no aquecimento do aço acima de sua linha crítica, acima de sua linha crítica, resfriamento deve ser resfriamento deve ser relativamente rápido.relativamente rápido.

ResfriamentoResfriamentoResfriamento na área de Resfriamento na área de transformação perlítica grossa transformação perlítica grossa em temperatura isotérmica em temperatura isotérmica (const).(const).


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ObjetivoObjetivo

• O alívio de tensões é um processo O alívio de tensões é um processo geralmente feito sob temperaturas acima de geralmente feito sob temperaturas acima de 500ºC e resfriamento ao ar. 500ºC e resfriamento ao ar.

•É usado para eliminar tensões resultantes de É usado para eliminar tensões resultantes de operações como soldas.operações como soldas.


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RECOZIMENTO ALIVIO DE TENSÃO RECOZIMENTO ALIVIO DE TENSÃO

Metodologia Metodologia

•Temperaturas entre de 500ºC e 650Temperaturas entre de 500ºC e 65000C (Não C (Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase)deve ocorrer nenhuma transformação de fase)

• Resfriamento ao ar (Deve-se evitar Resfriamento ao ar (Deve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de velocidades muito altas devido ao risco de distorções).distorções).

•As temperaturas usadas para alívio de As temperaturas usadas para alívio de tensões são:tensões são:

- sem elementos de liga 500°a 565°C- sem elementos de liga 500°a 565°C

- sem baixo teor em ligas 565°a 600°C- sem baixo teor em ligas 565°a 600°C

- de baixo teor em ligas 600°a 650°C - de baixo teor em ligas 600°a 650°C


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Abaixo do ponto critico


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ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTOESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO

ObjetivoObjetivo

É um tratamento que visa produzir uma É um tratamento que visa produzir uma microestrutura esferoidal, constituída de microestrutura esferoidal, constituída de pequenas partículas aproximadamente pequenas partículas aproximadamente esféricas de cementita numa matriz de esféricas de cementita numa matriz de ferrita.ferrita. melhora a usinabilidade, especialmente melhora a usinabilidade, especialmente dos aços alto carbono;dos aços alto carbono;

facilita a deformação a frio.facilita a deformação a frio.


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MANEIRAS DE PRODUZIR MANEIRAS DE PRODUZIR


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O tratamento consiste em O tratamento consiste em aquecer, manter por um aquecer, manter por um longo tempo a peça em longo tempo a peça em temperatura um pouco temperatura um pouco abaixo da formação da abaixo da formação da austenita e resfriar. austenita e resfriar.

(exemplo: abcd da Figura. (exemplo: abcd da Figura. Valores típicos podem Valores típicos podem ser, por exemplo, 24 h a ser, por exemplo, 24 h a 700ºC.700ºC.

Também é possível Também é possível alternar temperaturas alternar temperaturas abaixo e acima, como abaixo e acima, como ab123d da mesma figura.ab123d da mesma figura.



1)1) Manutenção por tempo prolongado a uma Manutenção por tempo prolongado a uma temperatura abaixo do Atemperatura abaixo do A11;;

2)2) Aquecimento e resfriamentos alternados Aquecimento e resfriamentos alternados entre 2 temperaturas que estão logo acima entre 2 temperaturas que estão logo acima e logo abaixo da linha e logo abaixo da linha AA11;;

3)3) Aquecimento a uma temperatura para Aquecimento a uma temperatura para dissolução dos carbonetos (Acm), seguido de dissolução dos carbonetos (Acm), seguido de resfriamento rápido até temperatura pouco resfriamento rápido até temperatura pouco abaixo de A1. Manter nesta temperatura, abaixo de A1. Manter nesta temperatura, conforme o método 1, ou seguir o método 2.conforme o método 1, ou seguir o método 2.


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O resultado é uma estrutura globular de cementita O resultado é uma estrutura globular de cementita em uma matriz de ferrita, o que facilita a em uma matriz de ferrita, o que facilita a

usinagem e outros trabalhos. Essa estrutura é usinagem e outros trabalhos. Essa estrutura é denominada denominada esferoiditaesferoidita


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RecozimentoRecozimento


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RecozimentoRecozimento


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Forno de recozimento contínuo Forno de recozimento não contínuo

RECOZIMENTO: FORNOSRECOZIMENTO: FORNOS

4 – NORMALIZAÇÃO4 – NORMALIZAÇÃO


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NORMALIZAÇÃONORMALIZAÇÃO


Refinar o grão;Refinar o grão; Melhorar a uniformidade da Melhorar a uniformidade da

microestrutura;microestrutura; Refino de estruturas brutas de fusão;Refino de estruturas brutas de fusão; Obter propriedades mecânicas Obter propriedades mecânicas

desejadas.desejadas.

*** É usada antes da têmpera e revenido.*** É usada antes da têmpera e revenido.

Aplicações:Aplicações:

Peças fundidasPeças fundidas Peças forjadasPeças forjadas Peças de grandes dimensõesPeças de grandes dimensões


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Constituintes Estruturais resultantesConstituintes Estruturais resultantes

HipoeutetóideHipoeutetóide ferrita + perlita fina ferrita + perlita finaEutetóide Eutetóide perlita fina perlita finaHipereutetóideHipereutetóide cementita + perlita fina cementita + perlita fina

* Conforme o aço pode-se obter bainita* Conforme o aço pode-se obter bainitaEm relação ao recozimento a Em relação ao recozimento a microestrutura é mais fina, apresenta microestrutura é mais fina, apresenta menor quantidade e melhor distribuição menor quantidade e melhor distribuição de carbonetos.de carbonetos.


AERONÁUTICA

Metodologia: AquecimentoMetodologia: Aquecimento Aquecimento do material até uma temperatura acima da Aquecimento do material até uma temperatura acima da sua zona crítica, mantendo-o nessa temperatura para sua zona crítica, mantendo-o nessa temperatura para homogeneização e resfriamento ao ar.homogeneização e resfriamento ao ar.


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Tempo de permanência (encharque)Tempo de permanência (encharque)

aços carbono: ~ 20 min. por centímetro de aços carbono: ~ 20 min. por centímetro de espessura;espessura;

aços liga: ~ 30 min. por centímetro de aços liga: ~ 30 min. por centímetro de espessura.espessura.

ResfriamentoResfriamento

lento, ao ar.lento, ao ar. velocidade de ~100ºC por hora (taxa de velocidade de ~100ºC por hora (taxa de resfriamento).resfriamento).



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5 – TÊMPERA5 – TÊMPERA


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TêmperaTêmpera

ObjetivoObjetivo


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Obter estrutura matensítica que promove:Obter estrutura matensítica que promove:

Boas:Boas:- Aumento na dureza- Aumento na dureza- Aumento na resistência à traçãoAumento na resistência à tração- Aumento da resistência ao desgasteAumento da resistência ao desgaste

Ruins:Ruins:- Redução na tenacidade, usinabilidade, ductilibiade - Redução na tenacidade, usinabilidade, ductilibiade e etc.e etc.

*** A têmpera gera tensões residuais *** A têmpera gera tensões residuais deve-se deve-se fazer revenido posteriormentefazer revenido posteriormente

TêmperaTêmpera

Tensões residuaisTensões residuais


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TêmperaTêmpera

AplicaçãoAplicação


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Materiais que necessitam de boas propriedades Materiais que necessitam de boas propriedades mecânicas como desgaste, dureza e esforças de altas mecânicas como desgaste, dureza e esforças de altas cargas;cargas;

Muito aplicado na indústria automobilística (peças);Muito aplicado na indústria automobilística (peças);


eses



desdes




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TêmperaTêmpera

Metodologia: temperatura de Metodologia: temperatura de austenitizaçãoaustenitização

TêmperaTêmpera


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TêmperaTêmpera


AERONÁUTICA

Metodologia: temperatura de Metodologia: temperatura de austenitização austenitização

Metodologia: Metodologia: AquecimentoAquecimento

Depende muito da composição do aço (% de carbono e elementos de liga) e da espessura da peça

Quanto maior o tempo na temperatura de Quanto maior o tempo na temperatura de austenitização:austenitização:

maior a segurança da completa dissolução maior a segurança da completa dissolução das fases na austenitadas fases na austenita

maior será o tamanho de grão da austenita maior será o tamanho de grão da austenita

Tempos longos facilitam a oxidação e a Tempos longos facilitam a oxidação e a descarbonetaçãodescarbonetação

Fatores de Influência na TêmperaFatores de Influência na Têmpera

Tempo (encharque)Tempo (encharque)


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Aproximação:Aproximação:

Tempo em minutos ~ 1,5 x espessura da Tempo em minutos ~ 1,5 x espessura da amostra em milímetrosamostra em milímetros

TêmperaTêmpera


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Metodologia: ResfriamentoMetodologia: Resfriamento Resfriamento brusco Resfriamento brusco

Fator mais importante que influenciará nas Fator mais importante que influenciará nas propriedades finais do material do material até uma propriedades finais do material do material até uma temperatura acima da sua zona crítica, de forma a temperatura acima da sua zona crítica, de forma a obter-se estrutura martensita.obter-se estrutura martensita.

É realizado em meios tais como:É realizado em meios tais como:

Banho de sais ou metal fundido (+ comum é o de Banho de sais ou metal fundido (+ comum é o de Pb);Pb); Óleo;Óleo; Água;Água; Soluções aquosas de NaOH, Na2CO3 ou Soluções aquosas de NaOH, Na2CO3 ou NaCl (+ NaCl (+ severos);severos); Salmoura Salmoura e etc....e etc....

TêmperaTêmpera


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Metodologia: ResfriamentoMetodologia: Resfriamento

O tamanho da peça influencia diretamente na O tamanho da peça influencia diretamente na temperabilidade do metal, quanto maior o diâmetro temperabilidade do metal, quanto maior o diâmetro menor a penetração da martensitamenor a penetração da martensita

BainitaBainita


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TRANSFORMAÇÃO BAINITICA TRANSFORMAÇÃO BAINITICA

A bainita foi encontrada pela primeira vez A bainita foi encontrada pela primeira vez

por Davenport e Edgar Bain durante seus por Davenport e Edgar Bain durante seus

estudos de decomposição isotérmica da estudos de decomposição isotérmica da

austenita. A bainita pode ser formada durante austenita. A bainita pode ser formada durante

tratamentos anisotérmicos com altas taxas de tratamentos anisotérmicos com altas taxas de

resfriamento para impedir a formação de perlita, resfriamento para impedir a formação de perlita,

sem no entanto formar martensita. As sem no entanto formar martensita. As

características da bainita mudam com a redução características da bainita mudam com a redução

da temperatura de transformação. Podem ser da temperatura de transformação. Podem ser

identificadas duas formas de bainita, a bainita identificadas duas formas de bainita, a bainita

superiorsuperior e e inferiorinferior


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TRANSFORMAÇÃO BAINITICA TRANSFORMAÇÃO BAINITICA

Termo usado para designar os produtos de transformação da austenita, constituídos por agregados de ferrita e cementita e formados numa faixa de temperatura situada entre a de formação da perlita fina e a de formação da martesita da faixa de temperatura (bainita superior), ou acicular, lembrando a martesita revenida, se forma na parte inferior da faixa (bainita inferiror).Ocorre a uma temperatura inferior a do joelho.Forma de agulhas, contendo ferrita e cementita, que só podem ser vista com microscópio eletrônicoDureza: bainita superior 40-45 Rc e bainita acidular 50-60 Rc


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Microestrutura da Bainita contendo finíssimas agulhas das fases

BAINITA SUPERIOR BAINITA SUPERIOR

Para temperaturas entre Para temperaturas entre

aproximadamente 300 e aproximadamente 300 e

540ºC, a bainita se forma 540ºC, a bainita se forma

como série de de ripas como série de de ripas

paralelas (isto é, tiras finas e paralelas (isto é, tiras finas e

estritas) ou agulhas de estritas) ou agulhas de

ferrita cada uma com ferrita cada uma com

espessura da ordem de 0,2 espessura da ordem de 0,2

micrômetro e comprimento micrômetro e comprimento

de 10 micrômetros, que se de 10 micrômetros, que se

encontram separadas por encontram separadas por

particulas alongadas da fase particulas alongadas da fase

cementita. cementita.


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BAINITA INFERIOR BAINITA INFERIOR

A bainita inferior é o produto A bainita inferior é o produto

da formação em da formação em

temperaturas mais baixas, temperaturas mais baixas,

entre aproximadamente 200 entre aproximadamente 200

e 300ºC. Para a bainita e 300ºC. Para a bainita

inferior, a fase ferrita existe inferior, a fase ferrita existe

na forma de placas finas, e na forma de placas finas, e

partículas estreitas de partículas estreitas de

cementita (na forma de cementita (na forma de

bastões ou lâminas muito bastões ou lâminas muito

finas) se formam no interior finas) se formam no interior

dessas placas de ferrita.dessas placas de ferrita.


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BAINITA – DIAGRAMA DE TRANSFOMAÇÃO BAINITA – DIAGRAMA DE TRANSFOMAÇÃO ISOTÉRMICAISOTÉRMICA

A bainita ocorre abaixo A bainita ocorre abaixo

daquelas nas quais a daquelas nas quais a

perlita se forma. As três perlita se forma. As três

curvas apresentam curvas apresentam

formato em C e possuem formato em C e possuem

um “joelho” no ponto N, um “joelho” no ponto N,

onde a taxa de onde a taxa de

transformação possui um transformação possui um

valor máximo.valor máximo.


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BAINITA – DIAGRAMA DE TRANSFOMAÇÃO BAINITA – DIAGRAMA DE TRANSFOMAÇÃO ISOTÉRMICAISOTÉRMICA

A presença de outros A presença de outros elementos de liga além do elementos de liga além do carbono (por exemplo, Cr, Ni, carbono (por exemplo, Cr, Ni, Mo e W) podem causar Mo e W) podem causar alterações significativas na alterações significativas na posições e nas formas das posições e nas formas das curvas nos diagramas de curvas nos diagramas de transformação isotérmica. transformação isotérmica. Essas alterações incluem (1) o Essas alterações incluem (1) o deslocamento do joelho da deslocamento do joelho da transformação da austenita em transformação da austenita em perlita para tempos mais perlita para tempos mais longos (e também do joelho da longos (e também do joelho da fase proeutetóide) e (2) a fase proeutetóide) e (2) a formação de um joelho formação de um joelho separado para a bainitaseparado para a bainita

BBSS (°C) = 830-270C -90Mn-37Ni-70Cr-83Mo (°C) = 830-270C -90Mn-37Ni-70Cr-83Mo


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MARTENSITA EM AÇOS CARBONOMARTENSITA EM AÇOS CARBONO

MICROESTRUTURAMICROESTRUTURA

PROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS


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AUSTENITA

Perlita

( + Fe3C) + fase

próeutetóide

Bainita

( + Fe3C)

Martensita

(fase tetragonal)

Martensita Revenida

( + Fe3C)Ferrita ou cementita

Resf. lentoResf. moderado

Resf. Rápido (Têmpera)

reaquecimento


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MARTENSITA EM AÇOS MARTENSITA EM AÇOS CARBONOCARBONO


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MARTENSITAMARTENSITA

A martensita é uma solução sólida A martensita é uma solução sólida supersaturada de carbono em ferro supersaturada de carbono em ferro tetragonal de corpo centrato (tcc), uma tetragonal de corpo centrato (tcc), uma forma distorcida do ferro cúbico de corpo forma distorcida do ferro cúbico de corpo centrado (ccc).centrado (ccc).

A célula unitária tetragonal A célula unitária tetragonal

centrado (tcc) para o aço centrado (tcc) para o aço

martensítico mostrando átomos martensítico mostrando átomos

de ferro (cinza) e os sítios que de ferro (cinza) e os sítios que

podem ser ocupados por átomos podem ser ocupados por átomos

de carbono (preto). Para esta de carbono (preto). Para esta

célula unitária tetragonal c>acélula unitária tetragonal c>a


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O carbono expande o ferro cfc uniformemente, mas O carbono expande o ferro cfc uniformemente, mas com o ferro ccc a expansão é maior no eixo c, dando com o ferro ccc a expansão é maior no eixo c, dando origem a uma estrutura tetragonal. Isto se deve ao origem a uma estrutura tetragonal. Isto se deve ao fato de que o vão octaédrico na estrutura cfc é fato de que o vão octaédrico na estrutura cfc é regular e na estrutura ccc é não regular.regular e na estrutura ccc é não regular.


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A fase martensita da liga Fe-C é obtida através de um resfriamento rápido a partir da temperatura de austenitização, a tendência seria a formação de ferrita + cementita (fases de equilíbrio).

Entretanto, o processo de saída do carbono de dentro da célula CFC requer tempo (exige difusão), o qual não é propiciado por um resfriamento rápido.

Então, ocorre a transformação para CCC e o carbono fica retido dentro da célula, muito embora não haja espaço para acomodá-lo.

Assim, ocorre uma distorção da célula CCC, formando uma célula tetragonal de corpo centrado.

A distorção causa tensões internas, que são percebidas através da alta resistência mecânica e dureza da martensita, muito embora tenha grande fragilidade.


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Direção de Direção de escorregamento escorregamento

MICROESTRUTURAMICROESTRUTURA


AERONÁUTICA

MARTENSITA - MICROESTRUTURAMARTENSITA - MICROESTRUTURA


AERONÁUTICA

PROPRIEDADES PROPRIEDADES MECÂNICASMECÂNICAS


AERONÁUTICA


No estado como temperado, a No estado como temperado, a

martensita além de ser muito dura, é tão martensita além de ser muito dura, é tão

frágil que não pode ser usada na maioria das frágil que não pode ser usada na maioria das

aplicações. A ductilidade e a tenacidade da aplicações. A ductilidade e a tenacidade da

martensita podem ser aprimoradas e as martensita podem ser aprimoradas e as

tensões internas podem ser aliviadas através tensões internas podem ser aliviadas através

de um tratamento térmico conhecido por de um tratamento térmico conhecido por

revenimento.revenimento.


AERONÁUTICA


O revenimento permite, através de difusão, a formação O revenimento permite, através de difusão, a formação da martensita revenida, de acordo com a reaçãoda martensita revenida, de acordo com a reação

Martensita (tcc monofásica) Martensita (tcc monofásica) martensita revenida (fase martensita revenida (fase + Fe+ Fe33C)C)


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A martensita A martensita

revenida pode ser revenida pode ser

tão dura e tão dura e

resistente quanto resistente quanto

a martensita a martensita

porém com uma porém com uma

ductilidade e uma ductilidade e uma

tenacidade tenacidade

substancialmente substancialmente

aprimoradasaprimoradas


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Tempera por indução Tempera por indução


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PRÁTICAPRÁTICA

Laboratório 3Laboratório 3


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Prática: Têmpera Prática: Têmpera

Tratamento Térmico em aço carbono SAE 1045 - Tratamento Térmico em aço carbono SAE 1045 - TêmperaTêmpera


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Procedimento experimentalProcedimento experimental

•Realizar o resfriamento dos corpos de prova que se Realizar o resfriamento dos corpos de prova que se encontram no interior do forno a uma temperatura de encontram no interior do forno a uma temperatura de aproximadamente 8500C (temp. de têmpera do aço aproximadamente 8500C (temp. de têmpera do aço 1045) e a um tempo de encharque no forno de 20 a 30 1045) e a um tempo de encharque no forno de 20 a 30 min:min:

Resfriado por água Resfriado por água Resfriado por água e sal (salmoura)Resfriado por água e sal (salmoura)Resfriado por óleo mineralResfriado por óleo mineral

•Resfriamento da têmpera em um intervalo de tempo Resfriamento da têmpera em um intervalo de tempo de aproximadamente 3 segundos;de aproximadamente 3 segundos;

•Limpar e lixar a superfície das amostras a fim de Limpar e lixar a superfície das amostras a fim de remover a camada de óxido formada para a medição remover a camada de óxido formada para a medição da dureza.da dureza.


Caracterização mecânica dos corpos de provas tratados Caracterização mecânica dos corpos de provas tratados (dureza HRC).(dureza HRC).


AERONÁUTICA

• Determinar a dureza Rockwell C do aço SAE 1045 Determinar a dureza Rockwell C do aço SAE 1045 não tratado;não tratado;

• Determinar a dureza Rockwell C do aço SAE 1045 Determinar a dureza Rockwell C do aço SAE 1045 tratado termicamente por têmpera nas três tratado termicamente por têmpera nas três configurações de resfriamento (água, salmoura e configurações de resfriamento (água, salmoura e óleo);óleo);

• Fazer uma comparação (comentário) dos perfis de Fazer uma comparação (comentário) dos perfis de dureza com os 3 resfriamentos em função do padrão dureza com os 3 resfriamentos em função do padrão (SAE 1045) não tratado;(SAE 1045) não tratado;

•Fazer um gráfico da dureza em função do tipo de Fazer um gráfico da dureza em função do tipo de resfriamento. resfriamento.


Caracterização mecânica dos corpos de provas tratados Caracterização mecânica dos corpos de provas tratados (dureza HRC).(dureza HRC).


AERONÁUTICA


Vídeo sobre a têmpera do aço SAE 1045 e o ensaio de traçãoVídeo sobre a têmpera do aço SAE 1045 e o ensaio de tração


AERONÁUTICA

• Têmpera Têmpera convencionalconvencional empenamentoempenamento


Vídeo sobre a têmpera do aço SAE 1045 e o ensaio de traçãoVídeo sobre a têmpera do aço SAE 1045 e o ensaio de tração


AERONÁUTICA

• Têmpera na Têmpera na área área útelútel



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Relatório Titulo

ObjetivoProcedimento experimental

Resultados (demonstrar sob forma de gráfico ou tabelas)

Discussão sobre os resultados obtidos nos tratamentos comparando com o

corpo de prova padrão.

OBS: cada grupo poderá ter no máximo 6 alunos


Caracterização mecânica dos corpos de provas tratados Caracterização mecânica dos corpos de provas tratados (Tração).(Tração).


AERONÁUTICA

• Através do ensaio de tração do corpo de prova (SAE 1045) Através do ensaio de tração do corpo de prova (SAE 1045) temperado sobre resfriamento em água:temperado sobre resfriamento em água:

• Utilizando os dados das propriedades mecânicas do corpo Utilizando os dados das propriedades mecânicas do corpo de prova (SAE 1045) não tratado (já realizado na pratica de prova (SAE 1045) não tratado (já realizado na pratica anterior), fazer uma comparação (comentário) dos perfis de anterior), fazer uma comparação (comentário) dos perfis de dureza com os 3 resfriamentos;dureza com os 3 resfriamentos;

•Com os ensaios de tração realizados sobre o corpo de prova Com os ensaios de tração realizados sobre o corpo de prova temperado por água, identificar e comparar no gráfico:temperado por água, identificar e comparar no gráfico:

Módulo de elasticidadeMódulo de elasticidadeTensão de escoamentoTensão de escoamentoTensão máxima de tração Tensão máxima de tração Tensão de rupturaTensão de rupturaDuctilidadeDuctilidade

•Analisar as propriedades mecânicas (mencionadas acima) da Analisar as propriedades mecânicas (mencionadas acima) da curva tensão-deformação entre o corpo de prova temperado e o curva tensão-deformação entre o corpo de prova temperado e o não tratado (padrão).não tratado (padrão).



AERONÁUTICA

Análise microestrutural do aço SAE 1045 Análise microestrutural do aço SAE 1045

Aço ABNT 1045 – Aspecto micrográfico de um aço hipoeutetóide. Ampliação: 400 vezes

A Figura mostra a microestrutura visualizada no microscópio. As áreas brancas são de ferrita e as áreas escuras são de perlita, cuja estrutura lamelar não é evidenciada por se tratar de ampliação relativamente pequena.

Aço ABNT 1045 – temperado a água

A Figura mostra o aspecto micrográfico do aço hipoeutetóide temperado. As partes mais escuras são os veios da martensita em forma de agulha.

6 – REVENIMENTO6 – REVENIMENTO


AERONÁUTICA

RevenimentoRevenimento

DefiniçãoDefinição


AERONÁUTICA

Consiste no tratamento térmico após a têmpera, a temperaturas inferiores ás do ponto crítico, seguido de resfriamento lento.

ObjetivosObjetivos

•Minimizar os efeitos da tensão internas gerada na têmpera (altas durezas e alta fragilidade);

•Homogenezação da estrutura martensítica.


MetodologiaMetodologia


AERONÁUTICA

Temperatura de tratamento: entre 1000C a 7000C;

Tempo de permanência (encharque): Efeito completo do revenido pode não ser obtido se a duração não for suficiente;

Deverá ser de ½ hora a 10 minutos de material;Para temperaturas baixas, escolhem-se

durações maislongas do revenido.

Resfriamento: normalmente realizado ao ar (pode ser realizado ao óleo)

Revenimento em ligas ferrosasRevenimento em ligas ferrosas

Conforme a temperatura de revenido, verificam-se as Conforme a temperatura de revenido, verificam-se as

seguintes transformações:seguintes transformações:

100º a 200º100º a 200º às vezes chamado 1º estágio do às vezes chamado 1º estágio do

revenido, ocorre revenido, ocorre precipitação de carboneto de ferro do precipitação de carboneto de ferro do

tipo epsilontipo epsilon, de fórmula , de fórmula FeFe2-32-3C,C, e reticulado hexagonal; e reticulado hexagonal;

este carboneto pode estar ausente em aços de baixa este carboneto pode estar ausente em aços de baixa

liga e presente em aços de alta liga; Para os aços de liga e presente em aços de alta liga; Para os aços de

médio e alto teor de carbono e liga , a dureza médio e alto teor de carbono e liga , a dureza

Rockwell C começa a cair podendo chegar Rockwell C começa a cair podendo chegar a 60 HRC e a a 60 HRC e a

estrutura formada é a matensita revenidaestrutura formada é a matensita revenida;;

200º a 300º 200º a 300º às vezes chamado 2º estágio do às vezes chamado 2º estágio do

revenido, pode ocorrer revenido, pode ocorrer transformação de austenita transformação de austenita

retida em bainitaretida em bainita; a transformação ocorre somente em ; a transformação ocorre somente em

aços-carbono de médio e alto teor de carbono; a aços-carbono de médio e alto teor de carbono; a

dureza Rockwell continua a cair e microestrutura dureza Rockwell continua a cair e microestrutura

formada é a formada é a martensita revenidamartensita revenida;;


AERONÁUTICA

300º a 400º 300º a 400º às vezes chamado de 3º estágio de às vezes chamado de 3º estágio de

revenido, forma-se um carboneto metaestável, revenido, forma-se um carboneto metaestável, de fórmula de fórmula

FeFe55CC22, quando ocorre essa transformação, verifica-se em , quando ocorre essa transformação, verifica-se em

aços de alto teor de carbonoaços de alto teor de carbono, a estrutura visível ao , a estrutura visível ao

microscópio é uma massa escura, que era chamada microscópio é uma massa escura, que era chamada

troostitatroostita, denominação não mais utilizada; e para aços de , denominação não mais utilizada; e para aços de

medio teor de carbono a dureza Rockwell C continua medio teor de carbono a dureza Rockwell C continua

caindo podendo atingir valores superiores a caindo podendo atingir valores superiores a 50 HRC50 HRC;; 400º a 600º 400º a 600º ocorre uma ocorre uma recuperaçãorecuperação da subestrutura da subestrutura

de de discordânciadiscordância; os aglomerados de Fe; os aglomerados de Fe33C passam a uma C passam a uma

fórmula fórmula esferoidalesferoidal, ficando mantida um estrutura de , ficando mantida um estrutura de

ferrita fina acicular, a dureza Rockwell C cai para valores ferrita fina acicular, a dureza Rockwell C cai para valores

variando de variando de 45 a 25 HRC45 a 25 HRC. As estruturas tem sido chamadas . As estruturas tem sido chamadas

de de sorbítasorbíta..



AERONÁUTICA

600º a 700º 600º a 700º ocorre ocorre recristalização e crescimento recristalização e crescimento

de grãode grão; a cementita precipitada apresenta a forma ; a cementita precipitada apresenta a forma

nitidamente esferoidal; a ferrita apresenta forma nitidamente esferoidal; a ferrita apresenta forma

equi-axial; a estrutura é freqüentemente chamada equi-axial; a estrutura é freqüentemente chamada

““eferoiditaeferoidita” e caracteriza-se por ser muito tenaz e ” e caracteriza-se por ser muito tenaz e

de baixa dureza, variando de de baixa dureza, variando de 5 a 20 HRC;5 a 20 HRC;

Curiosidade para aços ferramentasCuriosidade para aços ferramentas::

500º a 600º 500º a 600º somente nos aços contendo Ti, Cr, somente nos aços contendo Ti, Cr,

Mo, V, Nb ou W, há precipitação de carbonetos de Mo, V, Nb ou W, há precipitação de carbonetos de

liga; a transformação é chamada de endurecimento liga; a transformação é chamada de endurecimento

secundário ou 4º estágio do revenido.secundário ou 4º estágio do revenido.



AERONÁUTICA



AERONÁUTICA

martensita martensita revenidarevenida

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.


MicroestruturaMicroestrutura


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TroostitaTroostita SorbitaSorbita

Figure: The microstructure of spheroidite, with FeFigure: The microstructure of spheroidite, with Fe33C C particles dispersed in a ferrite matrix (particles dispersed in a ferrite matrix ( 850). 850).



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EsferoiditaEsferoidita


AÇOS SUSCEPTÍVEIS À FRAGILIDADE** DE REVENIDO


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Aços -liga de baixo teor de liga:

Aços que contém apreciáveis quantidades de Mn, Ni, Cr, Sb*, P, S;

Aços ao Cr-Ni são os mais suceptíveis ao fenômeno.

*é o mais prejudicial

**Fragilidade por impacto, solda e etc....


COMO MINIMIZAR A FRAGILIDADE DE REVENIDO


AERONÁUTICA

Manter os teores de P abaixo de 0,005% e S menor 0,01%;

Reaquecer o aço fragilizado a uma temperatura de ~600 °C seguido de refriamento rápido até abaixo de 300 °C .


COMO DETERMINAR ESSA FRAGILIDADE DE REVENIDO


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Através do ensaio Charpy



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TemperaturaTemperatura

Pode ser escolhida Pode ser escolhida de acordo com as de acordo com as combinações de combinações de propriedades propriedades desejadasdesejadas


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Ocorre em determinados tipos de aços Ocorre em determinados tipos de aços

quando aquecidos na faixa de temperatura quando aquecidos na faixa de temperatura

entre 375-475entre 375-475°C ou quando resfriados °C ou quando resfriados

lentamente nesta faixa.lentamente nesta faixa.

A fragilidade ocorre mais rapidamente na A fragilidade ocorre mais rapidamente na

faixa de faixa de 470-475 470-475 °C °C

A fragilidade só é revelada no ensaio de A fragilidade só é revelada no ensaio de

resistência ao choque, não há alteração na resistência ao choque, não há alteração na

microestrutura e nas propriedades microestrutura e nas propriedades

mecânicas.mecânicas.


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QUANDO OCORRE FRAGILIDADE DO REVENIDO EM AÇOS



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Cores do Revenimento em ligas Cores do Revenimento em ligas

ferrosasferrosas


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•O teor de absorção de oxigênio sobre a superfície em diferentes temperaturas, produz uma coloração que varia à medida que a temperatura aumenta. Essas cores, que possibilitam identificar a temperatura da peça, são denominadas cores de revenimento.

•Na falta de aparelhos de medição, pode-se avaliar a temperatura de revenido de uma peça, conforme a cor que toma a sua superfície, previamente limpa com lixa abrasiva.

•Para aços de ligas fortes, é preciso ter em conta que as cores de revenido aparecem a temperaturas mais elevadas que as observadas para outros aços

Tabela de cores de revenimento dos aços ao carbono.Amarelo claro 200 0C Cinza claro 400 0C

Amarelo ouro 250 0C Cinza pardo 450 0C

Azul marinho 300 0C Cinza chumbo 500 0C

Azul acinzentado 350 0C Cinza escuro 550 0C

PRÁTICAPRÁTICA

Laboratório 4Laboratório 4


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Prática: RevenimentoPrática: Revenimento

Tratamento Térmico em aço carbono SAE 1045 - Tratamento Térmico em aço carbono SAE 1045 - RevenimentoRevenimento


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Procedimento experimentalProcedimento experimental

Realizar o revenimento dos corpos de prova Realizar o revenimento dos corpos de prova colocando o aço temperado sobre água no interior do colocando o aço temperado sobre água no interior do forno nas temperaturas de 300 e 500forno nas temperaturas de 300 e 50000C e a um tempo C e a um tempo de encharque nos fornos de 30 min.de encharque nos fornos de 30 min.

Encharque de ½ hora .Encharque de ½ hora .

Resfriamento ao ar fora do forno.Resfriamento ao ar fora do forno.

Caracterização dos corpos de provas tratados Caracterização dos corpos de provas tratados


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•Caracterização mecânica dos corpos de provas Caracterização mecânica dos corpos de provas tratados (dureza Rockwell C).tratados (dureza Rockwell C).

• Determinar a dureza Rockwell C do aço SAE 1045 Determinar a dureza Rockwell C do aço SAE 1045 temperado; temperado;

• Determinar a dureza Rockwell C do aço SAE 1045 revenido a Determinar a dureza Rockwell C do aço SAE 1045 revenido a 300 e 500300 e 50000C; C;

•Fazer um comentário sobre a dureza da peça antes do Fazer um comentário sobre a dureza da peça antes do revenimento e após o revenimento (300 e 500revenimento e após o revenimento (300 e 50000C) e C) e correlacionar as microestruras formadas.correlacionar as microestruras formadas.

Caracterização metalográfica dos corpos de provas Caracterização metalográfica dos corpos de provas temperado a água e sem tratamento.temperado a água e sem tratamento.

•Identificar e comparar as seguintes microestruturas Identificar e comparar as seguintes microestruturas formadas nas amostras: não tratada (padrão), tratada por formadas nas amostras: não tratada (padrão), tratada por têmpera e revenida a 300 e 500têmpera e revenida a 300 e 50000C.C.

Prática: RevenimentoPrática: Revenimento

A Figura mostra a microestrutura visualizada no microscópio. As áreas brancas são de ferrita e as áreas escuras são de perlita, cuja estrutura lamelar não é evidenciada por se tratar de ampliação relativamente pequena.

Aço ABNT 1045 – Aspecto micrográfico de um aço hipoeutetóide. Ampliação: 400 vezes

A Figura mostra o aspecto micrográfico do aço hipoeutetóide temperado. As partes mais escuras são os veios da martensita em forma de agulha.

Aço ABNT 1045 – Têmpera

Aço ABNT 1045 – Revenido a 300, 450, 600 e 700 °C

Materiais de construção de máquinas Ensaio de tração e tratamentos térmicos

Tensão

Temperado

Revenido

Recozido

Deformação



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1) Usando o diagrama de transformação (TTT) por resfriamento contínuo para 1) Usando o diagrama de transformação (TTT) por resfriamento contínuo para a liga ferro-carbono, indique nas 4 curvas de resfriamento contínuo:a liga ferro-carbono, indique nas 4 curvas de resfriamento contínuo:

a) as seguintes microestruturas nas curvas A, B, C e D;a) as seguintes microestruturas nas curvas A, B, C e D;b) quais tratamentos térmicos referem-se as curvas A,B,C e D.b) quais tratamentos térmicos referem-se as curvas A,B,C e D.



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2) Usando o diagrama de transformação (TTT) por resfriamento contínuo para 2) Usando o diagrama de transformação (TTT) por resfriamento contínuo para a liga ferro-carbono, indique nas 3 curvas de resfriamento contínuo as a liga ferro-carbono, indique nas 3 curvas de resfriamento contínuo as microestruturas formadas?microestruturas formadas?



AERONÁUTICA

3) Usando o diagrama de transformação (TTT) por resfriamento contínuo para 3) Usando o diagrama de transformação (TTT) por resfriamento contínuo para a liga ferro-carbono, indique nas 3 curvas de resfriamento contínuo as a liga ferro-carbono, indique nas 3 curvas de resfriamento contínuo as microestruturas formadas?microestruturas formadas?



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4) Explique para cada tratamento térmico: recozimento, normalização, 4) Explique para cada tratamento térmico: recozimento, normalização, têmpera e revenido:têmpera e revenido:

a) objetivo (finalidade)a) objetivo (finalidade)b) metodologia (temperatura de tratamento, encharque e velocidade de b) metodologia (temperatura de tratamento, encharque e velocidade de

resfriamentoresfriamentoc) Aplicaçõesc) Aplicações

5) Explique porque estes fatores influenciam as curvas do diagrama TTT?5) Explique porque estes fatores influenciam as curvas do diagrama TTT?composição química ( teor de carbono e elemento de liga)composição química ( teor de carbono e elemento de liga)tamanho do grão austeníticotamanho do grão austenítico

6) Explique como a 6) Explique como a martensitamartensita da liga Fe-C é obtida através de um resfriamento da liga Fe-C é obtida através de um resfriamento rápido a partir da temperatura de austenitização, relacionando com o rápido a partir da temperatura de austenitização, relacionando com o processo de saída do carbono de dentro da célula CFC (figura) para formar processo de saída do carbono de dentro da célula CFC (figura) para formar

uma célula tetragonal de corpo centrado.uma célula tetragonal de corpo centrado.



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7) Usando o diagrama de 7) Usando o diagrama de transformação tempo-temperaturatransformação tempo-temperatura para uma para uma liga de liga de ferro-carbono com composição ferro-carbono com composição eutetóideeutetóide, especifique a , especifique a natureza da natureza da microestrutura finalmicroestrutura final (em termos de microconstituintes presentes) para uma (em termos de microconstituintes presentes) para uma pequena amostra que foi submetida aos seguintes tratamentos tempo-pequena amostra que foi submetida aos seguintes tratamentos tempo-temperatura. Para cada caso, suponha que a amostra se encontra inicialmente temperatura. Para cada caso, suponha que a amostra se encontra inicialmente a uma temperatura de 800a uma temperatura de 80000C e que ela tenha sido mantida a essa temperatura C e que ela tenha sido mantida a essa temperatura por tempo suficiente para que atingisse uma completa e homogênea por tempo suficiente para que atingisse uma completa e homogênea temperatura austenítica.temperatura austenítica.

a) Resfriamento rápido até 300a) Resfriamento rápido até 30000C de 1s, manutenção dessa temperatura por C de 1s, manutenção dessa temperatura por 101033s (isotérmico), seguido por um resfriamento lento por 10s (isotérmico), seguido por um resfriamento lento por 1044s até temperatura s até temperatura ambiente.ambiente.

b) Resfriamento rápido até 680b) Resfriamento rápido até 68000C, manutenção dessa temperatura por 10C, manutenção dessa temperatura por 1044s s (isotérmico), seguido por um resfriamento lento por 10(isotérmico), seguido por um resfriamento lento por 1055s até temperatura s até temperatura ambiente.ambiente.

c) Resfriamento lento continuo até temperatura ambiente por 10c) Resfriamento lento continuo até temperatura ambiente por 1055s.s.



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8) Usando o diagrama de 8) Usando o diagrama de transformação tempo-temperaturatransformação tempo-temperatura para uma para uma liga de liga de ferro-carbono com composição ferro-carbono com composição eutetóideeutetóide, especifique a , especifique a natureza da natureza da microestrutura finalmicroestrutura final (em termos de microconstituintes presentes) para (em termos de microconstituintes presentes) para uma pequena amostra que foi submetida aos seguintes tratamentos uma pequena amostra que foi submetida aos seguintes tratamentos tempo-temperatura. Para cada caso, suponha que a amostra se encontra tempo-temperatura. Para cada caso, suponha que a amostra se encontra inicialmente a uma temperatura de 800inicialmente a uma temperatura de 80000C e que ela tenha sido mantida a C e que ela tenha sido mantida a essa temperatura por tempo suficiente para que atingisse uma completa e essa temperatura por tempo suficiente para que atingisse uma completa e homogênea temperatura austenítica.homogênea temperatura austenítica.

a)a) Resfriamento rápido continuo por 8s até temperatura ambiente.Resfriamento rápido continuo por 8s até temperatura ambiente.

b) Resfriamento rápido até 575b) Resfriamento rápido até 57500C, manutenção dessa temperatura por 40s, C, manutenção dessa temperatura por 40s, resfriamento lento até 200resfriamento lento até 20000C.C.

c) Resfriamento rápido até 400c) Resfriamento rápido até 40000C até 1s, manutenção dessa temperatura por C até 1s, manutenção dessa temperatura por 12s, resfriamento rápido até 1012s, resfriamento rápido até 1022s até temperatura ambiente.s até temperatura ambiente.

d) Resfriamento rápido até 300d) Resfriamento rápido até 30000C, manutenção dessa temperatura por 10C, manutenção dessa temperatura por 1044s, s, resfriamento lento até 10resfriamento lento até 1055 segundos. segundos.



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9) 9) Usando o diagrama de transformação tempo-temperatura para uma liga de ferro-Usando o diagrama de transformação tempo-temperatura para uma liga de ferro-carbono com composição hipereutetóide de 1,13%C , especifique as operações carbono com composição hipereutetóide de 1,13%C , especifique as operações de resfriamentos que foi submetida aos seguintes tratamentos tempo-de resfriamentos que foi submetida aos seguintes tratamentos tempo-temperatura. Para cada caso, suponha que a amostra se encontra inicialmente a temperatura. Para cada caso, suponha que a amostra se encontra inicialmente a uma temperatura de 860uma temperatura de 86000C e que ela tenha sido mantida a essa temperatura por C e que ela tenha sido mantida a essa temperatura por tempo suficiente para que atingisse uma completa e homogênea temperatura tempo suficiente para que atingisse uma completa e homogênea temperatura austenítica.austenítica.

a) Cementita + perlita grossaa) Cementita + perlita grossab) Martensita 100%b) Martensita 100%c) 50% Perlita fina + 100% bainita inferior c) 50% Perlita fina + 100% bainita inferior



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10) 10) Coloque os aços abaixo por ordem decrescente de resistência:Coloque os aços abaixo por ordem decrescente de resistência:

-0.3wt%C esferoidita-0.3wt%C esferoidita-0.3wt%C perlita grosseira-0.3wt%C perlita grosseira-0.6wt%C perlita fina-0.6wt%C perlita fina-0.6wt%C perlita grosseira-0.6wt%C perlita grosseira-0.6wt%C bainita-0.6wt%C bainita-0.9wt%C martensita-0.9wt%C martensita-1.1wt%C martensita........-1.1wt%C martensita........



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11) Peças de um aço com 0,77% C (eutectóide) são aquecidas durante 1 hora a 850 11) Peças de um aço com 0,77% C (eutectóide) são aquecidas durante 1 hora a 850 °C e depois são submetidas aos tratamentos térmicos da lista abaixo indicada. °C e depois são submetidas aos tratamentos térmicos da lista abaixo indicada. Usando o diagrama TTT da figura determine a microestrutura das peças após cada Usando o diagrama TTT da figura determine a microestrutura das peças após cada tratamento. tratamento.

a) Têmpera em água até à temperatura ambiente a) Têmpera em água até à temperatura ambiente b) Arrefecimento em banho de sais até 680 °C, manutenção durante 2 horas, b) Arrefecimento em banho de sais até 680 °C, manutenção durante 2 horas, seguida de arrefecimento em água. seguida de arrefecimento em água. c) Arrefecimento em banho de sais até 570 °C, manutenção durante 3 minutos, c) Arrefecimento em banho de sais até 570 °C, manutenção durante 3 minutos, seguida de arrefecimento em água. seguida de arrefecimento em água. d) Arrefecimento em banho de sais até 400 °C, manutenção durante 1 hora, d) Arrefecimento em banho de sais até 400 °C, manutenção durante 1 hora, seguida de arrefecimento em água. seguida de arrefecimento em água. e) Arrefecimento em banho de sais até 300 °C, manutenção durante 1 minuto, e) Arrefecimento em banho de sais até 300 °C, manutenção durante 1 minuto, seguida de arrefecimento em água. seguida de arrefecimento em água.

f) Arrefecimento em banho de sais até 300 °C, manutenção durante 2 horas, f) Arrefecimento em banho de sais até 300 °C, manutenção durante 2 horas, seguida de seguida de arrefecimento em água. arrefecimento em água.

Extra - Lista de ExercíciosExtra - Lista de Exercícios


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12.) Responda

a) A formação da martensita depende do tempo?b) Por que a martensita não aparece no diagrama de equilíbrio Fe-C?c) A martensita é mais facilmente obtida num aço hipo ou hipereutetóide?d) Quais são as principais fases que podem estar presentes nos aços a temperatura ambiente,se resfriados lentamente? Cite as principais propriedades mecânicas dessas fases.e) Diferencie as propriedades da martensita e da martensita revenida, dizendo como podemser obtidas.f) Qual o microconstituinte mais mole dos aços?g) Qual o microconstituinte mais duro dos aços?h) Quais são os principais fatores que modificam a posição das curvas TTT?i) Alto teor de carbono favorece ou dificulta a formação da martensita? E da perlita?j) Tamanho de grão grande favorece ou dificulta a formação da martensita? E da perlita? Justifique.k) Uma maior homogeneidade da austenita favorece ou dificulta a formação da martensita? E da perlita? Justifique.l) Quais o efeito dos elementos de liga na formação da martensita e da perlita?m) É possível obter um aço com estrutura austenítica a temperatura ambiente?n) É possível obter um aço com estrutura martensítica por resfriamento lento?o) A transformação martensítica nos aços ocorre com aumento ou diminuição de volume? Qual o efeito disso no material?

apostila cm

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