Como o super resfriamento constitucional afeta o tamanho do grão da microestrutura final em um processo de decomposição da austenita?

Passo 1

O enunciado pergunta como o super-resfriamento constitucional influencia o tamanho de grão na microestrutura resultante de uma decomposição de austenita. Estamos em um contexto de transformações de fase em ligas metálicas (por exemplo, perlita ou bainita em aços) e precisamos usar o conceito de super-resfriamento constitucional para entender nucleação e estabilidade do frente de crescimento.

Passo 2

Super-resfriamento constitucional ocorre quando, à frente do interface de transformação, a composição do sólido e do fluido cria uma região cuja temperatura de equilíbrio local é menor que a temperatura real do material. Isso gera um sub-resfriamento efetivo que favorece instabilidades frontais e maior nucleação. A condição clássica para haver super-resfriamento constitucional é:
GR < m,C0,(1-k)k,D
onde
bul<=t G é o gradiente térmico no estado líquido (ou sólido),
bul<=t R é a velocidade de crescimento do novo sólido,
bul<=t m é a inclinação da linha de liquidação líquida–sólida,
bul<=t C0 é a concentração nominal de soluto,
bul<=t k é o coeficiente de partição,
bul<=t D é o coeficiente de difusão do soluto.
Se G/R ficar baixo (i.e.\ crescimento rápido ou gradiente térmico fraco), forma-se super-resfriamento constitucional à frente da interface.

Passo 3

Com esse sub-resfriamento adicional:
  • A frente de crescimento torna-se instável, desenvolvendo células ou dendritos em vez de um crescimento plano.
  • O sub-resfriamento local aumenta a taxa de nucleação de novas fases (mais sítios onde inicia a perlita ou bainita).
  • Mais núcleos signifcam grãos menores, pois o espaço disponível é ocupado por um número maior de frentes de crescimento concorrentes.
Logo, quanto maior o super-resfriamento constitucional (i.e.\ quanto mais violada a condição G/R<dots), maior a densidade de nucleação e menor será o tamanho de grão final.

Resposta

O aumento do super-resfriamento constitucional gera maior instabilidade do front de transformação e maior densidade de nucleação, resultando em grãos mais finos na microestrutura final.

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