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Curso de Inspetor de EquipamentosCurso de Inspetor de EquipamentosMetalurgiaMetalurgia
Fabio Alves Fabio Alves –– Eng. MetalEng. Metalúúrgicorgico
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Curso de Inspetor de Equipamentos - Metalurgia
SUMSUMÁÁRIORIO1.1. IntroduIntroduçção ão àà metalurgia;metalurgia;
2.2. Sistemas cristalinos;Sistemas cristalinos;
3.3. Ligas metLigas metáálicas;licas;
4.4. Difusão;Difusão;
5.5. NucleaNucleaçção e crescimento;ão e crescimento;
6.6. Defeitos cristalinos;Defeitos cristalinos;
7.7. Diagramas de fase;Diagramas de fase;
8.8. Curvas de resfriamento;Curvas de resfriamento;
9.9. Propriedades mecânica;Propriedades mecânica;
10.10.Tratamentos tTratamentos téérmicos;rmicos;
11.11.Mecanismos de endurecimento.Mecanismos de endurecimento.
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CONCEITOS BÁSICOS
CONCEITOS BÁSICOS
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INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
O que é Metalurgia?
Por que o inspetor de equipamento deve conhecer os princípios básicos de
metalurgia?
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
Metalurgia designa um conjunto de
procedimentos e técnicas para extração,
fabricação, fundição e tratamento dos metais
e suas ligas. (fonte: wikipédia)
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
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INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
Alguns exemplos de aplicação da metalurgia ...
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INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
Do que os materiais são constituídos? átomos
Como são organizados? Como estão interligados?
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As ligações químicas são uniões estabelecidas entre átomos para formarem as
moléculas, que constituem a estrutura básica de uma substância ou composto.
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INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
Podem ser classificadas como:
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LIGALIGAÇÇÕES QUÕES QUÍÍMICASMICAS
Ligações Primárias: interações fortes, intramoleculares (covalente,
iônica, metálica)
Ligações Secundárias: interações fracas, intermoleculares (dipolos
transitórios e permanentes - Van der Waals, pontes de hidrogênio)
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INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
A ligação iônica é estabelecida entre um cátion (elemento que cede elétrons
com facilidade) e um anion (elemento com grande afinidade pelos elétrons).
Estabelecida entre elementos situados em lados opostos da tabela periódica –
eletronegativos – aceitam elétrons, tornando-se íons - eletropositivos – doam
elétrons, tornando-se cátions.
Somente é possível entre átomos de elementos diferentes.
As substâncias formadas por ligação iônica apresentam normalmente alta
dureza, boa clivagem, alto ponto de fusão e baixo coeficiente de expansão
térmica. No estado líquido conduzem corrente elétrica pela movimentação dos
íons
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LIGALIGAÇÇÃO IÔNICAÃO IÔNICA
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INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
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LIGALIGAÇÇÃO IÔNICAÃO IÔNICA
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Si Si
Si
Si
SiSi Si Si
O
O O
O
INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
Os materiais com enlace covalente compartilham elétrons entre dois o mais
átomos.
São ligações muito fortes e apresentam baixa condutividade térmica e
elétrica, pois para seja possível o movimento de um elétron (transporte de
corrente) é necessário a ruptura do enlace covalente, o que requer de altas
temperaturas e voltagens.
Ex.: Diamante, Carbeto de Silício (SiC), Nitreto de Boro (BN).
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LIGALIGAÇÇÃO COVALENTEÃO COVALENTE
Si SiO2
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INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
Os elementos metálicos possuem átomos mais eletropositivos, os quais doam
o cedem seus elétrons de valencia para formar uma “nuvem” de elétrons que
rodeia esses átomos.
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LIGALIGAÇÇÃO METÃO METÁÁLICALICA
Os corpos centrais (Carga +) ficam enlaçados mediante a atração mutua com os elétrons livres de carga negativa
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SISTEMAS CRISTALINOSSISTEMAS CRISTALINOSOs metais no estado sólido apresentam estrutura cristalina, isto é, os átomos
que o constituem são dispostos de uma maneira organizada e periódica. Existe,
assim, uma disposição típica dos átomos que, se reproduzindo, constitui a
estrutura cristalina de um dado metal. Esta disposição típica chama-se célula
unitária
Nos modelos de estudo da estrutura cristalina dos metais, considerando-se
os átomos como esferas, os átomos vibram em torno de suas posições de
equilíbrio, definidas pela célula unitária.
A vibração dos átomos é função da temperatura e será tanto maior quanto
maior for a temperatura do metal.
Os principais sistemas cristalinos são: cúbico de corpo centrado (CCC),
cúbico de face centrada (CFC) e hexagonal compacto (HC).
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SISTEMAS CRISTALINOSSISTEMAS CRISTALINOS
Reticulados espaciais (Rede de
Bravais)
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SISTEMAS CRISTALINOSSISTEMAS CRISTALINOS
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Dos 7 sistemas cristalinos7 sistemas cristalinospodemos identificar 14 tipos 14 tipos
diferentes de cdiferentes de céélulas unitlulas unitááriasrias,
conhecidas com redes de Bravais.
Cada uma destas células
unitárias tem certas características
que ajudam a diferenciá-las das
outras células unitárias.
Além do mais, estas
características também auxiliam na
definição das propriedades de um
material particular.
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SISTEMAS CRISTALINOSSISTEMAS CRISTALINOS
Eixo cristalinos e parâmetros lineares e angulares
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CCÚÚBICO DE CORPO CENTRADO (CCC)BICO DE CORPO CENTRADO (CCC)
SISTEMAS CRISTALINOSSISTEMAS CRISTALINOS
São exemplos de metais com estrutura cúbica de corpo centrado: Fe
(temperatura ambiente); Ti (altas temperaturas); Cr; Mo; Nb, V, W (em qualquer
temperatura).
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CCÚÚBICO DE FACE CENTRADO (CFC)BICO DE FACE CENTRADO (CFC)
SISTEMAS CRISTALINOSSISTEMAS CRISTALINOS
São exemplos de metais com estrutura cúbica de face centrado: Fe (altas
temperatura); Ni, Al, Cu, Pb, Au, Ag.
Célula unitária CFC
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CCÚÚBICO DE FACE CENTRADO (CFC)BICO DE FACE CENTRADO (CFC)
SISTEMAS CRISTALINOSSISTEMAS CRISTALINOS
Célula unitária CFC
Planos supercompactos: 4 (CFC)
Planos supercompactos: 0 (CCC)
Os planos e direções mais compactos de uma dada estrutura cristalina formam os chamados sistemas primários de deslizamento. Estes são os sistemas que serão inicialmente acionados num processo de deformação plástica.
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HEXAGONAL COMPACTO (HC)HEXAGONAL COMPACTO (HC)
SISTEMAS CRISTALINOSSISTEMAS CRISTALINOS
São exemplos de metais com estrutura hexagonais compactos: Zn, Sn, Mg.
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DEFINIDEFINIÇÇÕESÕESLIGAS METLIGAS METÁÁLICASLICAS
“As ligas metálicas são materiais com propriedades metálicas que contêm
dois ou mais elementos químicos sendo que pelo menos um deles é metal.”(fonte: wikipédia)
A estrutura cristalina (rede) de um metal puro é, teoricamente, uniforme em
todas as direções.
Os átomos de outros elementos, sejam impurezas ou elementos de liga,
podem acomodar-se na estrutura cristalina de um dado metal formando uma
solução sólida.
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SOLUSOLUÇÇÕESÕESLIGAS METLIGAS METÁÁLICASLICAS
Chama-se matriz à estrutura cristalina do metal considerado, que édenominado solvente. Os outros elementos, cujos átomos estão na solução sólida, são denominados solutos.
Os átomos solutos podem estar em solução sólida substitucional, quando ocupam posições dos átomos da matriz na estrutura cristalina, ou em solução sólida intersticial, quando ocupam interstícios na estrutura cristalina.
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LIGAS METLIGAS METÁÁLICASLICAS
SoluSoluçção São Sóólida Intersticiallida Intersticial SoluSoluçção São Sóólida lida SubstitucionalSubstitucional
Ex.: C, N, O no aço Ex.: Cr, Ni, Mo no aço
SOLUSOLUÇÇÕES SÕES SÓÓLIDASLIDAS
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LIGAS METLIGAS METÁÁLICASLICASSOLUSOLUÇÇÕES SÕES SÓÓLIDASLIDAS
A distorção na estrutura cristalina, provocada pelos átomos em solução, significa um afastamento dos átomos da sua posição de equilíbrio.
Os átomos que se encontram nesta região de distorção possuem, portanto, um nível energético mais elevado que os átomos que constituem as porções perfeitas da rede cristalina.
Assim como nas soluções em fase líquida, as soluções sólidas também apresentam um limite de solubilidade, isto é, valores máximos para o teor de soluto na matriz.
Na solução sólida intersticial, os átomos do soluto ocupam posições na estrutura cristalina onde há um maior espaço para sua acomodação.
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LIGAS METLIGAS METÁÁLICASLICASSOLUSOLUÇÇÕES SÕES SÓÓLIDASLIDAS
Acomodação dos átomos de soluto em soluções sólida.
SoluSoluçção são sóólida intersticial lida intersticial
CompressivoCompressivoCompressivoCompressivoTrativoTrativo
SoluSoluçção são sóólida substitucional lida substitucional
Campo de Tensões
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LIGAS METLIGAS METÁÁLICASLICASSOLUSOLUÇÇÕES SÕES SÓÓLIDAS LIDAS -- INTERSTINTERSTÍÍCIOCIO
InterstInterstíício cio octaoctaéédricodrico
Estrutura CFCEstrutura CFC
InterstInterstíício tetracio tetraéédricodrico
OCTAÉDRICO > TETRAÉDRICO(0,52 angstroms) (0,28 angstroms)
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LIGAS METLIGAS METÁÁLICASLICASSOLUSOLUÇÇÕES SÕES SÓÓLIDAS LIDAS -- INTERSTINTERSTÍÍCIOCIO
InterstInterstíício cio octaoctaéédricodrico
Estrutura CCCEstrutura CCC
InterstInterstíício tetracio tetraéédricodrico
OCTAÉDRICO < TETRAÉDRICO(0,19 angstroms) (0, 52 angstroms)
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LIGAS METLIGAS METÁÁLICASLICASSOLUSOLUÇÇÕES SÕES SÓÓLIDAS LIDAS -- INTERSTINTERSTÍÍCIOCIO
InterstInterstíício cio octaoctaéédricodrico
Estrutura HCEstrutura HC
InterstInterstíício tetracio tetraéédricodrico
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LIGAS METLIGAS METÁÁLICASLICASSOLUSOLUÇÇÕES SÕES SÓÓLIDAS LIDAS -- INTERSTINTERSTÍÍCIOCIO
Na estrutura CCC do ferro, o interstício tetraédrico (r = 0,36 A) é maior que o
octaédrico (r = 0,19 Â), porém menor que o octaédrico na estrutura CFC (r =
0,52 Â).
Portanto, como conseqüência, tem-se que a estrutura CFC tem maior
possibilidade que a CCC de dis¬solver átomos de carbono ou nitrogênio em
solução intersticial, mesmo sendo uma estrutura mais compacta
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LIGAS METLIGAS METÁÁLICASLICAS
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LIGAS METLIGAS METÁÁLICASLICASLIGAS METLIGAS METÁÁLICASLICAS
Os átomos de outros elementos, sejam impurezas ou elementos de liga,
podem acomodar-se na estrutura cristalina de um dado metal formando uma
solução sólida.
Chama-se matriz à estrutura cristalina do metal considerado, que é
denominado solvente.
Os outros elementos, cujos átomos estão na solução sólida, são denominados
solutos.
Os átomos solutos podem estar em solução sólida substitucional, quando
ocupam posições dos átomos da matriz na estrutura cristalina, ou em solução
sólida intersticial, quando ocupam interstícios na estrutura cristalina
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CONCEITOSCONCEITOSDIFUSÃODIFUSÃO
O que é difusão? É o fenômeno de transporte de material por movimentação
atômica.
É um fenômeno dependente de temperatura e tempo.
O mecanismo de difusão favorece a homogeneização de um material quando
aquecido ou causa danos (sensitização de aços inoxidáveis).
A força motriz para difusão é a existência de um gradiente de concentração.
A movimentação dos átomos se dá no sentido de equalizar a solução sólida, minimizar o gradiente.
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CONCEITOSCONCEITOSDIFUSÃODIFUSÃO
O aumento na temperatura de um metal ou liga metálica no estado sólido,
implica em uma maior vibração dos átomos em torno da sua posição de
equilíbrio.
Esta vibração proporciona a possibilidade de uma movimentação atômica no
estado sólido, a que se chama de difusãodifusão e esta seresta seráá tanto maior quanto tanto maior quanto
maior for a temperaturamaior for a temperatura.
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MECANISMOSMECANISMOSDIFUSÃODIFUSÃO
O mecanismo de difusão atômica pode ser:
Substitucional - onde um átomo em solução sólida substitucional pula
para a lacuna vizinha;
Intersticial - onde um átomo em solução sólida intersticial pula de um
interstício para outro.
Para ocorrer a movimentação atômica são necessárias :
Deve haver espaço livre adjacente;
O átomo deve possuir energia suficiente para quebrar as ligações
químicas e causar uma distorção no reticulado cristalino.
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MECANISMOSMECANISMOSDIFUSÃODIFUSÃO
Ex. Cu-Ni: ( ↑ T) os átomos de Cu difundem para o Ni e vice-versa
SubstitucionalSubstitucional
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MECANISMOSMECANISMOSDIFUSÃODIFUSÃO
Ex: Átomos de H, O, N, C ( de pequenas dimensões).
Ex. Átomos de C no Fe � os átomos de C abrem caminho entre os átomos da
matriz de Fe.
InterticialInterticial
A difusão intersticial é muito mais rápida que a difusão substitucional(por lacunas).
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LEIS DE FICKLEIS DE FICKDIFUSÃODIFUSÃO
11ªª Lei de Lei de FickFick:: relaciona o fluxo de átomos do metal considerado com o
gradiente de concentração deste metal na liga.
A intensidade da difusão é medida pelo fluxo de fluxo de áátomostomos (J), que é a resultante do número de átomos que cruza através de uma seção com determinada área durante um certo tempo
J = - D (dc/dx),
onde D é o coeficiente de difusão ou difusividade
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LEIS DE FICKLEIS DE FICKDIFUSÃODIFUSÃO
22ªª Lei de Lei de FickFick: estabelece que a variação da concentração com o tempo, num
elemento de volume contendo esta seção é calculada por
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LEIS DE FICKLEIS DE FICKDIFUSÃODIFUSÃO
Interpretação do fenômeno descrito pela 2ª Lei de Fick.
Permite determinar a variação de concentração com o tempo.
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FATORES QUE AFETAM O COEFICIENTE DE DIFISÃOFATORES QUE AFETAM O COEFICIENTE DE DIFISÃODIFUSÃODIFUSÃO
1. Temperatura1. Temperatura
O coeficiente de difusão aumenta exponencialmente com a T, de acordo com a Lei de Arrhenius
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FATORES QUE AFETAM O COEFICIENTE DE DIFISÃOFATORES QUE AFETAM O COEFICIENTE DE DIFISÃODIFUSÃODIFUSÃO
2. Contornos de grão2. Contornos de grão
A difusão pelos contornos de grão é mais rápida do que pelo interior dos grãos, devido à alta concentração de defeitos cristalinos (lacunas e discordâncias)
3. L3. Lííquidos x Squidos x Sóólidoslidos
O coeficiente de difusão nos líquidos é algumas ordens de grandeza maior que nos sólidos
4. 4. ÁÁtomos tomos substitucionaissubstitucionais x intersticiaisx intersticiais
Os átomos intersticiais difundem mais rapidamente do que os substitucionais
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Energias de ativação para a autodifusão de alguns metais puros
DIFUSÃODIFUSÃO
4602155 – 2540 CCC2600Molibdênio240808 – 884 CCC1530Ferro-α293900 – 1200 CFC1452Níquel196700 – 990 CFC1083Cobre165400 – 610 CFC660Alumínio91,6240 – 418HC419Zinco
Energia de Ativação (kJ/mol)
T estudadas (oC)Estruturacristalina
T de fusão
(oC)Metal
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APLICAAPLICAÇÇÕESÕESDIFUSÃODIFUSÃO
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NUCLEANUCLEAÇÇÃOÃO
NUCLEANUCLEAÇÇÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOSÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOS
No estado líquido os átomos que constituem os metais nãonão se dispõem de
forma ordenada, isto é, não possuem estrutura cristalina que, como já foi visto,
é uma característica dos metais no estado sólido.
Quando um metal no estado líquido, em um processo de resfriamento lento e
contínuo, atinge a temperatura de solidificação, algumas partículas sólidas,
chamadas de núcleos, começam a se formar.
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CONCEITO DE GRÃOSCONCEITO DE GRÃOS
Como a temperatura continua a ser diminuComo a temperatura continua a ser diminuíída, os nda, os núúcleos formados crescem e cleos formados crescem e
novos nnovos núúcleos são formados. O crescimento de cada ncleos são formados. O crescimento de cada núúcleo individualmente gera cleo individualmente gera
partpartíículas sculas sóólidas chamadas delidas chamadas de grãos.grãos.
NUCLEANUCLEAÇÇÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOSÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOS
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GRÃOS E OS CONTORNOS DE GRÃOSGRÃOS E OS CONTORNOS DE GRÃOS
Todos os grãos têm a mesma estrutura cristalina e o mesmo espaçamento
atômico.
Nos contornos os átomos não estão ordenados, existindo vazios que
permitem mais facilmente a movimentação atômica. Ou seja, geralmente, a
difusão ocorre mais rapidamente nos contornos que nos centros dos grão.
As impurezas segregam nos contornos de grão, podendo formar fases que
alterarão desfavoravelmente as propriedades do material como, por exemplo, a
redução de ductilidade ou aumento à susceptibilidade à trinca durante a
soldagem ou tratamento térmico.
NUCLEANUCLEAÇÇÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOSÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOS
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TAMANHO DE GRÃOTAMANHO DE GRÃOUm dos efeitos do tamanho de grão Um dos efeitos do tamanho de grão éé influenciar na resistência dos materiais.influenciar na resistência dos materiais.
Em baixas temperaturas, quanto menor o tamanho de grão (TG) maiEm baixas temperaturas, quanto menor o tamanho de grão (TG) maior a or a
resistência mecânica. Jresistência mecânica. Jáá em altas temperatura, quanto maior o TG maior a em altas temperatura, quanto maior o TG maior a
resistência.resistência.
Por esse motivo, as estruturas dos metais e ligas são freqPor esse motivo, as estruturas dos metais e ligas são freqüüentemente entemente
classificadas de acordo com o tamanho do grão.classificadas de acordo com o tamanho do grão.
NUCLEANUCLEAÇÇÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOSÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOS
Padrão ASTM para tamanho de grão
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TAMANHO DE GRÃOTAMANHO DE GRÃO
O arranjo e o tamanho dos grãos e as fases presentes em uma liga constituem
o que se chama de microestrutura que é responsável pelas propriedades físicas e
mecânicas da liga.
A microestrutura é afetada pela composição química e pelo ciclo térmico
imposto à liga.
NUCLEANUCLEAÇÇÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOSÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOS
Microestrutura ferrítica de aços IF (200x) Microestrutura ferrítico perlítica de aços carbono
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FORMAFORMAÇÇÃO DA ESTRUTURA CRISTALINAÃO DA ESTRUTURA CRISTALINADEFEITOS CRISTALINOSDEFEITOS CRISTALINOS
Quando um metal, ou liga no estado líquido, é resfriado até seu ponto de
fusão, inicia-se a solidifica-ção, através da formação de cristais em pontos da
massa líquida. A cristalização irá formar estruturas crista-linas que são
dependentes do metal ou da composição da liga.
Durante o resfriamento do metal no estado líquido dentro de um molde,
surgem, em vários locais, núcleos para a solidificação. Os cristais crescem a
partir destes núcleos até que começam a se encontrar uns com os outros na
fase final da solidificação..
Denomina-se grão cada cristal individual do material. No caso do material
policristalino, cada grão encontra-se cercado por vários outros. A superfície de
encontro de dois grãos é denominada contorno de grão.
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DEFEITOS CRISTALINOSDEFEITOS CRISTALINOSFORMAFORMAÇÇÃO DA ESTRUTURA CRISTALINAÃO DA ESTRUTURA CRISTALINA
Nucleação da solidificação na superfície do molde Crescimento dos cristais e maior nucleação na superfície fria da parede do molde.
Nucleação de grãos no interior do líquido
Mais grãos podem ser nucleados. Prossegue o crescimento dos grãos devido ao arranjo ordenado de átomos nos cristais.
Crescimento dos grãos com a perda de calor
Todo o líquido foi solidificado. As regiões de encontro dos grãos são os contornos de grão
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CLASSIFICACLASSIFICAÇÇÃO DOS DEFEITOSÃO DOS DEFEITOSDEFEITOS CRISTALINOSDEFEITOS CRISTALINOS
Os defeitos podem ser oriundos do processo de nucleação e crescimento
ou provocados pela presença de outros elementos na estrutura.
Estes elementos são considerados como impurezas quando estão presentes
na estrutura cristalina em conseqüência do processo de fabricação, e elementos
de liga quando adicionados com o propósito de se obter propriedades
desejadas.
Os defeitos podem ser classificados em:
Defeitos pontuais;Defeitos lineares;Defeitos de superfície (ou
bidimensionais ou planares);Defeitos volumétricos.
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DEFEITOS PONTUAISDEFEITOS PONTUAISDEFEITOS CRISTALINOSDEFEITOS CRISTALINOS
Os cristais podem apresentar defeitos em pontos isolados de sua estrutura,
dando lugar às imperfeições de ponto (defeitos pontuais). Dentre as
imperfeições pontuais, as mais importantes são: as vacâncias ou vazios,
impurezas (átomos intersticiais e átomos substitucionais), e auto-intersticiais.
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DEFEITOS LINEARESDEFEITOS LINEARESDEFEITOS CRISTALINOSDEFEITOS CRISTALINOS
Os cristais podem apresentar defeitos alinhados e contínuos em sua
estrutura, dando origem às imperfeições de linha. Os defeitos de linha, também
chamados de discordânciasdiscordâncias são defeitos que causam a distorção da rede
cristalina em torno de uma linha e caracterizam-se por envolver um plano extra
de átomos.
Estas imperfeições podem ser produzidas durante a solidificação, na
deformação plástica de sólidos cristalinos ou ainda como resultado da
concentração de vacâncias.
Os três principais tipos de defeitos em linha sâo conhecidos como:
discordância em cunha, discordância em hélice e discordância mista.
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DEFEITOS LINEARESDEFEITOS LINEARESDEFEITOS CRISTALINOSDEFEITOS CRISTALINOS
Discordância em CunhaDiscordância em Cunha
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DEFEITOS LINEARESDEFEITOS LINEARESDEFEITOS CRISTALINOSDEFEITOS CRISTALINOS
Discordância em CunhaDiscordância em Cunha
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DEFEITOS LINEARESDEFEITOS LINEARESDEFEITOS CRISTALINOSDEFEITOS CRISTALINOS
Discordância em HDiscordância em Héélicelice
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DEFEITOS LINEARESDEFEITOS LINEARESDEFEITOS CRISTALINOSDEFEITOS CRISTALINOS
Discordância em MistaDiscordância em Mista
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DEFEITOS DE SUPERFDEFEITOS DE SUPERFÍÍCIE (BIDIMENSIONAIS OU PLANARES)CIE (BIDIMENSIONAIS OU PLANARES)DEFEITOS CRISTALINOSDEFEITOS CRISTALINOS
Os cristais também apresentam defeitos que se estendem ao longo de sua
estrutura, formando superfícies e denominados de defeitos de superfície.
Esse tipo de defeito inclui: superfícies livres, contornos de grão, outros
contornos (maclas e outras fases presentes) e as falhas de empilhamento.
superfícies livres;
contornos de grão;
outros contornos (maclas e outras fases presentes) ;e
as falhas de empilhamento
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DEFEITOS DE SUPERFDEFEITOS DE SUPERFÍÍCIE (BIDIMENSIONAIS OU PLANARES)CIE (BIDIMENSIONAIS OU PLANARES)DEFEITOS CRISTALINOSDEFEITOS CRISTALINOS
SuperfSuperfíícies Livrescies LivresApesar de serem consideradas o término da estrutura cristalina, as superfícies
externas de um cristal são consideradas defeitos cristalinos, já que o número de vizinhos de um átomo superficial não é o mesmo de um átomo no interior do cristal.
Os átomos superficiais possuem vizinhos apenas de um lado, tem maiorenergia e assim, estão ligados aos átomos internos mais fragilmente
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DEFEITOS DE SUPERFDEFEITOS DE SUPERFÍÍCIE (BIDIMENSIONAIS OU PLANARES)CIE (BIDIMENSIONAIS OU PLANARES)DEFEITOS CRISTALINOSDEFEITOS CRISTALINOS
Contornos de GrãoContornos de Grão
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DEFEITOS DE SUPERFDEFEITOS DE SUPERFÍÍCIE (BIDIMENSIONAIS OU PLANARES)CIE (BIDIMENSIONAIS OU PLANARES)DEFEITOS CRISTALINOSDEFEITOS CRISTALINOS
Contornos de GrãoContornos de Grão
Superfícies de contato associadas aos contornos de grão
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DEFEITOS DE SUPERFDEFEITOS DE SUPERFÍÍCIE (BIDIMENSIONAIS OU PLANARES)CIE (BIDIMENSIONAIS OU PLANARES)DEFEITOS CRISTALINOSDEFEITOS CRISTALINOS
MaclasMaclasÉ um tipo especial de contorno de grão.
Os átomos de um lado do contorno são imagens especulares dos átomos do outro lado do contorno
A macla (“twin”) ocorre num plano definido e numa direção específica, dependendo da estrutura cristalina
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DEFEITOS DE SUPERFDEFEITOS DE SUPERFÍÍCIE (BIDIMENSIONAIS OU PLANARES)CIE (BIDIMENSIONAIS OU PLANARES)DEFEITOS CRISTALINOSDEFEITOS CRISTALINOS
MaclasMaclasO seu aparecimento está geralmente associado com:
Presença de tensões térmicas e mecânicas;
Desvio da estequiometria;
Presença de impurezas
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DEFEITOS VOLUMDEFEITOS VOLUMÉÉTRICOSTRICOSDEFEITOS CRISTALINOSDEFEITOS CRISTALINOS
São introduzidas no processamento do material e/ou na fabricação do componente.
Alguns exemplos:Inclusões - impurezas estranhas;
Precipitados - são aglomerados de partículas cuja composição
difere da matriz;
Porosidade – origina-se devido a presença ou formação de
gases;
Fases - forma-se devido à presença de impurezas ou
elementos de liga (ocorre quando o limite de solubilidade é
ultrapassado).
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DEFEITOS VOLUMDEFEITOS VOLUMÉÉTRICOSTRICOSDEFEITOS CRISTALINOSDEFEITOS CRISTALINOS
InclusõesInclusões
INCLUSÕES DE ÓXIDO DE COBRE (Cu2O) EM COBRE DE ALTA PUREZA (99,26%) LAMINADO A FRIO E RECOZIDO A 800o C.
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DEFEITOS VOLUMDEFEITOS VOLUMÉÉTRICOSTRICOSDEFEITOS CRISTALINOSDEFEITOS CRISTALINOS
COMPACTADO DE PÓ DE FERRO,COMPACTAÇÃO UNIAXIAL EM MATRIZ DE DUPLO EFEITO, A 550 MPa
PososidadePososidade
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DEFEITOS VOLUMDEFEITOS VOLUMÉÉTRICOSTRICOSDEFEITOS CRISTALINOSDEFEITOS CRISTALINOS
PartPartíículas de Segunda Faseculas de Segunda Fase
A MICROESTRUTURA É COMPOSTA POR VEIOS DE GRAFITA SOBRE UMA MATRIZ PERLÍTICA. CADA GRÃO DE PERLITA, POR SUA VEZ, É CONSTITUÍDO POR LAMELAS ALTERNADAS DE DUAS FASES: FERRITA (OU FERRO-α) E CEMENTITA (OU CARBONETO DE FERRO).
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DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO
DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO
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DIAGRAMA DE EQUILDIAGRAMA DE EQUILÍÍBRIOBRIOINTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
Os diagramas de fase, também chamados diagramas de equilíbrio, são
representações gráficas das fases presentes em um sistema em função da
temperatura, pressão e composição.
A maioria dos diagramas de fases são obtidos em condições de equilíbrio e
são usados para entender e prever o comportamento dos materiais
Diagrama de fases (pressão-temperatura) da água
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DIAGRAMA DE EQUILDIAGRAMA DE EQUILÍÍBRIOBRIOINTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
Os diagramas de fase utilizados em metalurgia apresentam as fases em
equilíbrio a uma dada temperatura e à pressão atmosférica normal.
O diagrama de equilíbrio é aplicável quando o resfriamento é lento e contínuo
(equilíbrio estável).
No entanto, apresenta limitações na previsão de fases obtidas em situações
fora da condição de equilíbrio
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DIAGRAMA DE EQUILDIAGRAMA DE EQUILÍÍBRIOBRIOINTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
Diagrama de equilíbrio para o cobre (puro), indicando as condições (pressão e temperatura), onde este metal se encontra na fase sólida, líquida ou vapor.
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DIAGRAMA DE EQUILDIAGRAMA DE EQUILÍÍBRIOBRIOINTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
A determinação dos diagramas de equilíbrio é feita experimentalmente através dos seguintes métodos: análise térmica, dilatometria, resistência elétrica, metalografia, difração de raios X.
Em metais puros a fusão se dá numa temperatura bem definida e em ligas, numa faixa de temperatura onde se distingue o início e o término da fusão. Estes pontos de inflexão são pontos do diagrama de equilíbrio
Substâncias puras Liga binária
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DIAGRAMA DE EQUILDIAGRAMA DE EQUILÍÍBRIOBRIOSOLUBILIDADESOLUBILIDADE
A adição de elementos de liga à um material puro, os átomos deste elemento farão parte da rede cristalina, ocupando posições atômicas ou interstícios. Em outras palavras, esses átomos serão inicialmente dissolvidos, formando uma solução sólida
Nas soluções sólidas, os átomos em maior quantidade são chamados de átomos “solvente”, enquanto os átomos “soluto” são aqueles que são dissolvidos.
A capacidade de uma dada fase em dissolver um elemento de liga ou impureza tem um limite. Esse limite é chamado de limite de solubilidade. Uma vez excedido este limite, precipita-se uma nova fase, mais rica nos elementos de liga ou impurezas que não foram dissolvidos.
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DIAGRAMA DE EQUILDIAGRAMA DE EQUILÍÍBRIOBRIOSOLUBILIDADESOLUBILIDADE
O limite de solubilidade corresponde a concentração máxima que se pode atingir de um soluto dentro de um solvente.
O limite de solubilidade depende da temperatura. Em geral, cresce com a temperatura.
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DIAGRAMA DE EQUILDIAGRAMA DE EQUILÍÍBRIOBRIOFASESFASES
A fase é a porção de matéria fisicamente homogênea e perfeitamente
distinguível.
Uma fase é identificada pela composição química e microestrutura.
A interação de duas ou mais fases em um material permite a obtenção de
propriedades diferentes.
É possível alterar as propriedades do material alterando a forma e distribuição
das fases.
O equilíbrio de fases é o reflexo da constância das características das fases
com o tempo.
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DIAGRAMA DE EQUILDIAGRAMA DE EQUILÍÍBRIOBRIOFASESFASES
Suas propriedades ou características mudam lentamente com o tempo, ou
seja, o estado de equilíbrio não é nunca alcançado. No entanto, não há
mudanças muito perceptíveis com o tempo na microestrutura das fases
metaestáveis.
Suas propriedades ou características não mudam com o tempo.
Geralmente, as fases sólidas são representadas nos diagramas por letras
gregas.
Fases de EquilFases de Equilííbriobrio
Fases MetaestFases Metaestááveisveis
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DIAGRAMA DE EQUILDIAGRAMA DE EQUILÍÍBRIOBRIO
Diagramas de Sistemas Binários
• isomorfo• eutético• peritético• monotético• eutetóide• peritetóide• sintético• com fases intermediárias
Diagramas de Sistemas Ternários• Sistemas ternários• pseudobinários
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DIAGRAMA DE SISTEMAS BINDIAGRAMA DE SISTEMAS BINÁÁRIOSRIOSCARACTERCARACTERÍÍSTICASSTICAS
Os diagramas de fase binários utilizados no estudo da metalurgia física são
construídos, geralmente, para uma pressão de 1 atm, possuem no eixo vertical a
temperatura e no horizontal a porcentagem (em peso ou atômica) dos elementos
que compõem o sistema binário.
Com esses diagramas é possível determinar quais as fases mais estáveis
termodinamicamente, para uma dada composição, em uma dada temperatura. É
também possível determinar a composição química das fases e a
porcentagem relativa das fases.
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DIAGRAMA DE SISTEMAS BINDIAGRAMA DE SISTEMAS BINÁÁRIOSRIOSCARACTERCARACTERÍÍSTICASSTICAS
Esquema ilustrativo dos diversos sistemas representados nos diagramas de fase.
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DIAGRAMA DE SISTEMAS BINDIAGRAMA DE SISTEMAS BINÁÁRIOSRIOSISOMORFOSISOMORFOS
Nos sistemas isomorfos, os dois componentes formam uma única solução
sólida em qualquer composição. Ou seja, há solubilidade total em qualquer
proporção de soluto.
Diagrama Cobre - Níquel.
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DIAGRAMA DE SISTEMAS BINDIAGRAMA DE SISTEMAS BINÁÁRIOSRIOSISOMORFOSISOMORFOS
Diagrama Cobre - Níquel.
InterpretaInterpretaçção do Diagramaão do Diagrama
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DIAGRAMA DE SISTEMAS BINDIAGRAMA DE SISTEMAS BINÁÁRIOSRIOSISOMORFOSISOMORFOS
Fases presentes: Para uma coordenada qualquer do diagrama, verifica-se
quais fases estão presentes.
Diagrama Cobre - Níquel.
Ponto A apenas fase alfaPonto B fase alfa e fase líquida
InterpretaInterpretaçção do Diagramaão do Diagrama
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DIAGRAMA DE SISTEMAS BINDIAGRAMA DE SISTEMAS BINÁÁRIOSRIOSISOMORFOSISOMORFOS
Composição de cada fase: Para uma coordenada qualquer do diagrama,
verifica-se quantas fases existem.
InterpretaInterpretaçção do Diagramaão do Diagrama
Uma fase composição lida diretamente do gráfico.Duas fases Usa-se o método da linha de conexão (tie-line)
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DIAGRAMA DE SISTEMAS BINDIAGRAMA DE SISTEMAS BINÁÁRIOSRIOSISOMORFOSISOMORFOS
Determinação das frações de cada fase: Para uma coordenada qualquer do
diagrama, verifica-se quantas fases existem.
InterpretaInterpretaçção do Diagramaão do Diagrama
Uma fase 100 % da própria fase.Duas fases Regra da Alavanca
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DIAGRAMA DE SISTEMAS BINDIAGRAMA DE SISTEMAS BINÁÁRIOSRIOSISOMORFOSISOMORFOS
Determinação das frações de cada fase: Para uma coordenada qualquer do
diagrama, verifica-se quantas fases existem.
InterpretaInterpretaçção do Diagramaão do Diagrama
Uma fase 100 % da própria fase.Duas fases Regra da Alavanca
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DIAGRAMA DE SISTEMAS BINDIAGRAMA DE SISTEMAS BINÁÁRIOSRIOSISOMORFOSISOMORFOS
EvoluEvoluçção ão MicroestruturalMicroestrutural
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DIAGRAMA DE SISTEMAS BINDIAGRAMA DE SISTEMAS BINÁÁRIOSRIOSISOMORFOSISOMORFOS
CondiCondiçções de equilões de equilííbrio e não equilbrio e não equilííbriobrio
Resfriamento fora da condição de equilíbrioResfriamento lento (equilíbrio)
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DIAGRAMA DE SISTEMAS BINDIAGRAMA DE SISTEMAS BINÁÁRIOSRIOSEUTEUTÉÉTICOTICO
Nos sistemas eutéticos ocorre a reação eutética, onde um líquido se
transforma em dois sólidos ou no sentido contrário, no caso da fusão.
Diagrama Cobre - Níquel.
Reação eutética: L → (sólido 1 + sólido 2)
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DIAGRAMA DE SISTEMAS BINDIAGRAMA DE SISTEMAS BINÁÁRIOSRIOSEUTEUTÉÉTICOTICO
Eutético: L Solido 1 + Sólido 2
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DIAGRAMA DE SISTEMAS BINDIAGRAMA DE SISTEMAS BINÁÁRIOSRIOSEUTEUTÉÉTICOTICO
No interior de uma No interior de uma estrutura eutestrutura eutéética lamelartica lamelar
αα primprimáária rica em chumbo ria rica em chumbo (regiões globulares escuras)(regiões globulares escuras)
composta de fase β rica em estanho (regiões claras) e fase α rica em chumbo (regiões escuras).
Micrografia de uma liga de Pb-Sn
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DIAGRAMA DE SISTEMAS BINDIAGRAMA DE SISTEMAS BINÁÁRIOSRIOSEUTEUTÉÉTICOTICO
Eutéticos típicos: (A) lamelar, Al-Cu (33,2%) x 800; (B) acicular, Al-Si (12,3%) x 500; (C) globular, Cu - Cufi (3,6%) x 500; (D) gráfico, Pb - Bi (56.3%) x 800.
CCAA
DDBB
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Formas típicas apresentadas por compostos eutéticos
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DIAGRAMA DE SISTEMAS BINDIAGRAMA DE SISTEMAS BINÁÁRIOSRIOSEUTEUTÉÉTICOTICO fase β - clara
(rica Sn)
Eutético vem do grego e significa “de fusão mais fácil”
fase α - escura (rica Pb)
Diagrama Pb-Sn.
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DIAGRAMA DE SISTEMAS BINDIAGRAMA DE SISTEMAS BINÁÁRIOSRIOSEUTEUTÉÉTICOTICO
Sistema eutético Pb-Sb e estruturas correspondentes à diversas ligas
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DIAGRAMA DE SISTEMAS BINDIAGRAMA DE SISTEMAS BINÁÁRIOSRIOSEUTETEUTETÓÓIDEIDE
Reação eutetóide: sólido 1 → (sólido 2 + sólido 3)
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DIAGRAMA DE SISTEMAS BINDIAGRAMA DE SISTEMAS BINÁÁRIOSRIOSPERITPERITÉÉTICOTICO
Reação peritética: L + sólido 1 → sólido 2
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DIAGRAMA DE SISTEMAS BINDIAGRAMA DE SISTEMAS BINÁÁRIOSRIOSMONOTMONOTÉÉTICOTICO
Ex.: diagrama Bi-Zn e Cu-Pb.
Reação monotética: L1 → L2 +sólido 1
Dois líquidos imiscíveis formam uma fase sólida e uma fase líquida (MONOTÉTICA)
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DIAGRAMA DE SISTEMAS TERNDIAGRAMA DE SISTEMAS TERNÁÁRIOSRIOSDIAGRAMAS TERNDIAGRAMAS TERNÁÁRIOSRIOS
Diagrama ternários
Os sistemas ternários possuem três componentes, exigindo uma
representação tridimensional.
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DIAGRAMA DE SISTEMAS TERNDIAGRAMA DE SISTEMAS TERNÁÁRIOSRIOS
Diagrama ternário Cr-Fe- Ni
O estudo dos sistemas ternários é realizado com maior facilidade
empregando-se secções isotérmicas ou secções verticais do diagrama ternário.
DIAGRAMAS TERNDIAGRAMAS TERNÁÁRIOSRIOS
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DIAGRAMA DE SISTEMAS TERNDIAGRAMA DE SISTEMAS TERNÁÁRIOSRIOS
Diagrama Fe-Cr-NI
DIAGRAMAS PSEUDOBINDIAGRAMAS PSEUDOBINÁÁRIOSRIOS
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DIAGRAMA DE FASES Fe-Fe3C
DIAGRAMA DE FASES Fe-Fe3C
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ALOTROPIA OU POLIMORFISMOALOTROPIA OU POLIMORFISMODIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
Alguns metais e não-metais podem ter mais de uma estrutura cristalina
dependendo da temperatura e pressão. Esse fenômeno é conhecido como
polimorfismo (alotropia).
AlotropiaAlotropia significa "maneira diferente"maneira diferente““ (do grego grego allosallos, outro, e tropos, , outro, e tropos,
maneiramaneira - o termo foi criado por Jöns Jacob Berzelius), e na química esta
palavra foi empregada para designar a capacidade de um elemento químico
gerar outras substâncias simples diferentes.
Geralmente as transformatransformaçções ões polimorficaspolimorficas são acompanhadas de
mudanmudançças na densidade e mudanas na densidade e mudançças de outras propriedades fas de outras propriedades fíísicassicas.
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ALOTROPIA OU POLIMORFISMOALOTROPIA OU POLIMORFISMODIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
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O diamante e o grafite são substâncias simples formadas apenas por carbono. A grande diferença entre eles é a maneira como os átomos ficam organizados nas moléculas. O grafite representa a forma mais estável do carbono, já o diamante, só é conseguido com pressões e temperaturas altíssimas. É até possível transformar grafite em diamante em laboratório, mas os gastos seriam muito maiores que os lucros obtidos com o diamante criado. Então, dizemos que o grafite e o diamante são formas alotrópicas do mesmo elemento químico (carbono).
grafite diamante
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ALOTROPIA OU POLIMORFISMOALOTROPIA OU POLIMORFISMODIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
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Estrutura atômica do diamante e grafite, respectivamente
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ALOTROPIA DO FERROALOTROPIA DO FERRODIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
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Sob uma pressão de 1 atm o ferro puro apresenta as seguintes mudanças de
estado e transformações alotrópicas.
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ALOTROPIA DO FERROALOTROPIA DO FERRODIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
Variações da estrutura atômica do ferro Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
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Os diagramas de fase utilizados em
Metalurgia apresentam as fases em
equilíbrio a uma dada temperatura e à
pressão atmosférica normal.
O diagrama de equilíbrio é aplicável
quando o resfriamento é lento e
contínuo (equilíbrio estável).
No entanto, apresenta limitações na
previsão de fases obtidas em situações
fora da condição de equilíbrio.
Diagrama de equilíbrio Fe-Fe3C
DIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CCCONCEITOSCONCEITOS
Curvas de ResfriamentoCurvas de Resfriamento
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CONCEITOSCONCEITOSDIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
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O diagrama de equilíbrio Fe-C apresenta a ferrita e a grafitaferrita e a grafita como sendo as fases termodinamicamente mais estfases termodinamicamente mais estááveisveis na temperatura ambiente.
Em termos práticos, no estudo dos aços, a grafitização não ocorre, pois para atingir essa situação de equilíbrio leva-se muito tempo e portanto, é muito freqüente a utilização do diagrama de equildiagrama de equilííbrio metaestbrio metaestáávelvel onde parte do carbono encontracarbono encontra--se em soluse em soluçção são sóólida e parte formando carbonetos de lida e parte formando carbonetos de ferroferro.
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CONCEITOSCONCEITOSDIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
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Sistema estável ferro-grafita Sistema metaestável ferro-carboneto de ferro
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CONCEITOSCONCEITOSDIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
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Diagrama Fe-C como usualmente considerado
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CONCEITOSCONCEITOSDIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
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O diagrama de fases Fe-Fe3C (cementita) vem a ser o mais apropriado para o estudo dos aços carbono e baixa liga, pois é na forma de cementita (e, eventualmente, de outros carbonetos) que o carbono se precipita nessas ligas.
Diagrama Fe-C como usualmente considerado
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CONCEITOSCONCEITOSDIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
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O diagrama Fe-Fe3C indica, em funfunçção da temperatura e da concentraão da temperatura e da concentraçção ão
de carbonode carbono, quais as fasesquais as fases (líquido, α, λ, δ e Fe3C) que se encontram em que se encontram em
equilequilííbrio.brio.
A estrutura cúbica de corpo centrado, embora menos compacta que a
estrutura cúbica de face centrada, possui menor capacidade de dissolver o
carbono, pois os seus interstícios na rede cristalina são menores.
A austenita é capaz de dissolver até 2% de carbono (a 1130OC).
As ligas ferro-carbono, com até 2% de carbono, denominam-se aaççosos; as ligas
com valores superiores a 2% denominam-se ferros fundidosferros fundidos.
As microestruturas previstas no diagrama diagrama FeFe--FeFe33CC são resultantes de
reações que dependem de difusãodependem de difusão no estado sólido e, portanto, ssóó poderão poderão ser obtidas por resfriamentos lentosser obtidas por resfriamentos lentos.
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CONSTITUINTESCONSTITUINTESDIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
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Os constituintes podem ser compostos por uma única fase ou pela combinação de várias.
A presença do carbono e outros EL alteram a maneira como os atómosestão dispostos.
CONSTITUINTES CONSTITUINTES ≠≠ FASESFASES
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CONSTITUINTESCONSTITUINTESDIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
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Ferrita (Ferrita (αα)) : Solução sólida de carbono em ferro CCC. A solubilidade máxima do carbono é de 0,022% na temperatura eutetóide (727oC). Na temperatura
ambiente a ferrita consegue dissolver apenas 0,008%C. Possue características
Magnéticas.
AustenitaAustenita ((γγ)) : Solução sólida de carbono no ferro CFC. A solubilidade máxima do carbono é 2,11% na temperatura eutética (1148oC). A austenita dissolve mais
carbono do que a ferrita porque a estrutura CFC tem interstícios maiores, apesar
de serem em menor número do que na CCC. Possue características não
magnéticas.
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CONSTITUINTESCONSTITUINTESDIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
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Ferrita (α) Austenita
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CONSTITUINTESCONSTITUINTESDIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
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Sistema ortorrômbico
Ferrita (Ferrita (δδ)):: Solução sólida de carbono no ferro CCC, que ocorre em temperaturas mais elevadas do que a austenita. A solubilidade máxima do carbono é um pouco maior do que na ferrita α (0,09% contra 0,022%) porque ocorre em temperaturas maiores, onde a agitação térmica dos átomos é maior.
CementitaCementita (Fe(Fe33C)C):: Carboneto de ferro, de estrutura ortorrômbica, muito duro e frágil. De acordo com a estequiometria, o %C em peso da cementita é 6,67%. Sistema ortorrômbico (12 átomos de Fe e 4 de C por célula unitária).
É um composto intermetálico metaestável, embora a velocidade de decomposição em ferro α e C seja muito lenta.
Adição de Si acelera a decomposição da cementita para formar grafita.
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CONSTITUINTESCONSTITUINTESDIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
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Detalhe de um grão de perlita
Perlita (Perlita (α + α + FeFe33CC)): : estrutura lamelar de cementita (Fe3C) em matriz ferrítica(áreas claras).
PerlitaPerlita
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EVOLUEVOLUÇÇÃO MICROESTRUTURALÃO MICROESTRUTURALDIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
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Serão observadas como se formam as microestruturas obtidas por resfriamento lento nos três tipos básicos de aço ao carbono:
Eutetóide: É a composição que passa pelo ponto eutetoide, ou seja
0,77%C (≈ 0,80%C).
Hipoetutetóide: São os aços que possuem carbono abaixo de 0,80%
(e acima de 0,02%).
Hipereutetóide: São os aços que possuem carbono acima de 0,80% e
abaixo de 2%
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EVOLUEVOLUÇÇÃO MICROESTRUTURALÃO MICROESTRUTURALDIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
Ferros Fundidos
AAçço o EutetEutetóóideide
AAçço o HipoeutetHipoeutetóóideide
AAçço o HipereutetHipereutetóóideide
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2) Hipoeutetóide 1) Eutetóide 3) Hipereutetóidemicroestruturas obtidas pelo resfriamento lento
EVOLUEVOLUÇÇÃO MICROESTRUTURALÃO MICROESTRUTURALDIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
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119
EVOLUEVOLUÇÇÃO MICROESTRUTURALÃO MICROESTRUTURALDIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
Inicialmente, temos apenas a fase γ.
A uma temperatura imediatamente abaixo da eutetóide, toda a fase γ se transforma em perlita (ferrita+ Fe3C) de acordo com a reação eutetóide.
Estas duas fases tem concentrações de carbono muito diferentes. Esta reação é rápida. Não há tempo para haver grande difusão de carbono.
As fases se organizam como lamelas alternadas de ferrita e cementita.
TransformaTransformaçção ão EutetEutetóóideide
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
120
EVOLUEVOLUÇÇÃO MICROESTRUTURALÃO MICROESTRUTURALDIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
TransformaTransformaçção ão EutetEutetóóideide
100% γAustenita
2
Tem
pera
tur
a
γ
γ+L
Carbono(%)
Líquido (L)
perlita
γ
γ→ perlita
100% perlitaTempo t0,8
100% γ
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EVOLUEVOLUÇÇÃO MICROESTRUTURALÃO MICROESTRUTURALDIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
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Inicialmente, temos apenas a fase γ.
Em seguida começa a surgir fase α nos contorno
de grão da fase γ.
A uma temperatura imediatamente acima da
eutética, a fase α já cresceu, ocupando
completamente as fronteiras da fase γ. A
concentração da fase α é 0.022 wt% C. A
concentração da fase γ é 0.77 wt% C (eutetóide).
A uma temperatura imediatamente abaixo da
eutetóide, toda a fase γ se transforma em perlita
(ferrita eutetóide+ Fe3C). A fase α, que não muda e é
denominada ferrita pro-eutetóide.
TransformaTransformaçção ão HipoeutetHipoeutetóóideide
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EVOLUEVOLUÇÇÃO MICROESTRUTURALÃO MICROESTRUTURALDIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
TransformaTransformaçção ão HipoeutetHipoeutetóóideide
2
Tem
pera
tur
a
γ
α + γ
γ + L
Carbono(%)0,8
Líquido (L)L + δ
α + perlita
γ
γ→αγ→ perlita
90% α10% γ
90% α10% perlita
Tempo t
100% γ
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
123
Microestrutura de aço hipoeutetóide (0,38%C). Aumento: 635X
EVOLUEVOLUÇÇÃO MICROESTRUTURALÃO MICROESTRUTURALDIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
Perlita Ferrita
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124
EVOLUEVOLUÇÇÃO MICROESTRUTURALÃO MICROESTRUTURALDIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
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Inicialmente, temos apenas a fase γ.
Em seguida começa a surgir fase Fe3C nas fronteiras de grão da fase γ. A concentração da Fe3C é constante igual a 6.7wt% C.
A concentração da austenita cai com a temperatura seguindo a linha que separa o campo γ+Fe3C do campo γ. A uma temperatura imediatamente acima da eutetóidea concentração da fase γ é 0.77wt% C (eutétóide).
A uma temperatura imediatamente abaixo da eutetóide toda a fase γ se transforma em perlita. A fase Fe3C , que não muda, é denominada cementita pro-eutetóide.
TransformaTransformaçção ão HipereutetHipereutetóóideide
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
125
EVOLUEVOLUÇÇÃO MICROESTRUTURALÃO MICROESTRUTURALDIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
TransformaTransformaçção ão HipereutetHipereutetóóideide
1 2
Tem
pera
tura
γ
γ+L
Carbono (%)
Líquido (L)
perlita + Fe3C
γ
γ→ perlita
tempo
100%γ
90% γ10% Fe3C
90% perlita10% Fe3C0,8
γ→Fe3C
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
126
Microestrutura de aço hipereutetoide (1,4%C) resfriado lentamente: colônias de perlita e cementita delineando os contornos da austenita prévia. Aumento: 500X
Perlita
Cementita
EVOLUEVOLUÇÇÃO MICROESTRUTURALÃO MICROESTRUTURALDIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
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Resumo das microestruturas obtidas pelo resfriamento lento
Hipoeutetóide HipereutetóideEutética
EVOLUEVOLUÇÇÃO MICROESTRUTURALÃO MICROESTRUTURALDIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES FeFe--FeFe33CC
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128
CURVAS DE RESFRIAMENTO
CURVAS DE RESFRIAMENTO
129
O diagrama de fase Fe-Fe3C, embora seja de grande utilidade, não fornece
informações acerca da transformação da austenita em condições diferentes das
condições de equilíbrio.
Na realidade existem, como no caso de processos de soldagem conformação
mecânica, variações de temperatura em função de tempo pela qual, geralmente,
não representam as microestrutura de equilíbrio estudadas.
CURVAS DE RESFRIAMENTOCURVAS DE RESFRIAMENTO
Utilizando diagramas (curvas de resfriamento) incorporam transformações de fase em função do tempo e da temperatura de processamento
Como prever tais microestruturas?
INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
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130
CURVAS DE RESFRIAMENTOCURVAS DE RESFRIAMENTOINTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
diagrama de transformação isotérmica ou diagrama TTT (temperatura –tempo – transformação)Diagramas de ResfriamentoDiagramas de Resfriamento
diagrama de resfriamento contínuo ou ciagrama CCT (“continuous coolingtransformation)
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131
O diagrama de transformação isotérmica (diagrama ITT - “Isothermal
Temperature Transformation”) ou diagrama TTT é obtido pelo resfriamento da
austenita a temperaturas constantes e sua transformação determinada ao longo
do tempo.
CURVAS TEMPERATURACURVAS TEMPERATURA--TRANSFORMATRANSFORMAÇÇÃOÃO--TEMPO (TTT)TEMPO (TTT)
Ciclo térmico de austenitização e resfriamento com transformação isotérmica
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132
CURVAS TEMPERATURACURVAS TEMPERATURA--TRANSFORMATRANSFORMAÇÇÃOÃO--TEMPO (TTT)TEMPO (TTT)
As duas linhas cheias marcam o
início e final da transformação
isotérmica (no exemplo 675ºC).
A linha tracejada representa 50% da
transformação concluída.
A temperatura eutetóide está indicada
por uma linha horizontal.
Abaixo da temperatura eutetóide a
austenita fica instável.
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133
CURVAS CURVAS TEMPERATURATEMPERATURA--TRANSFORMATRANSFORMAÇÇÃOÃO--TEMPOTEMPO (TTT)(TTT)
Curva TTT para aços
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134
Em relação a formação da perlita por transformações isotérmicas, é possível a
obtenção das perlitas denominadas de perlita grosseira e perlita fina.
A espessura das camadas de ferrita e cementita na estrutura lamelar da perlita
dependem da temperatura de formação.
Em temperaturas imediatamente abaixo da temperatura eutetóide (727 oC) há
a produção de camadas relativamente espessas, tanto para a ferrita como para a
cementita, numa microestrutura denominada de perlita grosseira.
Com a diminuição da temperatura, existe a redução da espessura das
camadas, originando a perlita fina.
CURVAS TEMPERATURACURVAS TEMPERATURA--TRANSFORMATRANSFORMAÇÇÃOÃO--TEMPO (TTT)TEMPO (TTT)
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135
CURVAS TEMPERATURACURVAS TEMPERATURA--TRANSFORMATRANSFORMAÇÇÃOÃO--TEMPO (TTT)TEMPO (TTT)
Perlita GrosseiraPerlita Grosseira Perlita FinaPerlita Fina
Ttransf logo abaixo da TET maiores: difusão é mais rápidaPerlita é grosseira.
Ttransf bem abaixo da TET menores: difusão é mais lentaPerlita fina
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136
CURVAS TEMPERATURACURVAS TEMPERATURA--TRANSFORMATRANSFORMAÇÇÃOÃO--TEMPO (TTT)TEMPO (TTT)
Microestrutura da perlita em função da isoterma mantida:(a) 655ºC, (b) 600ºC, (c) 534ºC e (d) 487ºC. A morfologia da estrutura de 2 fases é a mesma, mas o espaçamento entre elas diminui com o decréscimo da temperatura da isoterma.
+ fina+ grosseira
Ttransf <<TETtransf ~ TE TTtransftransf <<T<<TEETtransf ~ TE
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137
CURVAS TEMPERATURACURVAS TEMPERATURA--TRANSFORMATRANSFORMAÇÇÃOÃO--TEMPO (TTT)TEMPO (TTT)
FATORES DE INFLUÊNCIAFATORES DE INFLUÊNCIA
Teor de carbono - quanto maior o teor de C, até a percentagem de 0,8%, mais para a direita ficará deslocada a curva TTT.
Teor de elementos de liga - quanto maior os teores de elementos de liga, com exceção do Co, mais para a direita ficará deslocada a curva TTT.
Tamanho de grão e homogeneização da austenita - quanto maior o tamanho de grão da austenita e quanto mais homogêneo for o grão mais deslocada para a direita ficará a curva TTT.
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138
CURVAS TEMPERATURACURVAS TEMPERATURA--TRANSFORMATRANSFORMAÇÇÃOÃO--TEMPO (TTT)TEMPO (TTT)
Influência da composição química (elementos de liga)
FATORES DE INFLUÊNCIAFATORES DE INFLUÊNCIA
0,40%C-1,0%Mn + 0,8%Cr + 0,8%Cr + 0,3%Mo + 1,8%Ni
Os elementos de liga, via de regra, deslocam as curvas TTT para a direita, ou seja, eles retardam as reações difusionais.
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139
CURVAS TEMPERATURACURVAS TEMPERATURA--TRANSFORMATRANSFORMAÇÇÃOÃO--TEMPO (TTT)TEMPO (TTT)
Influência do tamanho de grão na transformação da austenita
FATORES DE INFLUÊNCIAFATORES DE INFLUÊNCIA
As transformações difusionais, em geral, ocorrem nos contornos de grão. Sendo assim, quanto maior a disponibilidade de contornos de grão maior será o favorecimento de reações difusionais (formação de ferrita, perlita e cementita).Na amostra B (menor TG) a formação de fases difusionais é favorecida, jána amostra A (maior TG) as reações difusionais são menos favorecidas.
Amostra A Amostra B
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140
CURVAS DE RESFRIAMENTO CONTCURVAS DE RESFRIAMENTO CONTÍÍNUO (CCT)NUO (CCT)
Um diagrama de transformação isotérmica (curva TTT) é válida apenas para
condições de temperatura constante, que deve ser modificada para
transformações que ocorrem à medida em que a temperatura é constantemente
mudada.
No entanto, a maioria das aplicações (tratamentos térmicos, soldagem,
fundição) para aços envolvem resfriamento contínuo de uma amostra até à
temperatura ambiente. Ou seja, não é mantida uma temperatura constante para
as transformações. Para prever as transformações ocorridas nessa situação
utiliza-se as curvas CCT (curvas CCT (““ContinuousContinuous CoolingCooling TransformationTransformation””).).
Os fatores que influenciam as curvas CCT são os mesmos das curvas TTT
(%C; elemento de liga e tamanho de grão).
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141
CURVAS DE RESFRIAMENTO CONTCURVAS DE RESFRIAMENTO CONTÍÍNUO (CCT)NUO (CCT)
Curva CCT do aço 4340 (1.8% Ni, 0.8% Cr, 0.8% Mn, 0.3% Mo e 0.4% C)
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142
CURVAS DE RESFRIAMENTO CONTCURVAS DE RESFRIAMENTO CONTÍÍNUO (CCT)NUO (CCT)
Curva CCT para um aço eutetóide
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
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143
CURVAS DE RESFRIAMENTO CONTCURVAS DE RESFRIAMENTO CONTÍÍNUO (CCT)NUO (CCT)
Curvas de resfriamento para a formação de 100% de martensita.
TRC = Taxa de Resfriamento Crítico
Curvas de resfriamento para a formação de 100% de perlita.
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144
Como foi apresentado anteriormente, as microestrutura obtidas de um
resfriamento fora das condições de equilíbrio não podem ser previstas pelo
diagrama de equilíbrio.
Dessa forma, serão apresentadas as microestruturas dos aços em condicondiçções ões
de nãode não--equilequilííbriobrio. As microestruturas mais comuns são: martensitamartensita e e bainitabainita..
CURVAS DE RESFRIAMENTOCURVAS DE RESFRIAMENTOMICROESTRUTURA RESULTANTESMICROESTRUTURA RESULTANTES
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145
Descrita como ripas de ferrita com carbonetos entre as ripas ou no interior das mesmas.
CURVAS DE RESFRIAMENTOCURVAS DE RESFRIAMENTOMICROESTRUTURA RESULTANTESMICROESTRUTURA RESULTANTES
BAINITABAINITA
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146
Forma-se entre 200 e 540ºC, sendo a bainita superior entre 300 e 540ºC e a
bainita inferior entre 200 e 300ºC.
Tanto a superior quanto a inferior são formadas por ferrita, carbonetos e
podendo apresentar austenita e martensita, modificando-se apenas seu arranjo
na estrutura.
CURVAS DE RESFRIAMENTOCURVAS DE RESFRIAMENTOMICROESTRUTURA RESULTANTESMICROESTRUTURA RESULTANTES
BAINITABAINITA
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - MetalurgiaElaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
147
CURVAS DE RESFRIAMENTOCURVAS DE RESFRIAMENTOMICROESTRUTURA RESULTANTESMICROESTRUTURA RESULTANTES
BAINITABAINITA
As forma de agulhas, contendo ferrita e cementita, só podem ser vistas com
clareza no microscópio eletrônico.
Microestrutura da Bainita contendo finíssimas agulhas das fases (microscopia ótica)
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148
CURVAS DE RESFRIAMENTOCURVAS DE RESFRIAMENTOMICROESTRUTURA RESULTANTESMICROESTRUTURA RESULTANTES
BAINITABAINITA
Microestrutura da Bainita contendo finíssimas agulhas das fases (microscopia eletrônica)
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - MetalurgiaElaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
149
CURVAS DE RESFRIAMENTOCURVAS DE RESFRIAMENTOMICROESTRUTURA RESULTANTESMICROESTRUTURA RESULTANTES
BAINITA SUPERIORBAINITA SUPERIOR
Micrografias de bainita superior (550-400°C) no aço eutetóide
Descrita como ripas de ferrita com carbonetos entre as ripas. Os carbonetos
podem ser intermintentes ou contínuos, dependendo do teor de carbono.
Com adição de alguns elementos de liga (Mn, Si,...) pode-se ter austenita entre
as ripas, o que melhora a tenacidade do material.
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
150
CURVAS DE RESFRIAMENTOCURVAS DE RESFRIAMENTOMICROESTRUTURA RESULTANTESMICROESTRUTURA RESULTANTES
BAINITA INFERIORBAINITA INFERIOR
Micrografias de bainita inferior (400-250°C) no aço eutetóide
Descrita como lentículas de ferrita com carbonetos no interior da ferrita (com
orientação determinada).
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151
CURVAS DE RESFRIAMENTOCURVAS DE RESFRIAMENTOMICROESTRUTURA RESULTANTESMICROESTRUTURA RESULTANTES
MARTENSITAMARTENSITA
Micrografias de um aço temperado (agulhas de martensita)
É uma solução sólida supersaturada de carbono (não se forma por difusão).
Fase metaestável (não aparece no diagrama de equilíbrio) , muito dura e frágil,
de estrutura tetragonal de corpo centrado (TCC). Apresenta microestrutura em
forma de agulhas.
Micrografia de martensita (agulhas) e austenita não-transformada (regiões claras) após resfriamento rápido (têmpera) para o aço ao carbono.
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152
CURVAS DE RESFRIAMENTOCURVAS DE RESFRIAMENTOMICROESTRUTURA RESULTANTESMICROESTRUTURA RESULTANTES
MARTENSITAMARTENSITA
Transformação ocorrida quando há possibilidade de difusão dos átomos para as novas posições na rede cristalina.
Transformação da γ (CFC) α (CCC).
CFCCFC CCCCCC
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153
CURVAS DE RESFRIAMENTOCURVAS DE RESFRIAMENTOMICROESTRUTURA RESULTANTESMICROESTRUTURA RESULTANTES
MARTENSITAMARTENSITA
O rápido resfriamento não permite a difusão dos átomos intersticiais (carbono, nitrogênio) para outros locais da rede cristalina. De maneira que há uma distorção da estrutura CCC para TCC.
Na transformação martensítica, γ (CFC) M (TCC – Tetragonal de Corpo
Centrado).
CFCCFC TCCTCC
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - MetalurgiaElaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
154
CURVAS DE RESFRIAMENTOCURVAS DE RESFRIAMENTOMICROESTRUTURA RESULTANTESMICROESTRUTURA RESULTANTES
MARTENSITAMARTENSITA
Durante a transformação há uma expansão de 2 a 3% em volumeexpansão de 2 a 3% em volume.
A martensita ocorre entre as temperaturas Mi e Mi e MfMf. Essas temperaturas
diminuem com o teor de elementos de liga em soludiminuem com o teor de elementos de liga em soluçção são sóólida na lida na austenitaaustenita.
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - MetalurgiaElaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
155
CURVAS DE RESFRIAMENTOCURVAS DE RESFRIAMENTOMICROESTRUTURA RESULTANTESMICROESTRUTURA RESULTANTES
MARTENSITAMARTENSITA
Tetragonalidade da martensita: c/a=1+0,046*(%C)c/a=1+0,046*(%C)
Na martensita todo o carbono
permanece intersticial, formando
uma solução sólida de Ferro
supersaturada com Carbono, que é
capaz transformar-se em outras
estruturas, por difusão, quando
aquecida.
aacc
aa
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - MetalurgiaElaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
156
CURVAS DE RESFRIAMENTOCURVAS DE RESFRIAMENTOMICROESTRUTURA RESULTANTESMICROESTRUTURA RESULTANTES
RESUMORESUMO
AUSTENITA
Perlita(α + Fe3C) +
fase pró-eutetóide
Bainita
(α + Fe3C)
Martensita
(fase tetragonal)
Martensita Revenida
(α + Fe3C)Ferrita ou cementita
reaquecimento
Resf. lento Resf. moderado Resf. Rápido (Têmpera)
Pode ser:
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
157
PROPRIEDADES MECÂNICAS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
158
CONCEITOSCONCEITOSPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
A determinação e/ou conhecimento das propriedades mecânicas é muito
importante para a escolha do material para uma determinada aplicação, bem
como para o projeto e fabricação do componente.
As propriedades mecânicas definem o comportamento do material quando
sujeitos à esforços mecânicos, pois estas estão relacionadas à capacidade do
material de resistir ou transmitir estes esforços aplicados sem romper e sem se
deformar de forma incontrolável.
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
POR QUE ESTUDAR ? POR QUE ESTUDAR ?
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159
PROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
Resistência à tração
Elasticidade
Ductilidade
Fluência
Fadiga
Dureza
Tenacidade
Resiliência
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
CONCEITOSCONCEITOS
PRINCIPAIS PROPRIEDADESPRINCIPAIS PROPRIEDADES
Cada uma dessas propriedades está associada à habilidade do material de resistir às forças mecânicas e/ou de transmiti-las
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
160
CONCEITOSCONCEITOSPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
Um grande número de propriedades pode ser derivado de um único tipo de experimento, o ensaio de tração.
No ensaio de tração, o material é tracionado e se deforma até fraturar. Mede-se o valor da força e do elongamento a cada instante, e gera-se uma curva tensão-deformação.
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
Comportamento de materiais submetidos a tração e compressão
--- forma do material antes da aplicação
da carga
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161
CONCEITOSCONCEITOSPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
Comportamento de um material submetidos à tração
Tensão = Força / Área
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162
CONCEITOSCONCEITOSPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
Curva tensão vs deformação convencional
CURVA TENSÃO X DEFORMACURVA TENSÃO X DEFORMAÇÇÃOÃO
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
163
CONCEITOSCONCEITOSPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
Curva tensão vs deformação real e de engenharia
CURVA TENSÃO X DEFORMACURVA TENSÃO X DEFORMAÇÇÃOÃO
Área real
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CONCEITOSCONCEITOSPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
CURVA TENSÃO X DEFORMACURVA TENSÃO X DEFORMAÇÇÃOÃOA forma e a magnitude da curva dependem:
composição do material
tratamento térmico
deformação plástica anterior
taxa de deformação
temperatura
estado de tensões aplicado
durante o ensaio.
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
165
CONCEITOSCONCEITOSPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
Influência da temperatura na curva tensão vs deformação
CURVA TENSÃO X DEFORMACURVA TENSÃO X DEFORMAÇÇÃOÃO
Efeito da recuperação na tensão vsdeformação
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CONCEITOSCONCEITOSPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
CURVA TENSÃO X DEFORMACURVA TENSÃO X DEFORMAÇÇÃOÃO
Efeito do encruamento(“deformação”) na curva tensão vsdeformação
Influência do encruamento (“deformação”) nas propriedades mecânicas dos materiais.
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
167
CONCEITOSCONCEITOSPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
Curva tensão-deformação:: (A) não apresenta um limite de escoamento nítido; (B) apresentação de um patamar nítido de onde ocorre o escoamento.
LIMITE DE ESCOAMENTOLIMITE DE ESCOAMENTO
onde não observa-se nitidamente o
fenômeno de escoamento, a
tensão de escoamento
corresponde à tensão necessária
para promover uma deformação
permanente de 0,2% ou outro
valor especificado (obtido pelo
método gráfico)(A) (B)
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
168
CONCEITOSCONCEITOSPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
Curva tensão-deformação
LIMITE DE RESISTÊNCIALIMITE DE RESISTÊNCIA
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CONCEITOSCONCEITOSPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
A ductilidade é uma medida do grau de deformação plástica que foi sustentada na fratura.
Pode ser expressa quantitativamente pelo alongamento ou elongação na fratura (Єf) e pela redução de área na fratura (RAf).
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Comportamento de materiais submetidos a tração e compressão
DUCTILIDADEDUCTILIDADE
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170
CONCEITOSCONCEITOSPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
Comportamento de materiais ducteis (“ductile”) e frágeis (“brittle”)quando carregados até a sua ruptura (fratura)
DUCTILIDADEDUCTILIDADE
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
171
CONCEITOSCONCEITOSPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
Resiliência é a energia que o material absorve na região elástica. Esta energia corresponde à área sob a curva tensão vs deformação até o limite de escoamento.
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Curva tensão x deformação de materiais de diferentes propriedades
RESILIÊNCIARESILIÊNCIA
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Comportamento de materiais ducteis (“ductile”) e frágeis (“brittle”)quando carregados até a sua ruptura (fratura)
CONCEITOSCONCEITOSPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
Tenacidade (“toughness”) é a capacidade do material de armazenar energia na região de comportamento plástico.
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TENACIDADETENACIDADE
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173
CONCEITOSCONCEITOSPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
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TENACIDADETENACIDADE
Alta resistência, baixa Alta resistência, baixa ductilidade, baixa tenacidade ductilidade, baixa tenacidade
Alta resistência, Alta resistência, alta ductilidade, alta ductilidade, alta tenacidade alta tenacidade
Baixa resistência, alta Baixa resistência, alta ductilidade, baixa tenacidade ductilidade, baixa tenacidade
tensão
deformaçãoComportamento de diferentes materiais quando carregados até a sua
ruptura (fratura)
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
174
CONCEITOSCONCEITOSPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
A dureza é uma medida da resistência de um material à deformação plástica
local (por exemplo, uma pequena indentação ou um risco).
Os conceitos de dureza possuem interpretações diferentes em função da
atividade desenvolvida pelo usuário. No caso dos metais é medida
principalmente pela resistência à penetração de um material em outro.
Esta propriedade é facilmente determinada; fornece informações sobre a
resistência mecânica, os tratamentos térmicos ou mecânicos realizados e a
resistência ao desgaste.
Existem três tipos principais de ensaios de dureza: por risco, por choque e por risco, por choque e
por penetrapor penetraçção.ão.
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DUREZADUREZA
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
175
CONCEITOSCONCEITOSPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
DUREZADUREZA
Técnicas de ensaio de dureza para materiais metálicos (dureza por penetração)
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
176
CONCEITOSCONCEITOSPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
Fluência é a deformação plástica que ocorre em materiais sujeitos a tensões constantes, a temperaturas elevadas.
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Esquema de um ensaio de fluência
FLUÊNCIAFLUÊNCIA
É muitas vezes o fator limitante na vida
útil da peça.
Se torna importante, para metais, a T ~
0,4TFUSÃO
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
177
CONCEITOSCONCEITOSPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
Caso não ocorresse a fluência, a deformação seria constante (dada pelo ensaio de tração).
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Estágios das curvas de fluência
Primário (transiente): material encrua e a tx
de cresc. da deformação com o tempo diminui.
Secundário (estacionário): tx de cresc. é
constante, devido a uma competição entre
encruamento e recuperação.
Terciário: ocorre uma aceleração da
deformação causada por mudanças
microestruturais (rompimento das fronteiras de
grão)
FLUÊNCIAFLUÊNCIA
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
178
CONCEITOSCONCEITOSPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
As curvas de fluência variam em função da temperatura de trabalho e da tensão aplicada.
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FLUÊNCIAFLUÊNCIA
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
179
CONCEITOSCONCEITOSPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
Curvas de fluência do aço carbono a 450oC
FLUÊNCIAFLUÊNCIACaso não ocorresse a fluência, a deformação seria constante (dada pelo
ensaio de tração).
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
180
CONCEITOSCONCEITOSPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
Propriedades mecânicas de alguns materiais metálicos
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
181
MICROESTRUTURA DO AMICROESTRUTURA DO AÇÇOOPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
PERLITA & CEMENTITAPERLITA & CEMENTITA
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
Influência do teor de carbono na dureza e ductilidade das microestrutura dos aços
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
182
MICROESTRUTURA DO AMICROESTRUTURA DO AÇÇOOPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
Ener
gia
de im
pact
o Iz
od(ft
.lb)
Lim
ite d
e es
coam
ento
e li
mite
de
resi
stên
cia
àtr
ação
A cementita é muito mais duro e, portanto, mais frágil que a ferrita. Então, quando maior o teor de cementita no aço, maior será sua dureza e resistência e menor sua ductilidade e tenacidade (energia de impacto).
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PERLITA & CEMENTITAPERLITA & CEMENTITA
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
183
MICROESTRUTURA DO AMICROESTRUTURA DO AÇÇOOPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
MARTENSITAMARTENSITA
Influência do resfriamento nas propriedades mecânicas de um aço
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
184
MICROESTRUTURA DO AMICROESTRUTURA DO AÇÇOOPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
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MARTENSITA REVENIDAMARTENSITA REVENIDA
Efeitos do revenimento de um aço (0.5% C, 0.7% Mn) temperado em água (Ttêmpera = 830ºC)
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
185
MICROESTRUTURA DO AMICROESTRUTURA DO AÇÇOOPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
MARTENSITA & MARTENSITA REVENIDAMARTENSITA & MARTENSITA REVENIDA
Índi
ce d
e du
reza
Bri
nel
l
Du
reza
Roc
kwel
lC
A martensita é a mais dura, mais
resistente e mais frágil dentre as
microestruturas possíveis em uma liga de
Fe-C;
Sua alta dureza está relacionado a
capacidade dos átomos intersticiais de
carbono de restringir o movimento das
discordâncias, bem como ao número
relativamente pequeno de sistemas de
escorregamento para a estrutura TCC.
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
186
MICROESTRUTURA DO AMICROESTRUTURA DO AÇÇOOPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
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MARTENSITA & MARTENSITA REVENIDAMARTENSITA & MARTENSITA REVENIDA
A martensita é muito dura para
determinadas aplicações;
A ductilidade e a tenacidade da martensita
podem melhorar com a execução de um
tratamento térmico de revenimento;
Revenimento: aquecimento de um aço
temperado até 250-650ºC para deixar a
difusão ocorrer e formar a martensita
revenida conforme a equação:
Mart. (TCC) Mart. rev. (Ferrita α + Fe3C)
Dur
eza
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
187
MICROESTRUTURA DO AMICROESTRUTURA DO AÇÇOOPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
MARTENSITA & MARTENSITA REVENIDAMARTENSITA & MARTENSITA REVENIDA
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.
CementitaCementita(Fe(Fe33C)C)região clara
FerritaFerritaregião escura
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
188
MICROESTRUTURA DO AMICROESTRUTURA DO AÇÇOOPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
BAINITABAINITAAs bainitas apresentam propriedades mecânicas intermediárias entre a
martensita e as microestruturas obtidas por resfriamento lento.
No caso da tenacidade, a bainita inferior normalmente é mais tenaz, porém pode-se produzir bainitas superiores mais tenazes com elementos de liga que produzam austenita ao invés de carbonetos entre as ripas de ferrita.
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189
MICROESTRUTURA DO AMICROESTRUTURA DO AÇÇOOPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
BAINITABAINITA
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
A bainita é mais resistente e dura que a perlita
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190
MICROESTRUTURA DO AMICROESTRUTURA DO AÇÇOOPROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
Perlita grossa ~86-97 HRBPerlita fina ~20-30 HRC
Bainita superior ~40-45 HRC
Bainita inferior~50-60 HRC
Martensita 63-67 HRC
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191
TRATAMENTOS TÉRMICOS
TRATAMENTOS TÉRMICOS
192
INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
Os tratamentos térmicos promovem transformações de fase que ocorrem
nos metais no estado sólido, através dos quais é possível uma grande
alteração nas propriedades mecânicas em muitas ligas, sem modificação das
suas composições químicas.
Tratar termicamente um aço significa aquecê-lo em velocidade adequada,
mantê-lo em temperatura por um tempo suficiente para que ocorram as
transformações e resfriá-lo em um meio adequado de modo a adquirir as
propriedades desejadas.
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193
INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
RecozimentoRecozimentoRecozimento Pleno
Esferoidização
Recozimento para Alívio de Tensões
Normalização
Têmpera e Têmpera e RevenidoRevenido
TratTrat. T. Téérmicos rmicos EspeciaisEspeciais
Austêmpera
Martêmpera
Recozimento Isotérmico
TratTrat. de Endurecimento . de Endurecimento SuperficialSuperficial
Têmpera Superficial
Trat. Termoquímicos
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194
VARIVARIÁÁVEISVEIS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
Para se caracterizar um tratamento térmico numa peça, é necessário se
definir o aquecimentoaquecimento, a permanência na temperatura de tratamentopermanência na temperatura de tratamento e o
resfriamentoresfriamento.
A temperatura de tratamentotemperatura de tratamento é, usualmente, obtida do diagrama de
equilíbrio da liga, sendo, em casos especiais, ajustada com maior precisão por
meio de ensaios em corpos-de-prova.
A taxa de aquecimentotaxa de aquecimento, normalmente, não é importante, embora possa,
caso seja muito elevada, causar empeno e até mesmo trincas em peças
previamente encruadas ou totalmente martensíticas.
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - MetalurgiaElaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
195
VARIVARIÁÁVEISVEIS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
A permanência na temperatura elevada não deve ir muito além do tempo necessário para a homogeneização da temperatura na peça e obtenção da estrutura desejada pois períodos muito extensos podem acarretar fragilidade pelo crescimento do grão ou uma grande descarbonetação superficial, quando a peça sob tratamento térmico não esteja numa atmosfera controlada ou num ambiente protetor.
A velocidade de resfriamentovelocidade de resfriamento é um fator muito importante, pois, como visto pelos diagramas TTT ou CCT, as estruturas resultantes da transformação da austenita são função do tipo de resfriamento adotado.
As ttéécnicas de resfriamentocnicas de resfriamento intenso podem implicar em diferentes velocidades de resfriamento em locais distintos da peça, gerando tensões térmicas que podem causar empenamento ou trincas.
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196
TEMPERABILIDADETEMPERABILIDADE
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
A temperabilidade representa a capacidade do aço em endurecer por transformação martensítica, como resultado de um tratamento térmico de têmpera. Um aço de alta temperabilidade endurece pela formação de martensitanão só na superfície, mas também numa longa profundidade da peça tratada.
Todos os elementos de liga aumentam a elementos de liga aumentam a temperabilidadetemperabilidade, exceto o Cobalto.
ENSAIO JOMINI – Ensaio para se avaliar a temperabilidade dos aços
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197
TEMPERABILIDADETEMPERABILIDADE
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
Curvas de temperabilidade de alguns aços em função da distancia da extremidade temperada (velocidade de resfriamento a 700 oC)
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - MetalurgiaElaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
198
TEMPERABILIDADETEMPERABILIDADE
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
Quanto mais elementos de liga em solução sólida na austenita maior a
temperabilidade do aço, pois os coeficientes de difusão dos diversos elementos
decrescem. Dessa forma, as reações difusionais são retardadas.
Como avaliar a Como avaliar a temperabilidadetemperabilidade de diferentes ade diferentes açços?os?
15)(
6)(
6)( CuNiVMoCrMnCIIWCE +
+++
++=
Carbono equivalente
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199
TEMPERABILIDADETEMPERABILIDADE
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
0,250,801,850,404340
0,20-1,000,404140
0,200,550,500,408640
--0,850,405140
---0,401040
%Mo%Ni%Cr%CAISI
15)(
6)(
6)( CuNiVMoCrMnCIIWCE +
+++
++=
4340 (1.85% Cr, 0.8% Ni, 0.7% Mn, 0.25% Mo e 0.4% C) CE = 0.85%4140 (1% Cr, 0.9% Mn, 0.2% Mo e 0.4% C) CE = 0.79%8640 (0.55% Ni, 0.5% Cr, 0.85% Mn, 0.2% Mo e 0.4% C) CE = 0.72%5140 (0.85% Cr, 0.8% Mn e 0.4% C) CE = 0.70%1040 (0.4% C) CE = 0.40%
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200
TEMPERABILIDADETEMPERABILIDADE
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
Composição química;
Tamanho de grão;
Homogeneidade do aço no campo austenítico.
FATORES QUE INFLUENCIAMFATORES QUE INFLUENCIAM
Os contornos de grão e os contornos dos precipitados com a matriz austenítica são locais preferenciais para a nucleação das fases oriundas das transformações difusionais(γ → α, γ → P e γ → Fe3C). Assim, aumentando-se o tamanho de grão e dissolvendo-se mais precipitados e inclusões presentes no aço, a temperabilidade aumenta.
Esses dois fatores são favorecidos por um aumento da temperatura de austentização. A máxima dissolução de precipitados e homogeneização da austenita no tratamento de têmpera é desejável, mas o crescimento de grãos austeníticos é extremamente deletério para as propriedades mecânicas do aço temperado.
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201
RECOZIMENTORECOZIMENTO
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
O recozimento pleno ou, simplesmente, recozimento, consiste no
aquecimento a cerca de 30oC acima da zona crítica (acima da linha A3) para os
aços hipoeutetóides, ou acima do patamar eutetóide (acima de A1) para os
aços hipereutetóides, durante o tempo necessário para uma completa
austenitização, seguido de um resfriamento lento.
O resfriamento, usualmente, é feito no forno, com a diminuição da
temperatura de 20 a 30OC por hora, até alcançar 300 a 500OC, quando o
resfriamento pode passar a ser feito ao ar.
RECOZIMENTO PLENORECOZIMENTO PLENO
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202
RECOZIMENTORECOZIMENTO
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
Com o recozimento pleno, obtem-se para os aços hipoeutetóides uma
estrutura constituída de ferrita e perlita grosseira
O recozimento pleno é usado para regenerar a estrutura, de modo a diminuir
a dureza aumentar a ductilidade, aliviar tensões internas causadas por
tratamento anterior e refinar o grão.
RECOZIMENTO PLENORECOZIMENTO PLENO
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203
RECOZIMENTORECOZIMENTO
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
RECOZIMENTO PLENORECOZIMENTO PLENO
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204
RECOZIMENTORECOZIMENTO
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
Para os aços de baixo e médio carbono, a estrutura ideal do ponto de vista
de usinabilidade é a perlita grosseira obtida pelo recozimento pleno. Para aços
de alto carbono é preferível a estrutura "esferoidita" onde os carbonetos
encontram-se na forma de glóbulos.
Esta estrutura é conseguida pela solubilização dos carbonetos
(austenitização), seguida pela manutenção da temperatura logo abaixo da linha
A1), durante um perperííodo de 12 a 15 horasodo de 12 a 15 horas. Não se deve, no tratamento de
esferoidização, austenitizar o aço mais que 50oC acima de A1, nem obter-se a
transformação da austenita a mais de 50oC abaixo de A1.
ESFEROIDIZAESFEROIDIZAÇÇÃOÃO
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205
RECOZIMENTORECOZIMENTO
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
ESFEROIDIZAESFEROIDIZAÇÇÃOÃO
Microestrutura – “Esferoidita”
Tratamento tTratamento téérmico de rmico de esferoidizaesferoidizaççãoão
AAçço SAE 4340o SAE 4340AAçço SAE 1095o SAE 1095
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206
RECOZIMENTORECOZIMENTO
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
ESFEROIDIZAESFEROIDIZAÇÇÃOÃO
Evolução microestrutural no aço :: perlita em esferoidita
T, t
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207
RECOZIMENTORECOZIMENTO
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
O tratamento térmico de alívio de tensões consiste, de modo simplificado,
em aquecer uniformemente a peça, de maneira que o limite de escoamento do
material fique reduzido a valores inferiores às tensões residuais. Nesta
condição, as tensões residuais provocam deformações plásticas locais
diminuindo de intensidade.
Para impedir mudanças na microestrutura ou dimensões da peça, a
temperatura é mantida abaixo da temperatura crítica.
O recozimento para alívio de tensões depende da temperatura, do tempo e
do material utilizados para a obtenção das propriedades desejadas.
RECOZIMENTO PARA ALRECOZIMENTO PARA ALÍÍVIO DE TENSÕESVIO DE TENSÕES
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208
RECOZIMENTORECOZIMENTO
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
RECOZIMENTO PARA ALRECOZIMENTO PARA ALÍÍVIO DE TENSÕESVIO DE TENSÕES
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - MetalurgiaElaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
209
RECOZIMENTORECOZIMENTO
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
A normalização consiste no aquecimento acima da zona crítica (acima da
linha A3 ou da linha Acm) durante um determinado tempo para completa
homogeneização da austenita, seguido de um resfriamento ao ar tranqüilo.
NORMALIZANORMALIZAÇÇÃOÃO
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - MetalurgiaElaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
210
Com a normalização, obtém-se um refino da granulação grosseira de peças fundidas ou forjadas e maior homogeneidade da composição química, pela diminuição da segregação através de difusão (obten(obtençção de uma ão de uma microestrutura mais fina e uniforme).microestrutura mais fina e uniforme).
A normalização é também usada para dar maior uniformidade à estrutura das peças que serão submetidas ao tratamento de tempera e revenido.
A normalização, por si só, aumenta um pouco a dureza e a resistência aumenta um pouco a dureza e a resistência mecânica do amecânica do aççoo (rápido resfriamento 1. menor TG ; 2. maior quantidade de soluto em solução sólida na ferrita, quando comparado com o previsto pelo diagrama de equilíbrio Fe-C).
Após a normalização as lamelas da perlita estão mais próximas, tendo-se a perlita fina.
RECOZIMENTORECOZIMENTO
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
NORMALIZANORMALIZAÇÇÃOÃO
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
211
MICROESTRUTURASMICROESTRUTURAS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
têmperatêmpera
NormalizaNormalizaççãoão
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - MetalurgiaElaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
212
TÊMPERA & REVENIDOTÊMPERA & REVENIDO
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
TÊMPERATÊMPERA
A tempera (“Quenching”) consiste no aquecimento acima da zona crítica durante o tempo necessário para uma completa homogeneização da austenita, seguido de um resfriamento rápido. Seu objetivo é aumentar a dureza do aço e, em conseqüência, sua resistência mecânica
Severidade de têmpera (H) em função dos meios de resfriamento
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
213
TÊMPERA & REVENIDOTÊMPERA & REVENIDO
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
TÊMPERATÊMPERA
A transformação martensÍtica ocorrerá se a velocidade de resfriamento for suficientemente elevada.
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
214
TÊMPERA & REVENIDOTÊMPERA & REVENIDO
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
TÊMPERATÊMPERA
A dureza obtida na tempera é em função do teor de carbono do ateor de carbono do açço o (composi(composiçção quão quíímica)mica) e da quantidade de quantidade de martensitamartensita formada (severidade formada (severidade do meio de resfriamento)do meio de resfriamento).
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
215
MICROESTRUTURASMICROESTRUTURAS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
Normalização e recozimento de um aço eutetóide
Recozido perlita grossa
Normalizado perlita fina
RecozimentoRecozimento
NormalizaNormalizaççãoão
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - MetalurgiaElaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
216
TÊMPERA & REVENIDOTÊMPERA & REVENIDO
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
REVENIDO (REVENIDO (““TemperingTempering””))
Em virtude de suas propriedades, é raro o emprego de aço na condição de como temperado.
O revenimento consiste em aquecer o material a temperaturas bastante inferiores à temperatura crítica (200 a 700 oC), permitindo uma certa acomodação do sistema cristalino e, como conseqüência, a diminuição da dureza e o aumento da tenacidade da peça (conferir tenacidade e aliviar (conferir tenacidade e aliviar tensões no atensões no açço temperado).o temperado).
A estrutura resultante chama-se de martensitamartensita revenidarevenida.
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
217
TÊMPERA & REVENIDOTÊMPERA & REVENIDO
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
REVENIDO (REVENIDO (““TemperingTempering””))
A variável mais importante no revenido é a temperatura de aquecimento, seguida pelo tempo de permanência nesta temperatura.
Efeito da temperatura de revenido num aço com 0,5% C, temperado em água
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
218
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
TÊMPERA & REVENIDO TÊMPERA & REVENIDO -- MICROESTRUTURAS OBTIDASMICROESTRUTURAS OBTIDASMartensitaMartensita
MartensitaMartensita RevenidaRevenida
É uma solução sólida supersaturada de carbono (não se forma por difusão)
Microestrutura em forma de agulhas
É dura e frágil (dureza: 63-67 Rc)
Tem estrutura tetragonal cúbica (é uma fase metaestável, por isso não aparece no diagrama.
É obtida pelo reaquecimento da martensita, formando fase alfa + carbonetos (geralmente, cementita).
Possui menor dureza que a martensita.
Forma de agulhas escuras
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
219
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
MICROESTRUTURASMICROESTRUTURAS
MartensitaMartensita
MartensitaMartensitaRevenidaRevenida
RevenimentoRevenimento
TêmperaTêmpera
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
220
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOS ESPECIAISRMICOS ESPECIAIS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
AUSTÊMPERAAUSTÊMPERA
A austêmpera, também denominada têmpera têmpera bainbainííticatica ou tempera de faseou tempera de faseintermediária, substitui o tratamento térmico de têmpera e revenido.
a) aquecimento acima da zona crítica durante um tempo para completa
homogeneização da austenita;
b) resfriamento rápido num banho mantido a temperatura constante,
entre a temperatura corresponden-te ao cotovelo e a temperatura M
s, geralmente entre 400 e 260°C;
c) permanência nessa temperatura durante o tempo suficiente para
completa transformação de auste-nita em bainita;
d) resfriamento qualquer, geralmente ao ar.
ETA
PAS
ETA
PAS
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
221
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOS ESPECIAISRMICOS ESPECIAIS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
AUSTÊMPERAAUSTÊMPERA
Em relação ao tratamento de têmpera e revenido, a austêmpera apresenta a vantagem de transformar a austenita em temperaturas mais elevadas que na tempera. Isto resulta em tensões internas muito menores, minimizando deformações e evitando trincas.
A limitação da austêmpera está no fato da velocidade de resfriamento ser menor que a obtida na têmpera, porque a temperatura do banho é maior que a ambiente. Sendo assim, em peças grandes, há o risco da formação de alguma perlita em locais resfriados mais lentamente.
Além disso, existem aços onde a formação de bainita exige um tempo muito prolongado, como no caso do aço 9261 onde a austenita leva 24 horas para se transformar em bainita.
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
222
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOS ESPECIAISRMICOS ESPECIAIS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
Inspetor de Equipamentos - MetalurgiaInspetor de Equipamentos - Metalurgia
AUSTÊMPERAAUSTÊMPERA
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
223
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOS ESPECIAISRMICOS ESPECIAIS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
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AUSTÊMPERAAUSTÊMPERA
Representação esquemática do tratamento térmico de austêmpera
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TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOS ESPECIAISRMICOS ESPECIAIS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
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MARTÊMPERAMARTÊMPERA
A martêmpera, também chamada têmpera interrompidatêmpera interrompida, visa diminuir as deformações pelas tensões devidas ao resfriamento rápido.
a) aquecimento acima da zona crítica durante um tempo para completa
homogeneização da austenita;
b) resfriamento rápido até uma temperatura pouco acima do Ms
(geralmente em banho de óleo quente ou sal fundido);
c) permanência neste banho por tempo suficiente para homogeneizar
a temperatura na peça;
d) resfriamento qualquer (geralmente ao ar) através da faixa entre Ms
e Mf.
ETA
PAS
ETA
PAS
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TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOS ESPECIAISRMICOS ESPECIAIS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
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MARTÊMPERAMARTÊMPERA
O aço deve possuir elementos de liga para que se forme martensita, mesmo com o resfriamento lento que ocorre neste tratamento.
Após a martêmpera, deve ser realizado o tratamento de deve ser realizado o tratamento de revenidorevenido, dispensável no caso da austêmpera.
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TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOS ESPECIAISRMICOS ESPECIAIS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
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RECOZIMENTO ISOTRECOZIMENTO ISOTÉÉRMICORMICO
O recozimento isotérmico consiste no aquecimento acima da zona crítica
para completa homogeneização da austenita, seguido de um resfriamento
rápido, num banho mantido numa temperatura entre o Ai e a temperatura do
cotovelo. A peça é mantida nesta temperatura o tempo necessário para a
completa transformação da austenita. Assim que isso ocorre, a peça é
submetida a um tipo qualquer de resfriamento até atingir a temperatura
ambiente.
A microestrutura obtida microestrutura obtida éé mais uniforme que no recozimento plenomais uniforme que no recozimento pleno.
O recozimento isotérmico não não éé vantajosovantajoso em relação ao recozimento pleno
no caso de peno caso de peçças grandesas grandes, pois a velocidade de resfriamento será muito
baixa
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TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOS ESPECIAISRMICOS ESPECIAIS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
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RECOZIMENTO ISOTRECOZIMENTO ISOTÉÉRMICORMICO
Recozimento Recozimento plenopleno
Recozimento Recozimento IsotIsotéérmicormico
Faixa de Faixa de temperaturatemperatura
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MICROESTRUTURASMICROESTRUTURAS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
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Austenita Temperatura eutetóide
Cementita globulizadaPerlita
Bainita
MartensitaAqueciment
o
MartensitaRevenida
Temperatura ambienteTêmpera
Resumo das microestrutura em função das faixas de temperatura
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TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
Dureza/Res.Mec ↑↑Ductilidade ↓↓Tenacidade ↓↓
Martensita(Em aços média e alta liga, além de martensita, consideráveis quantidades de austenita retida e carbonetos não dissolvidos podem estar presentes)
Endurece o materialAustenitização seguida de resfriamento rápido suficiente para promover a transformação martensítica. O meio de resfriamento não deve ser excessivamente brusco para não provocar empenos e trincamentos. A temperatura de austenitização deve ser alta suficiente para homogeneizar e dissolver o máximo de elementos de liga, mas deve ser baixa suficiente para evitar o crescimento de grãos
TÊMPERA
Dureza/Res.Mec ↓↓Ductilidade ↑↑Tenacidade → / ↑
Esferoidita – carbonetos grosseiros e esferoidizados em matriz ferrítica dúctil
Amolesce o material para usinagem ou conformação a frio – nesse sentido é mais eficiente
Tratamento prolongado (10 a 15 horas) logo abaixo ou cíclico em torno da temperatura A1 do aço. Não funciona bem para aços baixo carbono (<0,30%)
RECOZIMENTO PARA ESFEROIDIZAÇÃO
Dureza/Res.Mec →Ductilidade →Tenacidade → / ↑
Aços de baixa temperabilidade: perlita fina + fase pró-eutetoide.Em aços de média e alta temperabilidade pode ocorrer bainita e até martensita
Homogeneização; refino de grãos; prepara o material para um tratamento de têmpera a seguir
Austenitização seguida de resfriamento ao ar
NORMALIZAÇÃO
Dureza/Res.Mec ↓Ductilidade ↑Tenacidade → / ↓
Perlita grossa + fase pró-eutetóide
Amolesce o material para usinagem ou conformação a frio
Austenitização seguida de resfriamento ao forno
RECOZIMENTO PLENO
PROPRIEDADESMICROESTRUTURASINDICAÇÃONO QUE CONSISTETRATAMENTO
RESUMORESUMO
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TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
RESUMORESUMO
Bainita superior ou inferior (conforme a temperatura escolhida)
Produzir aços bainíticosTratamento isotérmico para produção de bainita.
AUSTÊMPERA
Dureza/Res.Mec ↑↑Ductilidade ↓↓Tenacidade ↓↓
Martensita(Em aços média e alta liga, além de martensita, consideráveis quantidades de austenita retida e carbonetos não dissolvidos podem estar presentes)
Endurecer o material, porém com um nível menor de tensões internas, minimi-zando a incidência de trincas e empenos.
MARTÊMPERA
Variam muito com a temperatura de revenido:Dureza/Res.Mec ↑↑ / ↑Ductilidade ↓↓ / →Tenacidade ↓↓ / ↑
Martensita revenida, com caracterísitcas que variam bastante com a temperatura de tratamento
- Alivia tensões- Confere tenacidade modifi-cando a microestrutura da martensita.
Aquecimento do aço temperado (martensítico) na faixa de 200oC a 650oC (em poucos casos até 700oC)
REVENIDO
PROPRIEDADESMICROESTRUTURASINDICAÇÃONO QUE CONSISTETRATAMENTO
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TRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO SUPERFICIAISTRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO SUPERFICIAIS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
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Através dos tratamentos de endurecimento superficial é possível ter dureza
elevada na superfície, mantendo o núcleo da peça com elevada tenacidade.
Deste modo, obtém-se aumento na resistência ao desgaste e à fadiga e a
peça continua resistente a impactos devido ao núcleo macio.
O endurecimento superficial é obtido pela tempera superficial ou por
tratamentos termoquímicos nos quais há difusão de elementos como o carbono
e nitrogênio, a partir da superfície externa.
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TRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO SUPERFICIAISTRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO SUPERFICIAIS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
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TratTrat. de Endurecimento . de Endurecimento SuperficialSuperficial
por chama;
por indução;
Têmpera SuperficialTêmpera Superficial
TratTrat. Termoqu. Termoquíímicosmicos
cementação;
nitretação;
cianetação;
carbo-nitretação
boretação
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TRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO SUPERFICIAISTRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO SUPERFICIAIS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
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TÊMPERA SUPERFICIALTÊMPERA SUPERFICIAL
A têmpera superficial é obtida pelo aquecimento superficial da peça por uma chama ou pela indução de uma corrente elétrica, seguida de um resfriamento brusco.
Geralmente é adotado um revenido em baixa temperatura para o alívio das tensões.
A têmpera superficial apresenta as vantagens de não exigir fomos de aquecimento nem instalações especiais, de ser mais rápida que a tempera comum e de não produzir grande oxidação ou descarbonetação.
Os aços mais utilizados têm um teor de carbono entre 0,30 e 0,65% C, sendo preferíveis os de granulação fina, menos suscetíveis a fissuração no resfriamento do que os de granulação grosseira.
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TRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO SUPERFICIAISTRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO SUPERFICIAIS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
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TÊMPERA SUPERFICIALTÊMPERA SUPERFICIAL
Na têmpera superficial por chamatêmpera superficial por chama são empregados bocais independentes; um correspondente ao maçarico oxi-acetilênico e outro à água.
Dependendo da composição química e da velocidade de deslocamento de chama, o endurecimento pode atingir 1 a 5mm.
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TRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO SUPERFICIAISTRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO SUPERFICIAIS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
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TÊMPERA SUPERFICIALTÊMPERA SUPERFICIAL
Na têmpera superficial por indutêmpera superficial por induççãoão, parte da peça (componente ou material) é colocada no interior de uma bobina submetida à passagem de corrente alternada. O campo energiza a peça, provocando seu aquecimento. Dependendo da freqüência e da corrente, a taxa e a profundidade de aquecimento podem ser controladas.
O resfriamento da peça tratada pode ser feito por um jato de água, ar ou imersão de óleo após o aquecimento.
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TRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO SUPERFICIAISTRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO SUPERFICIAIS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
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TÊMPERA SUPERFICIALTÊMPERA SUPERFICIAL
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TRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO SUPERFICIAISTRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO SUPERFICIAIS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
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TRATAMENTOS TERMOQUTRATAMENTOS TERMOQUÍÍMICOSMICOS
Nos tratamentos termoquímicos, objetivaobjetiva--se o aumento da dureza se o aumento da dureza
superficial atravsuperficial atravéés da difusão de elementoss da difusão de elementos como o carbono, o nitrogênio ou
ainda o boro.
O meio de tratamento termoquímico pode ser sólido, líquido ou gasoso.
Os principais tratamento termoquímicos são:cementação;
nitretação;
cianetação;
carbo-nitretação
boretação
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TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
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TRATAMENTOS TERMOQUTRATAMENTOS TERMOQUÍÍMICOSMICOS
O tratamento de cementação (ou carbonetação) é o tratamento pelo qual o carbono é difundido do meio ambiente para a peça, através da sua superfície externa.
Aços com baixo teor de carbono adquirem uma camada superficial com alto teor de carbono, usualmente endurecida por um tratamento térmico posterior.
A espessura da camada comentada depende do tempo e da temperaturadepende do tempo e da temperaturade tratamento.
Usualmente é convencionado um valor de dureza (por exemplo 550HV) como o limite da camada cementada.
Após a cementação, a peça é tratada termicamente para refinar o grão e conseguir as propriedades desejadas.
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TRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO SUPERFICIAISTRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO SUPERFICIAIS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
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TRATAMENTOS TERMOQUTRATAMENTOS TERMOQUÍÍMICOSMICOS
Perfil de dureza de uma camada cementada.
Espessura da camada em função do tempo e duração da cementação (critério: 550 HV)
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TRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO SUPERFICIAISTRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO SUPERFICIAIS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
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TRATAMENTOS TERMOQUTRATAMENTOS TERMOQUÍÍMICOSMICOS
A cementação sólida é feita em caixas de aço onde são colocadas as peças a
serem cementadas envoltas por um meio carburante sólido como, por exemplo,
carvão vegetal, e por ativadores, como os carbonatos de bário, cálcio ou sódio.
A cementação líquida é feita em banhos de sal, contendo cianeto de sódio ou de potássio; e a gasosa é feita, mantendo-se no forno uma atmosfera carburizante.
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TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
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TRATAMENTOS TERMOQUTRATAMENTOS TERMOQUÍÍMICOSMICOS
É a difusão de nitrogênio do ambiente para a peça, obtendo-se uma superfície
dura, resistente ao desgaste e com maior resistência à corrosão.
A espessura da camada nitretada é pequena, da ordem de décimos de
milímetro.
A nitretação é realizada na faixa de 500 a 600°C, havendo a difusão do
nitrogênio pela ferrita.
Os tempos de tratamento são longos, variando de 12 a 120 horas.
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TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
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TRATAMENTOS TERMOQUTRATAMENTOS TERMOQUÍÍMICOSMICOS
Difusão de nitrogênio durante a nitretação gasosa
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TRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO SUPERFICIAISTRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO SUPERFICIAIS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
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TRATAMENTOS TERMOQUTRATAMENTOS TERMOQUÍÍMICOSMICOS
A fonte de nitrogênio na nitretação a gás é a amônia, que se decompõe em
hidrogênio molecular e nitrogênio atômico que se difunde através do aço.
Na nitretação líquida, o meio fornecedor de nitrogênio é um banho de sais
fundidos, contendo, principalmente, NaCN e KCN (cianetos de sódio e de
potássio) com adições de Na2CO3 (carbonato de sódio) e NaCNO (cianato de
sódio).
A nitretação líquida é conseguida em períodos de 1 a 4 horas, mais rápida,
portanto, que a nitretação a gás.
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TRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO SUPERFICIAISTRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO SUPERFICIAIS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
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TRATAMENTOS TERMOQUTRATAMENTOS TERMOQUÍÍMICOSMICOS
Consiste na difusão simultânea do carbono e do nitrogênio pela imersão num
banho de cianetos em temperaturas da ordem de 750 a 900oC, tendo-se,
portanto, a presença de austenita.
O tempo de permanência é, geralmente, de 15 a 90 minutos e a espessura da
camada, normalmente, inferior a 0,3mm.
A cianetação é chamada também de carbo-nitretação líquida.
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TRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO SUPERFICIAISTRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO SUPERFICIAIS
TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOS
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TRATAMENTOS TERMOQUTRATAMENTOS TERMOQUÍÍMICOSMICOS
A carbocarbo--nitretanitretaççãoão consiste na difusão simultânea do carbono e nitrogênio
em peças tratadas numa atmosfera carburizante, contendo cerca de 3 a 8% de
NH3 e em temperaturas de ordem de 800 a 900oC.
Na boretaboretaççãoão tem-se a introdução de boro a partir do carboneto de boro
(B4C) no estado sólido, em temperaturas de 800 a 1050oC.
O boreto de ferro formado na superfície do aço resulta numa dureza elevada.
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MECANISMOS DE ENDURECIMENTOMECANISMOS DE ENDURECIMENTO
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INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
MECANISMO DE ENDURECIMENTOMECANISMO DE ENDURECIMENTO
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Os metais apresentam valores de resistência mecânica muito inferiores ao previstos teoricamente devido a presença de defeitos (ex. discordâncias).
O endurecimento pode ser adquirido pelos seguinte mecanismos:
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Encruamento;
Solução sólida;
Precipitação (ou dispersão);
Refino de grão;
Transformação de fase.
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ENCRUAMENTOENCRUAMENTO
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MECANISMO DE ENDURECIMENTOMECANISMO DE ENDURECIMENTO
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A multiplicação do número de discordâncias durante a deformação de um metal reduz o caminho livre entre discordâncias, isto é, sua movimentação éreduzida.
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ENCRUAMENTOENCRUAMENTO
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MECANISMO DE ENDURECIMENTOMECANISMO DE ENDURECIMENTO
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Efeitos do encruamento na resistência mecânica.
Microestrutura de um material com diferentes níveis de encruamento (a. condição inicial; d. maior encruamento)
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SOLUSOLUÇÇÃO SÃO SÓÓLIDALIDA
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MECANISMO DE ENDURECIMENTOMECANISMO DE ENDURECIMENTO
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Os átomos de soluto ocupam lugares da rede cristalina de um dado metal. Estes átomos provocam distorção na rede; para minimizar a energia do material procuram lugares onde se acomodam mais facilmente, como junto às discordâncias.
Efeito de elementos de liga em cobre
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REFINOREFINO DE GRÃODE GRÃO
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MECANISMO DE ENDURECIMENTOMECANISMO DE ENDURECIMENTO
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Os contornos de grão são regiões que apresentam distorção na rede atrapalhando a movimentação das discordâncias.
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PRECIPITAPRECIPITAÇÇÃOÃO
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MECANISMO DE ENDURECIMENTOMECANISMO DE ENDURECIMENTO
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O material exibe uma segunda fase, isto região com composição e características distintas, dispersa na matriz.Provocarem distorção na rede;As discordâncias vão ter dificuldade em se movimentar através destas partículas (ex: carbonetos).
Interação dos precipitados com os átomos da matriz. (A) Pcp coerente, maior endurecimento e (B) Pcp incoerente, menor endurecimento
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TRANSFORMATRANSFORMAÇÇÃO DE FASEÃO DE FASE
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MECANISMO DE ENDURECIMENTOMECANISMO DE ENDURECIMENTO
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TRANSFORMATRANSFORMAÇÇÃO DE FASEÃO DE FASE
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MECANISMO DE ENDURECIMENTOMECANISMO DE ENDURECIMENTO
Elaborado por Elaborado por EngEng Fabio AlvesFabio Alves
Índi
ce d
e du
reza
Bri
nel
l
Du
reza
Roc
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lC
255
DÚVIDASDDÚÚ[email protected]
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