Cinética de transformação de fases

Teoria Completa

E aí, tudo bem?

Como vimos nos outros capítulos quando ocorre a transformação isotérmica realizada a determinadas temperaturas, ocorre a mudança da microestrutura do metal.

Vem comigo para eu te explicar melhor sobre isso!!

Perlita

Vamos analisar este lindo diagrama de transformação abaixo. Vamos mirar na temperatura eutetóde . Notem que abaixo desta temperatura (727°C) produz uma perlita grosseira (aquela microestrutura ali em baixo que lembra um pezinho de galinha) :D

E ali na temperatura em torno de 540°C produz uma perlita mais, estruturada, uma perlita fina. Constituida de ferrita (α) e cementita (Fe3C). Vejamos na microestrutura abaixo.

Outra informação, a temperatura em torno de 540° C é produzido uma perlita mais fina, pois com a diminuição da temperatura, a taxa de difusão do carbono diminui, e as camadas se tornam progressivamente mais finas, como a gente viu na microestrutura ali em cima.

Bainita

Depois que é atingida a microestrutura de perlita fina se reduzirmos mais a temperatura, um novo microconstituinte é formado: a bainita. Como acontece com a perlita a microestrutura da bainita consiste nas fases ferrita e cementita, mas os arranjos são diferentes.

No diagrama de transformação a bainita se forma abaixo do “joelho” enquanto a perlita se forma acima.

Assim como a perlita que varia sua microestrutura com a temperatura o mesmo ocorre com a baianita. Por exemplo: em temperaturas entre 300ºC e 540ºC, a bainita se forma como uma série de agulhas de ferrita separadas por partículas alongadas de cementita (bainita superior).

Para temperaturas entre 200ºC e 300ºC, a ferrita encontra-se em placas e partículas finas de cementita se formam no interior dessas placas (bainita inferior).

Esferoidita

E agora se deixarmos um aço que apresente uma microestrutura bainítica ou perlítica aquecida a uma temperatura abaixo do eutetóide por muito tempo irá se formar a esferoidita. Em lugar das lamelas alternadas de ferrita e cementita (perlita), ou das microestruturas observadas na bainita, o Fe3C aparece como partículas com aspecto esférico em uma matriz de ferrita e ocorre mediante uma difusão a mais de carbono.

Martensita

É uma fase metaestável e de não-equilíbrio formada no aço sem difusão, sob condições nãob isotérmicas. Esta transformação de fase se dá por cisalhamento, ocorre por pequenos deslocamentos dos átomos ou íons (sem ocorrer difusão, como nos outros casos), e pelo fato de não envolver difusão acontece quase que instantaneamente.

Umas características legais de vocês saberem é que essa microestrutura, é que ela não aparece no diagrama ferro – carboneto de ferro (ahhhhhhh que pena), na verdade isso ocorre porque está fora de equilíbrio.

É uma solução sólida supersatura de carbono, todo o carbono permanece intersticial, podendo transformar-se em outras estruturas por difusão quando aquecida. É dura e frágil, por isso é sempre necessário um tratamento de revenimento após a formação de martensita (fica a dica ;) ).

Expandir

Exercício Resolvido #1

Elaboração própria

Sobre a microestrutura martensita: determine a opção correta:

  1. Feita a partir da perlita;
  2. Solução sólida de carbono e ferro com estrutura CCC;
  3.  A transformação martensítica ocorre quando a austenita é rapidamente resfriada em um processo conhecido como têmpera;
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Passo 1

Vamos analisar cada uma das afirmativas para conseguir decidir qual é a afirmativa correta. A primeira afirmativa diz que a martensita é feita a partir da perlita, será mesmo?

Essa afirmativa é falsa, a martensita não vem da perlita, mas sim, da austenita. Bora para a próxima.

Passo 2

A segunda afirmativa diz que a martensita é uma solução sólida de carbono e ferro com estrutura CCC. Essa afirmativa está parcialmente correta, apesar da martensita ser sim uma solução sólida de carbono e ferro, ela não apresenta estrutura CCC, mas sim, TCC.

Portanto, essa afirmativa também é falsa.

Passo 3

Já a última alternativa fala sobre a transformação martensítica. Essa alternativa sim, está completamente correta. A transformação martensítica de fato é um processo de resfriamento rápido da austenita que é conhecido como têmpera.

Encontramos nossa resposta então, a afirmativa correta é a afirmativa c.

Resposta

c)  A transformação martensítica ocorre quando a austenita é rapidamente resfriada em um processo conhecido como têmpera;

Exercício Resolvido #2

Elaboração própria

Cite três características da Martensita.

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Passo 1

  1. É uma solução sólida supersaturada de carbono (não se forma por difusão)
  2. Microestrutura em forma de agulhas
  3. É dura e consequentemente frágil

Resposta

Solução sólida supersaturada de carbono, microestrutura em forma de agulhas, microestrutura frágil

Exercício Resolvido #3

Elaboração própria

Explique a importância do revenimento da martensita.

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Passo 1

No estado temperado, a martensita, é tão frágil que não pode ser utilizada para a maioria das aplicações. As tensões internas que possam ter sido introduzidas durante a têmpera tem um efeito de enfraquecimento. A ductilidade e a tenacidade podem ser aprimoradas e as tensões internas aliviadas por meio de um tratamento de revenimento.

Resposta

No estado temperado, a martensita, é tão frágil que não pode ser utilizada para a maioria das aplicações. A ductilidade e a tenacidade podem ser melhoradas por meio do revenimento.

Exercício Resolvido #4

Elaboração própria

Determine e diferencia as microestruturas resultantes do resfriamento fora das condições de equilíbrio.

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Passo 1

Pode-se obter duas microestruturas: bainita e esferoidita

Bainita: microconstituinte, resultante da decomposição da  HYPERLINK "https://pt.wikipedia.org/wiki/Austenita" \o "Austenita" austenita em um produto de duas fases:  HYPERLINK "https://pt.wikipedia.org/wiki/Ferrita" \o "Ferrita" ferrita em forma de placas e partículas de carbonetos. Este microconstituinte pode ser obtido tanto por tratamento térmico com resfriamento contínuo, como por tratamento térmico isotérmico

Passo 2

Esferoidita: se uma liga de aço com microestrutura bainítica ou perlítica for aquecida e deixada a uma temperatura abaixo do eutetóide por um longo tempo irá se formar essa respectiva microestrutura.

Resposta

Bainita: microconstituinte, resultante da decomposição da  HYPERLINK "https://pt.wikipedia.org/wiki/Austenita" \o "Austenita" austenita em um produto de duas fases:  HYPERLINK "https://pt.wikipedia.org/wiki/Ferrita" \o "Ferrita" ferrita em forma de placas e partículas de carbonetos. Podendo ser obtido tanto por tratamento térmico com resfriamento contínuo, como por tratamento térmico isotérmico.

Esferoidita: se uma liga de aço com microestrutura bainítica ou perlítica for aquecida e deixada a uma temperatura abaixo do eutetóide por um longo tempo irá se formar essa respectiva microestrutura.

Exercício Resolvido #5

Elaboração própria

Sobre as transformações de fase determine a opção correta:

  1. A austenita ao passar por um resfriamento rápido passa a se tornar Perlita
  2. A austenita ao passar por um resfriamento moderado passa a se tornar Baianita
  3. A austenita ao passar por um resfriamento lento passa a se tornar Martensita
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Passo 1

  1. A austenita ao passar por um resfriamento lento passa a se tornar Perlita
  2. Passo 2

  3. A austenita ao passar por um resfriamento moderado passa a se tornar Baianita
  4. Passo 3

  5. A austenita ao passar por um resfriamento rápido passa a se tornar Martensita

Resposta

Alternativa B

Exercício Resolvido #6

Elaboração própria

Preencha as lacunas abaixo:

Em reações no estado sólido a quantidade de fase transformada varia de acordo com um comportamento ____________. A fração transformada (y) em uma reação____________, varia exponencialmente com o ______ decorrido.

  1. Sigmoidal, endotérmica, tratamento térmico
  2. Helicoidal, isotérmica, tratamento térmico
  3. Sigmoidal, isotérmica, tempo
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Passo 1

Sigmoidal

Passo 2

Isotérmica

Passo 3

Tempo

Resposta

Alternativa C

Exercício Resolvido #7

Elaboração própria

A formação de uma nova fase ou de um novo arranjo ordenado de átomos ocorre por nucleação e crescimento. O tempo necessário para nuclear e crescer um novo arranjo no interior do material pode ser medido e avaliado através do estudo da cinética da transformação. Com isso identifique as transformações que ocorrem no diagrama abaixo.

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Passo 1

  1. Observem que a microestrutura 1 está em uma região liquida, então temos:
  2. Passo 2

  3. Notem que a microestrutura ao ir sendo resfriada vai se solidificando, porém ainda contém a fase liquida (α+L).
  4. Passo 3

  5. Rebatendo o ponto C, tem-se uma composição de 43% de Ni.
  6. Passo 4

  7. Ocorrendo o resfriamento irá aparecer mais partículas sólidas, com uma composição de 35% de Ni (podemos olhar onde rebate a linha tracejada).
  8. Passo 5

  9. Por fim tem-se uma microestrutura 100% sólida, com uma composição também de 35%Ni.

Resposta

Exercício Resolvido #8

Elaboração própria

Explique a formação da perlita grossa e da perlita fina.

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Passo 1

A morfologia da perlita vai diferenciar conforme a temperatura de transformação. Resfriamentos próximos à temperatura eutetoide levam à formação de perlita de maior tamanho de grão e com lamelas (das fases ferrita e cementita) de maior espessura (perlita grossa).

Passo 2

Quanto menor é a temperatura de transformação, menor é o tamanho de grão da perlita e menor é a espessura de lamela. Isso ocorre devido as baixas taxas de nucleação e altas taxas de difusão próximas a temperatura eutetoide, o que resulta em estruturas grosseiras. Ao reduzir a temperatura de transformação, aumenta-se gradativamente a taxa de nucleação e reduz-se a taxa de difusão, derivando em estruturas mais refinadas

Resposta

A morfologia da perlita vai diferenciar conforme a temperatura de transformação. Resfriamentos próximos à temperatura eutetoide levam à formação de perlita de maior tamanho de grão e com lamelas (das fases ferrita e cementita) de maior espessura (perlita grossa).

Quanto menor é a temperatura de transformação, menor é o tamanho de grão da perlita e da a espessura de lamela. Isso ocorre devido as baixas taxas de nucleação e altas taxas de difusão próximas a temperatura eutetoide, o que resulta em estruturas grosseiras. Ao reduzir a temperatura de transformação, aumenta-se a taxa de nucleação e reduz-se a taxa de difusão, derivando em estruturas mais refinadas

Exercício Resolvido #9

Livro Callister, Problema 10.14
  1. Descreva sucintamente os fenômenos de superaquecimento e de super-resfriamento.
  2. Por que esses fenômenos ocorrem?
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Passo 1

Na letra a:

Superaquecimento e super-resfriamento correspondem, respectivamente, a aquecimento ou resfriamento acima ou abaixo de uma temperatura de transição de fase sem a ocorrência da transformação.

Passo 2

Na letra b:

Esses fenômenos ocorrem porque, mesmo na temperatura de transição de fase, a força motriz não é suficiente para causar a transformação. A força motriz é aprimorada durante o superaquecimento ou super-resfriamento.

Resposta

  1. Superaquecimento e super-resfriamento correspondem, respectivamente, a aquecimento ou resfriamento acima ou abaixo de uma temperatura de transição de fase sem a ocorrência da transformação.
  2. Esses fenômenos ocorrem porque, mesmo na temperatura de transição de fase, a força motriz não é suficiente para causar a transformação. A força motriz é aprimorada durante o superaquecimento ou super-resfriamento.

Exercício Resolvido #10

Callister - Ciência e Engenharia de Materiais. Uma Introdução – 8ªEd – Capitulo 10 – Perguntas e Problemas

Cite sucintamente as diferenças entre perlita, bainita e cementita globulizada em relação às suas microestruturas e propriedades mecânicas.

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Passo 1

Oi pessoal, tudo bem? Vamos analisar essa questão.

Com relação às microestruturas temos que:

P e r l i t a : Microestrutura Bifásica encontrada em ferros fundidos e em alguns aços. É formada a partir da transformação da a u s t e n i t a na sua composição eutetóide. Consiste em camadas alternadas de F e r r i t a - α e C e m e n t i t a .

B a i n i t a : Produto de transformação austenítica. Encontrada em ferros fundidos e aços. É formada a temperaturas entre aquelas em que ocorrem a transformação da p e r l i t a e da m a r t e n s i t a . Consiste em F e r r i t a - α e uma dispersão fina de C e m e n t i t a .

E s f e r o i d i t a : Consiste em esferas como as partículas de Cementita com F e r r i t a - α em sua matriz. É relativamente macia e formada através de um tratamento térmico a alta temperatura de b a i n i t a ,   p e r l i t a ou m a r t e n s i t a .

Passo 2

Com relação à propriedade mecânica, podemos dizer que a resistência mecânica da bainita é maior que a da perlita devido à menor escala de tamanho da lamela eutetóide. A resistência mecânica da perlita é maior que a da esferoidita.

Portanto, podemos destaca-las, com relação à resistência mecânica, da seguinte forma:

b a i n i t a > p e r l i t a > e s f e r o i d i t a

Resposta

Exercício Resolvido #11

Callister - Ciência e Engenharia de Materiais. Uma Introdução – 8ªEd – Capitulo 10 – Perguntas e Problemas

Cite duas diferenças importantes entre os diagramas de transformação por resfriamento contínuo para os aços carbono comuns e os aços-liga.

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Passo 1

Oi pessoal, tudo bem? Vamos analisar essa questão.

Os diagramas de transformação por resfriamento contínuo são construídos a partir das temperaturas críticas de transformação. Essas temperaturas nos dão os limites de taxa de resfriamento para formar determinada microestrutura.

Para os diagramas de aço-carbono teremos a curva de transformação martensitica e perlitica enquanto no diagrama dos aços-liga, teremos a presença da curva de transformação para a bainita também.

Outra diferença que pode ser citada é que a curva perlitica proeutetoide para aços-carbono são posicionadas em tempos mais curtos do que para os aços-liga.

Resposta

Os diagramas de transformação por resfriamento contínuo são construídos a partir das temperaturas críticas de transformação. Para os diagramas de aço-carbono teremos a curva de transformação martensitica e perlitica enquanto no diagrama dos aços-liga, teremos a presença da curva de transformação para a bainita também.

Outra diferença que pode ser citada é que a curva perlitica proeutetoide para aços-carbono são posicionadas em tempos mais curtos do que para os aços-liga.

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