Explique quais os fatores que podem alterar a microestrutura de um material e como pode-se visualizar estas mudanças num diagrama de fases.
Passo 1
O enunciado pede para identificarmos quais fatores externos ou intrínsecos podem alterar a microestrutura de um material metálico (por exemplo, aço ou liga de alumínio) e mostrar como essas alterações aparecem num diagrama de fases. Vamos usar os conceitos de fase cristalina, liga binária (eixo de composição) e temperatura (eixo vertical), além das noções de regiões de fase, linhas de fronteira e regra da alavanca.
Passo 2
Identificar o papel da composição química.
Quando mudamos a fração mássica de um elemento de liga (por exemplo, de para
de carbono num aço), deslocamo-nos horizontalmente no diagrama binário Fe–C. Cada posição no eixo de composição determina quais fases (ferrita
, austenita
, perlita, cementita
, etc.) coexistirão e em que proporção, segundo a regra da alavanca:
Quando mudamos a fração mássica de um elemento de liga (por exemplo, de
onde
é a composição global,
e
são as composições das fases na temperatura considerada.
Passo 3
Entender o efeito da temperatura.
Subindo ou descendo no eixo vertical do diagrama de fases, cruzamos linhas de transformação (por exemplo, linha A– ou a linha eutética). Cada cruzamento indica uma mudança de fase (solidificação, transformação
, eutetoide, etc.). No aço, ao resfriar lentamente, passamos por:
Subindo ou descendo no eixo vertical do diagrama de fases, cruzamos linhas de transformação (por exemplo, linha A–
- Região
(austenita) para região (perlita) - Aparecimento de cementita ou bainita, conforme térmica
No diagrama, essa trajetória de resfriamento é representada por uma curva que corta as duas fronteiras de fase.
Passo 4
Levar em conta a cinética de transformação (tempo).
Diagramas de fase clássicos são de equilíbrio (T × composição) e não mostram diretamente o efeito da velocidade de resfriamento. Para isso, usamos diagramas isotérmicos (TTT) ou contínuos (CCT), onde o eixo horizontal é o tempo e o vertical é a temperatura. Nesses diagramas, a forma das curvas (curvas „start“ e „finish“) indica quando começam e terminam as transformações de fase, afetando tamanho de grão e fração de fases.
Diagramas de fase clássicos são de equilíbrio (T × composição) e não mostram diretamente o efeito da velocidade de resfriamento. Para isso, usamos diagramas isotérmicos (TTT) ou contínuos (CCT), onde o eixo horizontal é o tempo e o vertical é a temperatura. Nesses diagramas, a forma das curvas (curvas „start“ e „finish“) indica quando começam e terminam as transformações de fase, afetando tamanho de grão e fração de fases.
Passo 5
Considerar pressão e trabalho mecânico.
- Pressão: num diagrama T–P, aumenta o ponto de fusão e pode estabilizar fases de alta densidade.
- Deformação plástica: provoca recristalização e crescimento de grão, mudando a microestrutura sem alterar a composição. Essas alterações podem ser representadas por linhas de temperatura crítica (por ex., temperatura de recristalização) em diagramas T–ε– tempo.
Passo 6
Visualizar tudo num diagrama de fases.
- No diagrama binário T–composição, cada região (mono-fásica ou polifásica) tem um nome e microestrutura característica.
- A trajetória de uma peça (alterações de temperatura e composição local) desenha uma curva que corta fronteiras de fase.
- Em cada cruzamento, sabe-se que nova fase irá se formar. A proporção final de fases vem da regra da alavanca.
- Se quisermos incluir o efeito da taxa de resfriamento, desenhamos sobre o diagrama TTT/CCT: pontos de tangência indicam início e fim de perlita, bainita ou martensita, mostrando grãos mais finos ou mais grossos.
Resposta
Os principais fatores que alteram a microestrutura são:
– Composição química (deslocamento horizontal no diagrama binário);
– Temperatura (movimento vertical, cruzando linhas de fase);
– Tempo e taxa de resfriamento (representados em diagramas TTT/CCT, afetando tamanho de grão e fração de fases);
– Pressão (num diagrama T–P altera temperaturas de transformação);
– Deformação mecânica (recristalização e encruamento).
– Composição química (deslocamento horizontal no diagrama binário);
– Temperatura (movimento vertical, cruzando linhas de fase);
– Tempo e taxa de resfriamento (representados em diagramas TTT/CCT, afetando tamanho de grão e fração de fases);
– Pressão (num diagrama T–P altera temperaturas de transformação);
– Deformação mecânica (recristalização e encruamento).
Para visualizar essas mudanças num diagrama de fases, traça-se a trajetória da liga no plano temperatura × composição (ou temperatura × tempo, no caso de TTT/CCT). Cada cruzamento de fronteira de fase indica o início de uma nova fase, e a fração relativa das fases é determinada pela regra da alavanca, mostrando claramente como a microestrutura evolui.