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:
onde
é o gradiente térmico no estado líquido (ou sólido),
é a velocidade de crescimento do novo sólido,
é a inclinação da linha de liquidação líquida–sólida,
é a concentração nominal de soluto,
é o coeficiente de partição,
é o coeficiente de difusão do soluto.
Se ficar baixo (i.e.\ crescimento rápido ou gradiente térmico fraco), forma-se super-resfriamento constitucional à frente da interface.
Se
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
), 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.