Transformao de Fases

Transformao de fase a alterao no nmeros de fases e/ou na natureza da fase que envolve alguma alterao na microestrutura

Tipos de transformaes de fasesAquelas que dependem de difuso, onde no h alterao no nmero nem na composio das fases presentes. (Solidificao, transformaes alotrpicas, recristalizao e crescimento de gro)

Aquelas que dependem de difuso, envolvendo, entretanto, alguma alterao na composio das fases e, freqentemente, no nmero de fases tambm. (Reaes eutetide, euttica e perittica)

Aquelas que no dependem da ocorrncia de difuso, resultando numa fase metaestvel. (Transformao martenstica)

Do ponto de vista microestrutural, o primeiro processo a acompanhar uma transformao de fases a nucleao, que consiste na formao de embries, seguidos de ncleos da nova fase, que podem agregar mais volume e rea superficial (crescimento)

Para transformaes em estado slido que exibem o comportamento cintico, a frao da transformao uma funo do tempo:Onde: k e n so constantes independentes do tempo.Equao de Avrami

Por conveno, a taxa de deformao, r, tomada como sendo o inverso do tempo necessrio para que a transformao prossiga at a metade da sua concluso (t0,5)

A temperatura uma das variveis que est sujeita a controle e ela pode ter uma influncia profunda sobre a cintica e, portanto, sobre a taxa de transformaoCobre puroOnde:R= a constante dos gases;T= temperatura absoluta;A= constante independente da temperatura;Q= energia de ativao especfica para a reao em questo.

Transformaes MultifsicasAs transformaes de fases podem ser forjadas em sistemas de ligas metlicas pela variao da temperatura, da composio e da presso externa; entretanto, as alteraes de temperatura atravs de tratamentos trmicos so mais convenientemente utilizadas para induzir as transformaes de fases.

Uma limitao dos diagramas de fase consiste na sua incapacidade de indicar o tempo que necessrio para que o equilbrio seja atingido. Nenhuma informao sobre as taxas de transformao de fases dada no diagrama de fases.

A taxa de aproximao do equilbrio para sistemas slidos to lenta, que ele quase nunca atingido.

Para mudanas de fases que ocorrem durante o resfriamento em condies de equilbrio, as transformaes so deslocadas para temperaturas mais baixas do que aquelas indicadas pelo diagrama de fases.Para mudanas de fases que ocorrem durante o aquecimento, as transformaes so deslocadas para temperaturas mais elevadas. Esses fenmenos so chamados de super-resfriamento e sobreaquecimento, respectivamente.

Transformaes isotrmicas Transformao de austenita em perlita de uma liga ferro-carbono de composio eutetide.

Os dados da curva foram coletados para uma amostra composta inicialmente de 100% de austenita e resfriada at a temperatura indicada no grfico, na qual se processou a transformao. Na Temperatura Eutetide:(0,76%p C) (0,022%p C) + Fe3C (6,70%p C)

Essa a maneira mais conveniente de representar transformaes de fases difusionais, i.e, dependentes do tempo e da temperatura.

Diagrama de Transformao Isotrmica

Diagrama de transformao isotrmica para uma liga ferro-carbono com composio eutetide, mostrando a superposio da curva para um tratamento trmico isotrmico (ABCD)A transformao da austenita em perlita comea no ponto C e termina no ponto D.

A perlita grosseira formada por lamelas espessas de ferrita e cementita. A perlita fina formada por lamelas finas, que nucleiam-se progressivamente com a diminuio da temperatura e como conseqncia da diminuio na taxa de difuso.

Diagrama de transformao isotrmica para uma liga ferro-carbono com 1.13%p C.Onde:A= austenita;C= cementita;P= perlita.

BainitaA bainita o produto de uma transformao autentica em alguns aos e ferros fundidos . Ela se forma em temperaturas entre aquelas nas quais ocorrem as transformaes perlticas (mais elevadas) e martensticas (mais baixas). A microestrutura consiste em uma fina disperso de cementita na ferrita-.

Diagrama de transformao isotrmica para uma liga ferro-carbono com composio eutetide, incluindo as transformaes da austenita em perlita e da austenita em bainita.

Cementita globulizadaA cementita globulizada uma microestrutura que se forma a partir de uma liga de ao que possui microestrutura perltica ou baintica e que tenha sido aquecida a uma temperatura abaixo da eutetide durante um perodo suficientemente longo.

Fotomicrografia de um ao que possui uma microestrutura de cementita globulizada. As partculas pequenas so de cementita e a fase contnua consiste em ferrita .1000x

MartensitaA martensita pode estar presente em ligas ferrosas ou no, induzida por resfriamento rpido e/ou por deformao atravs do cisalhamento da rede cristalina ao longo de planos e direes cristalogrficas especficas. Em aos austenitizados, a martensita formada atravs de resfriamento rpido (tmpera) at uma temperatura inferior Mi (temperatura de incio de transformao martenstica) ou por deformao abaixo da temperatura Md (temperatura de incio de transformao martenstica por deformao).

A martensita, que resultante de uma transformao adifusional da austenita, no uma fase de equilbrio.

Qualquer difuso que venha porventura ocorrer em tratamentos posteriores transformao martenstica, resultar na formao das fases ferrita e cementita.

Na transformao martenstica existe apenas um pequeno deslocamento de cada tomo em relao ao seu vizinho. A austenita do ao comum ao carbono e alguns outros, CFC, quando temperada, sofre uma transformao polimrfica em martensita tetragonal de corpo centrado (TCC)

Para ligas que contm menos do que cerca de 0,6%p C

A transformao martenstica tambm conhecida como transformao atrmica

Para aos comuns ao carbono que contm concentraes de carbono superiores a aproximadamente 0,6%p CPara todos os fins prticos a transformao martenstica independente do tempo.

Diagrama de transformao isotrmica completo para uma liga ferro-carbono com composio eutetide, onde:

A= austenita; B= bainita; M= martensita; P= perlita.

Diagrama de transformao isotrmica para um ao-liga, onde:

A= austenita; B=bainita; M=martensita; F= ferrita proeutetide.

Diagrama de transformao por resfriamento contnuo

Curvas de resfriamento moderadamente rpido e de resfriamento lento sobrepostas a um diagrama de transformao por resfriamento contnuo para uma liga ferro-carbono com composio eutetide.

Diagrama de transformao por resfriamento contnuo para uma liga ferro-carbono com composio eutetide e a superposio das curvas de resfriamento, demonstrando a dependncia da microestrutura final em relao s transformaes que ocorrem durante o resfriamento.

Diagrama de transformao por resfriamento contnuo para um ao-liga (AISI 4340) e a superposio de vrias curvas de resfriamento, demonstrando a dependncia da microestrutura final dessa liga em relao s transformaes que ocorrem durante o resfriamento. Austenita Maretensita

Comportamento Mecnico de Ligas Ferro-Carbono

Perlita

Cementita globulizada

Bainita

Martensita

Martensita revenidaA martensita temperada muito dura e muito frgil. Assim, para aumentar a ductilidade e a tenacidade da martensita e aliviar as tenses utilizado o tratamento trmico de revenimento, que d nome nova martensita formada: martensita revenida.

Martensita Martensita revenida (TCC, monofsica) (fases + Fe3C)A martensita revenida pode guardar porcentagem importante da dureza da martensita como temperada, porm, tem ductilidade e tenacidade substancialmente aprimoradasFe3CFerrita

Os limites de resistncia trao e de escoamento e a ductilidade (%RA) em funo da temperatura de revenimento para um ao-liga (AISI 4340) temperado em leo.

A dureza em funo do tempo de revenimento para um ao comum ao carbono (AISI 1080) com composio eutetide, que foi temperado em gua.

Fragilizao por revenimentoA fragilizao de algumas ligas de ao ocorre quando elementos especficos de liga (Mn,Ni,Cr) e impurezas (Sb, P, As e Sn) esto presentes e mediante o revenido dentro de uma faixa de temperatura definida (375-575C), ou acima de 575C, seguido de resfriamento lento.

Perlita( + Fe3C) + fase preutetide

Bainita( + Fe3C)

Martensita(fase tetragonal)

Martensita Revenida( + Fe3C)

Austenita

Ferrita ou cementita

Resfriamento lentoResfriamento moderadoResfriamento rpido (tmpera)Reaquecimento