Microestrutura e comportamento mecânico

Teoria Completa

E aí, tudo bem?

Como a gente viu até agora que conforme ocorre o resfriamento do material a uma mudança da microestrutura dele, lembra?? Só que amadoooo, essa mudança implica em tantas outras mudanças na vida estrutural dos materiais metálicos.

Vem comigo que eu te explico :D

Contextualização

As propriedades mecânicas de uma liga em seu estado bruto de solidificação dependem também do arranjo microestrutural que se define no processo de solidificação. Exemplo: os aços hipoeutetóides (aço hipoeutetóide é aquele que possui menos carbono que o previsto na composição eutetóide) são as mais utilizadas. Usuais em correntes em construção metálica (pontes, vigas, chapas para carroçaria...).

As propriedades mecânicas deste tipo de aço dependem:

  • tamanho de grão
  • espaçamentos interdendríticos
  • forma
  • tamanho
  • espalhamento de eventual porosidade

Influência da microestrutura na tenacidade do material

Relembrando, em ciência dos materiais e metalurgia, tenacidade é a capacidade de um material absorver energia e deformar plasticamente sem fraturar.

Se ocorre a redução do tamanho de grão e de do espaço interlamelar da perlita , respectivamente ocorre um aumento e redução da tenacidade ao choque. O teor de carbono influencia também na tenacidade do material, reparem comigo no gráfico abaixo.

Viram??? Aumenta bruscamente a tenacidade do material, e como eu sei disso? A tenacidade é a área total abaixo da curva, por exemplo, na curva com 0,01%C apresenta uma área menor que a curva de 0,65%C, consequentemente este último apresenta uma maior tenacidade :D.

Influência da microestrutura na resistência à corrosão

A corrosão de uma maneira geral é uma preocupação que traz consigo danos que, em muitas ocasiões, são irreparáveis, sem mencionar os gastos decorrentes de manutenção. Ruim né?

A influência da morfologia microestrutural das ligas na resistência à corrosão é beeemm considerável. Por exemplo, vamos imaginar duas ligas de Pb-Sb, uma com 0,85% e outra com 6,6% em peso de Sb. Essa diferença de concentrações de soluto influência na variação de microestrutura do material.

Expandir

Exercício Resolvido #1

Elaboração própria

Cite quais são as variáveis que influenciam nas propriedades mecânicas do aço.

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Passo 1

Tamanho de grão, espaçamentos interdendríticos e geometria

Resposta

Tamanho de grão, espaçamentos interdendríticos e geometria

Exercício Resolvido #2

Elaboração própria

Explique quais características microestruturais podem afetar a tenacidade do aço.

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Passo 1

O tamanho de grão pode aumentar a tenacidade do material ao contrário do que ocorre quando há um aumento do espaço interlamelar da Perlita

Resposta

Tamanho de grão: aumentar a tenacidade

Aumento do espaço interlamelar: reduz a tenacidade

Exercício Resolvido #3

Elaboração própria

Diversas propriedades dos materiais são fortemente dependentes da microestrutura. Cite cinco exemplos.

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Passo 1

Limite de escoamento, limite de resistência, alongamento, tenacidade e resistência ao impacto.

Resposta

Limite de escoamento, limite de resistência, alongamento, tenacidade e resistência ao impacto.

Exercício Resolvido #4

Elaboração própria

Cite quais são as propriedades que são melhoradas com a adição do titânio (Ti) ao aço.

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Passo 1

Aumenta a resistência, promove a estabilização de carbonetos e a desoxidação.

Resposta

Forma carbonetos estáveis em temperaturas elevadas, refina o tamanho de grão, estabiliza a microestrutura e aumenta a resistência em altas temperaturas

Exercício Resolvido #5

Elaboração própria

Os elementos de liga podem influenciar em uma ou mais propriedades dos materiais metálicos, positivamente ou não. Explique sucintamente o que implica a adição de cromo na microestrutura do aço.

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Passo 1

Pessoal, a adição de cromo é a cereja do bolo para os materiais metálicos, uma das principais desvantagens deste material é a corrosão, então quando adicionamos o Cr (cromo), pois ele ajuda na formação de uma camada passivadora , que se for estável e aderente, funciona como uma verdadeira barreira que impedira o avanço da corrosão.

Resposta

A adição de cromo ajuda na formação de uma camada passivadora , que se for estável e aderente, funciona como uma verdadeira barreira que impedira o avanço da corrosão.

Exercício Resolvido #6

Elaboração própria

Os elementos de liga podem influenciar em uma ou mais propriedades dos materiais metálicos, positivamente ou não. Explique sucintamente o que implica a adição de nióbio na microestrutura do aço.

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Passo 1

Pessoal, a adição de nióbio forma carbonetos estáveis em temperaturas bemm elevadas, tornando esse elemento uma adição interessante com o propósito de refinar o tamanho de grão, estabilizar a microestrutura e aumentar a resistência em altas temperaturas, isso favorece para aplicações onde é necessário que a peça aguente altas temperaturas.

Resposta

Forma carbonetos estáveis em temperaturas elevadas, refina o tamanho de grão, estabiliza a microestrutura e aumenta a resistência em altas temperaturas

Exercício Resolvido #7

Elaboração própria

Sobre a influência da microestrutura na resistência dos aços a corrosão, determine a opção correta:

  1. Quanto maior a fração volumétrica de ferrita, menor é a resistência à corrosão
  2. Microestruturas de ferrita acicular apresentam bom desempenho a resistência à corrosão
  3. Microestruturas de perlita e martensita apresentam maior resistência à corrosão
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Passo 1

Quanto maior a fração volumétrica de ferrita, maior a resistência à corrosão

Passo 2

Microestruturas de ferrita acicular apresentam bom desempenho a resistência à corrosão

Passo 3

Microestruturas de perlita e martensita apresentam menor resistência à corrosão

Resposta

Alternativa B

Exercício Resolvido #8

Elaboração própria

De forma geral o carbono é um dos elementos que mais influência na microestruturas dos metais, a influência também acontece na microestrutura da solda dos metais. Sendo assim, explique o que ocorre com a microestrutura dos metais quando adicionado em diferentes teores.

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Passo 1

Galerinhaaa, não é indicado teores elevados de carbono para não formar martensita maclada. Então é fortemente aconselhado teores na faixa de 0,05 e 0,15%. Com isso pode se controlar a quantidade de carbonetos desenvolvidos, também beneficia a formação da ferrita acicular em lugar da ferrita de contorno de grão.

Resposta

Não é indicado teores elevados de carbono para não formar martensita maclada. Então é fortemente aconselhado teores na faixa de 0,05 e 0,15%. Com isso pode se controlar a quantidade de carbonetos desenvolvidos, também beneficia a formação da ferrita acicular em lugar da ferrita de contorno de grão

Exercício Resolvido #9

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

Explique sucintamente por que a perlita fina é mais dura e mais resistente que a perlita grosseira, a qual, por sua vez é mais dura e mais resistente que a cementita globulizada.

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Passo 1

Oi pessoal, tudo bem? Vamos analisar essa questão.

Bom, a área limite entre as fases está relacionada à dureza e a resistência das ligas ferro-carbono.

Quanto maior essa área, mais forte é a liga, na medida em que esses limites impedem o movimento dos deslocamentos.

A perlita fina é mais dura e mais resistente que a perlita grossa justamente por que as camadas alternadas de ferrita e cementita são mais finas com uma menor taxa de difusão do carbono. Portanto existe mais área de fronteira de fase. A taxa de carbono também está diretamente relacionada com a dureza.

A área de fronteira de fase entre as esferas de cementita e a matriz de ferrita é menor na esferoidita do que na microestrutura encontrada na perlita grossa, e por esse motivo a resistência e dureza são menores.

Resposta

Exercício Resolvido #10

Capítulo 10 , Perguntas e Problemas, exercício 31

Cite duas razões pelas quais a martensita é tão dura e frágil.

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Passo 1

Olá! Tudo bem? Duas razões pelas quais a martensita é tão dura e quebradiça são:

(1) Existem relativamente poucos sistemas de escorregamento operáveis para a estrutura cristalina tetragonal de corpo centrado.

(2) Praticamente todo o carbono está em solução sólida, o que produz um efeito de endurecimento.

Resposta

Existem relativamente poucos sistemas de escorregamento operáveis para a estrutura cristalina tetragonal de corpo centrado e praticamente todo o carbono está em solução sólida, o que produz um efeito de endurecimento.

Exercício Resolvido #11

Capítulo 10 , Perguntas e Problemas, exercício 3 2

Classifique as seguintes ligas ferro-carbono e suas microestruturas associadas em ordem decrescente de limite de resistência à tração:

(a) 0,25 % p C com cementita globulizada

(b) 0,25 % p C com perlita grosseira

(c) 0,60 % p C com perlita fina

(d) 0,60 % p C com perlita grosseira

Justifique essa classificação.

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Passo 1

Esse problema nos pede para classificar, em ordem decrescente, quatro ligas ferro-carbono de composição e microestrutura especificadas de acordo com o limite de resistência à tração. Esta classificação é a seguinte:

0,60 % p C com perlita fina > 0,60 % p C com perlita grosseira > 0,25 % p C com perlita grosseira > 0,25 % p C com cementita globulizada

A justificativa é que 0,25 % p C com perlita grosseira é mais forte que 0,25 % p C com cementita globulizada, pois a perlita grosseira é mais forte que a cementita globulizada, mesmo a composição das ligas sendo a mesma. A perlita grosseira 0,60 % p C é mais forte que a perlita grosseira 0,25 % p C, uma vez que aumentar o teor de carbono aumenta a resistência. Finalmente, a perlita fina 0,60 % p C é mais forte que a perlita grosseira 0,60 % p C, pois a resistência da perlita fina é maior que a da perlita grosseira devido às muitas outras fronteiras da fase ferrita-cementita na perlita fina.

Resposta

Veja a resolução completa!

Exercício Resolvido #12

Capítulo 10 , Perguntas e Problemas, exercício 3 2

Classifique as seguintes ligas ferro-carbono e suas microestruturas associadas em ordem decrescente de limite de resistência à tração:

(a) 0,25 % p C com cementita globulizada

(b) 0,25 % p C com perlita grosseira

(c) 0,60 % p C com perlita fina

(d) 0,60 % p C com perlita grosseira

Justifique essa classificação.

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Passo 1

Esse problema nos pede para classificar, em ordem decrescente, quatro ligas ferro-carbono de composição e microestrutura especificadas de acordo com o limite de resistência à tração. Esta classificação é a seguinte:

0,60 % p C com perlita fina > 0,60 % p C com perlita grosseira > 0,25 % p C com perlita grosseira > 0,25 % p C com cementita globulizada

A justificativa é que 0,25 % p C com perlita grosseira é mais forte que 0,25 % p C com cementita globulizada, pois a perlita grosseira é mais forte que a cementita globulizada, mesmo a composição das ligas sendo a mesma. A perlita grosseira 0,60 % p C é mais forte que a perlita grosseira 0,25 % p C, uma vez que aumentar o teor de carbono aumenta a resistência. Finalmente, a perlita fina 0,60 % p C é mais forte que a perlita grosseira 0,60 % p C, pois a resistência da perlita fina é maior que a da perlita grosseira devido às muitas outras fronteiras da fase ferrita-cementita na perlita fina.

Resposta

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