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Apostila cm

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  1. 1. S.J. dos Campos - DutraS.J. dos Campos - Dutra Uma introdução dos materiaisUma introdução dos materiais aplicadosaplicados Prof. Dr. Fernando Cruz BarbieriProf. Dr. Fernando Cruz Barbieri UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Apostila de Ciência dosApostila de Ciência dos MateriaisMateriais
  2. 2. S.J. dos CamposS.J. dos Campos UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Diagrama de FasesDiagrama de Fases
  3. 3. 1.1. TRANSFORMAÇÕES DE FASE1.1. TRANSFORMAÇÕES DE FASE • Quando um metal funde diz-se que ele sofre umaQuando um metal funde diz-se que ele sofre uma mudança demudança de fasefase; a; a fase sólidafase sólida transforma-se natransforma-se na fase líquidafase líquida.. •As fases sólidas são sempre cristalinas, apresentando diferençasAs fases sólidas são sempre cristalinas, apresentando diferenças na composição, na estrutura ou nas dimensões dos cristais.na composição, na estrutura ou nas dimensões dos cristais. •Sob condições normais, com a pressão constante, as mudanças deSob condições normais, com a pressão constante, as mudanças de fase nos metais puros ocorremfase nos metais puros ocorrem isotermicamenteisotermicamente, isto é, a fusão, isto é, a fusão tem lugar numa temperatura fixa e definida (a chamadatem lugar numa temperatura fixa e definida (a chamada temperatura de fusão).temperatura de fusão). • Embora algumas ligas também possam sofrerEmbora algumas ligas também possam sofrer mudanças de fasemudanças de fase isotérmicasisotérmicas, na maior parte dos casos as mudanças de fase em, na maior parte dos casos as mudanças de fase em ligas ocorrem em faixas de temperatura.ligas ocorrem em faixas de temperatura. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  4. 4. •A fusão, por exemplo, pode se iniciar a uma temperatura e não seA fusão, por exemplo, pode se iniciar a uma temperatura e não se completar até que alguma temperatura mais alta seja alcançada,completar até que alguma temperatura mais alta seja alcançada, permanecendo a liga num estado “pastoso” composto de líquido epermanecendo a liga num estado “pastoso” composto de líquido e sólido misturados. Mudanças de fase mais complexas, tantosólido misturados. Mudanças de fase mais complexas, tanto isotérmicas como não isotérmicas, são comuns.isotérmicas como não isotérmicas, são comuns. • É freqüente, por exemplo, o envolvimento de mais de duas fasesÉ freqüente, por exemplo, o envolvimento de mais de duas fases numa transformação simples. Assim, uma liga fundida pode, nonuma transformação simples. Assim, uma liga fundida pode, no resfriamento, formar um sólido complexo composto de várias fasesresfriamento, formar um sólido complexo composto de várias fases sólidas diferentes.sólidas diferentes. • Muitos milhares de ligas comerciais e não comerciais foramMuitos milhares de ligas comerciais e não comerciais foram examinadas, tornando necessário um método sistemático para oexaminadas, tornando necessário um método sistemático para o registro de tais informações, através do quais os dados pudessemregistro de tais informações, através do quais os dados pudessem ser fácil e rapidamente visualizados e acessados no manuseio diárioser fácil e rapidamente visualizados e acessados no manuseio diário dos metais e ligas.dos metais e ligas. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  5. 5. •O método mais eficaz já desenvolvido para se atingir esteO método mais eficaz já desenvolvido para se atingir este objetivo é o uso deobjetivo é o uso de diagramas de fasesdiagramas de fases (ou(ou diagramas dediagramas de constituiçãoconstituição ouou diagramas de equilíbriodiagramas de equilíbrio).). 1.2. O DIAGRAMA DE FASES1.2. O DIAGRAMA DE FASES • Um diagrama de fases típico, apresentado na Figura 1, indica asUm diagrama de fases típico, apresentado na Figura 1, indica as fases presentes, por exemplo, em todas as ligas possíveis dos doisfases presentes, por exemplo, em todas as ligas possíveis dos dois metais níquel (Ni) e cobre (Cu), em todas as temperaturas de 500metais níquel (Ni) e cobre (Cu), em todas as temperaturas de 500 a 1500ºC.a 1500ºC. •A composição da liga é dada pela escala horizontal, ao longo daA composição da liga é dada pela escala horizontal, ao longo da base do diagrama, onde a percentagem em peso de cobre é lidabase do diagrama, onde a percentagem em peso de cobre é lida diretamente, sendo a percentagem de níquel obtida por diferença.diretamente, sendo a percentagem de níquel obtida por diferença. A temperatura é lida verticalmente, em graus centígrados.A temperatura é lida verticalmente, em graus centígrados. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  6. 6. • Duas curvas cruzam o diagrama, indo do ponto de fusão do níquel, aDuas curvas cruzam o diagrama, indo do ponto de fusão do níquel, a 1452ºC, até o ponto de fusão do cobre, a 1083ºC.1452ºC, até o ponto de fusão do cobre, a 1083ºC. •A curva superior, chamadaA curva superior, chamada LiquidusLiquidus, denota, para cada possível, denota, para cada possível composição de liga Ni-Cu, a temperatura de início de solidificação nocomposição de liga Ni-Cu, a temperatura de início de solidificação no resfriamento ou, equivalentemente, a temperatura em que se completa aresfriamento ou, equivalentemente, a temperatura em que se completa a fusão durante o aquecimento (sempre em condições de equilíbriofusão durante o aquecimento (sempre em condições de equilíbrio termodinâmico).termodinâmico). •A curva inferior, denominadaA curva inferior, denominada SolidusSolidus, indica as temperaturas nas quais a, indica as temperaturas nas quais a fusão começa sob aquecimento, ou as temperaturas nas quais afusão começa sob aquecimento, ou as temperaturas nas quais a solidificação se completa sob resfriamento (em equilíbrio).solidificação se completa sob resfriamento (em equilíbrio). •Acima da linhaAcima da linha LiquidusLiquidus todas as ligas estão fundidas e esta região dotodas as ligas estão fundidas e esta região do diagrama é marcada com a letra “L”, indicando a fase líquida (ou soluçãodiagrama é marcada com a letra “L”, indicando a fase líquida (ou solução líquida). Abaixo dalíquida). Abaixo da SolidusSolidus todas as ligas são sólidas e esta região étodas as ligas são sólidas e esta região é marcada com a letra “marcada com a letra “αα”, pois costuma-se utilizar uma letra grega para a”, pois costuma-se utilizar uma letra grega para a designação de uma fase sólida (ou solução sólida).designação de uma fase sólida (ou solução sólida). 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  7. 7. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Assim, a faixa de fusão deAssim, a faixa de fusão de qualquer liga pode serqualquer liga pode ser encontrada pela linhaencontrada pela linha vertical que passa pelavertical que passa pela composição correspondentecomposição correspondente e intercepta ae intercepta a SolidusSolidus e ae a LiquidusLiquidus. Por exemplo, a. Por exemplo, a liga composta de 20% deliga composta de 20% de cobre e 80% de níquelcobre e 80% de níquel começa a fundir a 1370ºCcomeça a fundir a 1370ºC e se torna completamentee se torna completamente líquida a 1410ºC.líquida a 1410ºC.
  8. 8. Temperatura(°C) Líquido (L) Linha Solidus Composição (%p Ni)(Cu) (Ni) α (solução sólida substitucional CFC) Temperatura(°F) α+L Linha Liquidus Composição (%at Ni) Temperatura de fusão Cu Temperatura de fusão Ni 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  9. 9. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  10. 10. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 1.3. Sistemas Isomorfos e Anisomorfos Somente uma fase sólida (alfa)Somente uma fase sólida (alfa) Mais que uma fase sólida (alfa + beta)Mais que uma fase sólida (alfa + beta) αα ββ
  11. 11. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  12. 12. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  13. 13. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  14. 14. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  15. 15. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  16. 16. 1.4. EQUILIBRIO1.4. EQUILIBRIO • Um diagrama de fases adequadamente construído registraUm diagrama de fases adequadamente construído registra transformações de fase que ocorrem sob condições detransformações de fase que ocorrem sob condições de equilíbrioequilíbrio.. Isto é necessário porque as mudanças de fase tendem, na prática,Isto é necessário porque as mudanças de fase tendem, na prática, a ocorrer em diferentes temperaturas, dependendo da taxa dea ocorrer em diferentes temperaturas, dependendo da taxa de aquecimento ou de resfriamento.aquecimento ou de resfriamento. •Os estados de equilíbrio representados nos diagramas de fasesOs estados de equilíbrio representados nos diagramas de fases são conhecidos comosão conhecidos como equilíbrios heterogêneosequilíbrios heterogêneos, porque se referem à, porque se referem à coexistência de diferentes estados da matéria.coexistência de diferentes estados da matéria. •Entretanto, para que duas ou mais fases atinjam equilíbrio mútuo,Entretanto, para que duas ou mais fases atinjam equilíbrio mútuo, é necessário que cada uma delas esteja internamente num estadoé necessário que cada uma delas esteja internamente num estado homogêneo.homogêneo. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  17. 17. 1.4. EQUILIBRIO1.4. EQUILIBRIO O diagrama de fases de um sistema binário em equilíbrio fornece:O diagrama de fases de um sistema binário em equilíbrio fornece: 1) As fases presentes. 2) A composição dessas fases. 3) As proporções de cada fase. Para ligasPara ligas monofásicas, a composição de uma dada fase é aa composição de uma dada fase é a própria composição da liga naquele ponto do diagramaprópria composição da liga naquele ponto do diagrama. Para ligasPara ligas bifásicas deve-se traçar uma linha horizontal, adeve-se traçar uma linha horizontal, a linha de amarração, na temperatura desejada e determinar ana temperatura desejada e determinar a interseção desta reta com as fronteiras entre as fases.interseção desta reta com as fronteiras entre as fases. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  18. 18. 1.4. EQUILIBRIO1.4. EQUILIBRIO Temperatura(°C) Líquido Composição (%p Ni)(Cu) (Ni) α Temperatura(°F) α+L Composição (%at Ni) 60%Cu-40%Ni, 1100°C: fase α 60%Cu-40%Ni, 1250°C: fases α e L 60%Cu-40%Ni, 1400°C: fase L 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  19. 19. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 1.5. A REGRA DA ALAVANCA
  20. 20. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 1.5. A REGRA DA ALAVANCA
  21. 21. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 1.5. A REGRA DA ALAVANCA
  22. 22. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 1.5. A REGRA DA ALAVANCA
  23. 23. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 1.5. A REGRA DA ALAVANCA
  24. 24. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários 1.5. A REGRA DA ALAVANCA
  25. 25. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Sistema Cu-AgSistema Cu-Ag Fase α: CFC, rica em Cu Fase β: CFC, rica em Ag CBA = limite de solubilidade de Ag em Cu. Linha Solvus = separação entre α e α+β. Adição de Ag reduz temperatura de fusão do Cu Liquidus Solidus Solvus
  26. 26. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Latão Duas soluções terminaisDuas soluções terminais αα ee ηη.. Quatro soluções intermediáriasQuatro soluções intermediárias ββ,, γγ,, δδ ee εε.. ββ’ é uma fase ordenada’ é uma fase ordenada Sistema Cu-ZnSistema Cu-Zn
  27. 27. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Sistema Mg-PbSistema Mg-Pb Mg2Pb
  28. 28. 1.6. REVISÃO DA REGRA DA ALAVANCA1.6. REVISÃO DA REGRA DA ALAVANCA 1) Traça-se a linha de amarração,amarração, na temperatura desejada, através da região bifásica. α+L Líquido α 2) Determina-se as interseções da linha de amarração com as fronteiras entre ambas as fases. 3) Desenha-se linhas verticais dos pontos de interseção até o eixo horizontal, onde a composição em cada uma das respectivas fases pode ser lida. 31,5% 42,5% UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários
  29. 29. 1.6. REVISÃO DA REGRA DA ALAVANCA1.6. REVISÃO DA REGRA DA ALAVANCA A Regra da Alavanca Inversa UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários 1) Traça-se a linha de amarraçãoamarração na temperatura desejada. α+L Líquido α 2) Determina-se a composição global, ou original, C0 (em termos de um dos componentes) da liga sobre a linha de amarração. 3) Desenha-se linhas verticais dos pontos de interseção até o eixo horizontal. C0 R S
  30. 30. 1.6. REVISÃO DA REGRA DA ALAVANCA1.6. REVISÃO DA REGRA DA ALAVANCA A Regra da Alavanca Inversa UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários A fração da fase líquida, WL, é calculada pela razão entre a distância desde a composição global até a fronteira com a fase sólida e o comprimento total da linha de amarração. Ou seja, α+L Líquido α C0 R S 0 L L L S W R S C C W C C α α = + − = − ou CL Cα
  31. 31. 1.6. REVISÃO DA REGRA DA ALAVANCA1.6. REVISÃO DA REGRA DA ALAVANCA A Regra da Alavanca Inversa UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários Analogamente, a proporção da fase α, Wα, é 0 L L L R W R S C C W C C α α = + − = − ou α+L Líquido α C0 R S CL Cα αα
  32. 32. 1.6. REVISÃO DA REGRA DA ALAVANCA1.6. REVISÃO DA REGRA DA ALAVANCA A Regra da Alavanca Inversa UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários α+L Líquido α 36,0 R S 31,5 42,5 42,5 36 0,59 42,5 31,5 LW − = = − 36,0 31,5 0,41 42,5 31,5 Wα − = = −
  33. 33. 1.7. REGRAS DAS FASES DE GIBBS1.7. REGRAS DAS FASES DE GIBBS Gibbs deduziu uma relação entreGibbs deduziu uma relação entre o número de fases (P)o número de fases (P) que podemque podem coexistir em equilíbrio em um dado sistema, ocoexistir em equilíbrio em um dado sistema, o número mínimo denúmero mínimo de componentes (C)componentes (C) que podem ser usados para formar o sistema e osque podem ser usados para formar o sistema e os graus de liberdade (F),graus de liberdade (F), ou seja, o número de variáveis – temperatura,ou seja, o número de variáveis – temperatura, pressão e composição – que podem ser alteradas independentemente epressão e composição – que podem ser alteradas independentemente e arbitrariamente, sem variar o número de fases presentes. Esta relaçãoarbitrariamente, sem variar o número de fases presentes. Esta relação pode apresentada sob a forma da equação.pode apresentada sob a forma da equação. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA P + F = C + 2
  34. 34. 1.7. REGRAS DAS FASES DE GIBBS1.7. REGRAS DAS FASES DE GIBBS • Partindo de conceitos termodinâmicos, J.W. Gibbs derivou uma equação quePartindo de conceitos termodinâmicos, J.W. Gibbs derivou uma equação que define o número de fases que podem coexistir em um determinado sistema, emdefine o número de fases que podem coexistir em um determinado sistema, em condições particulares de pressão, temperatura e composição. Esta equação écondições particulares de pressão, temperatura e composição. Esta equação é denominada de Regra das Fases de Gibbs e é dada pela relação:denominada de Regra das Fases de Gibbs e é dada pela relação: ondeonde PP é o número de fases que coexistem no sistema,é o número de fases que coexistem no sistema, CC é o número deé o número de componentes do sistema ecomponentes do sistema e FF é o grau de liberdade do sistema;é o grau de liberdade do sistema; • Normalmente, um componente do sistema pode ser um elemento, umNormalmente, um componente do sistema pode ser um elemento, um composto ou ainda uma solução;composto ou ainda uma solução; •O grau de liberdade é o número de variáveis (pressão, temperatura eO grau de liberdade é o número de variáveis (pressão, temperatura e composição da fase) que podem ser mudadas independentemente, sem alterar ocomposição da fase) que podem ser mudadas independentemente, sem alterar o número de fases em equilíbrio neste sistema.número de fases em equilíbrio neste sistema. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA P + F = C + 2
  35. 35. 1.7. REGRAS DAS FASES DE GIBBS1.7. REGRAS DAS FASES DE GIBBS • A análise do diagrama P-T da água pela regra de Gibss resulta em:A análise do diagrama P-T da água pela regra de Gibss resulta em: a.a. No ponto triplo coexistem três fases em equilíbrio e já que existeNo ponto triplo coexistem três fases em equilíbrio e já que existe apenas um componente (água pura), o grau de liberdade é dado por:apenas um componente (água pura), o grau de liberdade é dado por: ou F=0 (nenhum grau de liberdade). Nenhuma variável (temperatura ou pressão)ou F=0 (nenhum grau de liberdade). Nenhuma variável (temperatura ou pressão) pode ser mudada mantendo-se a existência das três fases, e assim, o pontopode ser mudada mantendo-se a existência das três fases, e assim, o ponto triplo é chamado de ponto invariante.triplo é chamado de ponto invariante. b. Considerando um ponto ao longo da linha de solidificação. Emb. Considerando um ponto ao longo da linha de solidificação. Em qualquer ponto desta linha existirão duas fases. Assim,qualquer ponto desta linha existirão duas fases. Assim, ou F=1 (um grau de liberdade).ou F=1 (um grau de liberdade). 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA P + F = C + 2 3 + F = 1 + 2 2 + F = 1 + 2
  36. 36. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  37. 37. 1.7. REGRAS DAS FASES DE GIBBS1.7. REGRAS DAS FASES DE GIBBS • Este resultado indica que, para manter a existência das duas fases emEste resultado indica que, para manter a existência das duas fases em equilíbrio, apenas uma das variáveis (temperatura ou pressão) pode ser mudada,equilíbrio, apenas uma das variáveis (temperatura ou pressão) pode ser mudada, ficando a outra determinada. Assim, se uma pressão em particular éficando a outra determinada. Assim, se uma pressão em particular é especificada, existe apenas uma temperatura em que líquido e sólido estão emespecificada, existe apenas uma temperatura em que líquido e sólido estão em equilíbrio.equilíbrio. c. Considerando um ponto dentro de uma fase, a regra das fases permitec. Considerando um ponto dentro de uma fase, a regra das fases permite obter:obter: ou F=2 (dois graus de liberdade). Este resultado indica que a temperatura ouou F=2 (dois graus de liberdade). Este resultado indica que a temperatura ou pressão podem ser mudadas independentemente sem comprometer a existênciapressão podem ser mudadas independentemente sem comprometer a existência da fase citadada fase citada.. Na tabela 1, estão apresentadas as várias possibilidadesNa tabela 1, estão apresentadas as várias possibilidades para um sistema binário.para um sistema binário. Observe que, para um sistema binárioObserve que, para um sistema binário monofásico, há três graus de liberdade.monofásico, há três graus de liberdade. 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 1 + F = 1 + 2
  38. 38. 1.7. REGRAS DAS FASES DE GIBBS1.7. REGRAS DAS FASES DE GIBBS •Normalmente, as variáveis consideradas são temperatura, pressão e aNormalmente, as variáveis consideradas são temperatura, pressão e a composição da fase.composição da fase. • No caso de duas fases em equilíbrio, em um sistema binário, há dois grausNo caso de duas fases em equilíbrio, em um sistema binário, há dois graus de liberdade.de liberdade. •Assim, escolhidas uma temperatura e uma pressão, nas quais duas fasesAssim, escolhidas uma temperatura e uma pressão, nas quais duas fases podem ser mantidas em equilíbrio, as composições das fases estão univocamentepodem ser mantidas em equilíbrio, as composições das fases estão univocamente determinadas.determinadas. •Naturalmente, é possível variar a temperatura e a pressão, mas taisNaturalmente, é possível variar a temperatura e a pressão, mas tais variações provocam alterações de composições das fases.variações provocam alterações de composições das fases. •No caso de diagramas binários de ligas metálicas, já que a pressão é mantidaNo caso de diagramas binários de ligas metálicas, já que a pressão é mantida constante, a regra das fases de Gibbs é usada considerando apenas duasconstante, a regra das fases de Gibbs é usada considerando apenas duas variáveis: temperatura e composição.variáveis: temperatura e composição. •Assim a regra de Gibbs torna-se igual aAssim a regra de Gibbs torna-se igual a:: 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA P + F = C + 1
  39. 39. 1.7. REGRAS DAS FASES DE GIBBS1.7. REGRAS DAS FASES DE GIBBS 1. Diagramas de fases em sistemas binários1. Diagramas de fases em sistemas binários UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Número de Componentes, C Número de fases, P Graus de liberdade, F 1 1 2 (T, P) 1 2 1 (T ou P) 1 3 0 2 1 3 ( T, P, Cα ) 2 2 2 (T, P) 2 3 1 (T ou P) 2 4 0 Tabela 1- Número de fases e grau de liberdade em sistemas unitários e binários (P+F=C+2).
  40. 40. 1. Lista de Exercícios1. Lista de Exercícios UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 2) Explique com suas próprias palavras o que são digrama de fases de um composto, para que2) Explique com suas próprias palavras o que são digrama de fases de um composto, para que serve e dê alguns exemplos?serve e dê alguns exemplos?
  41. 41. 1. Lista de Exercícios1. Lista de Exercícios UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 3)3) Uma prata de lei, uma liga contendo aproximadamente 90% de prata e 10% de cobreUma prata de lei, uma liga contendo aproximadamente 90% de prata e 10% de cobre é aquecida nas temperaturas 600, 800 e 1100é aquecida nas temperaturas 600, 800 e 110000 C. Determine as fases presentes e suasC. Determine as fases presentes e suas proporções, como mostra a figura abaixo.proporções, como mostra a figura abaixo.
  42. 42. 1. Lista de Exercícios1. Lista de Exercícios UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 4 ) Para uma liga de solda com 40% de estanho e 60% de chumbo a 1504 ) Para uma liga de solda com 40% de estanho e 60% de chumbo a 15000 C ,C , a) quais as fases presentes,a) quais as fases presentes, b) qual a proporção de cada fase.b) qual a proporção de cada fase.
  43. 43. 1. Lista de Exercícios1. Lista de Exercícios UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 5)Uma liga típica para componentes de aeronaves contém 92kg de magnésio e 8 kg5)Uma liga típica para componentes de aeronaves contém 92kg de magnésio e 8 kg de alumínio.de alumínio. Quais são fases presentes e as proporções dessas fases a: 650Quais são fases presentes e as proporções dessas fases a: 65000 C,C, 53053000 C, 420C, 42000 C, 310C, 31000 C e 200C e 20000 C, conforme mostra figura abaixo?C, conforme mostra figura abaixo?
  44. 44. 2.2. Reação do estado sólidoReação do estado sólido UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 2.1. Ponto Eutético e Reações Eutéticas2.1. Ponto Eutético e Reações Eutéticas • Em um diagrama de equilíbrio binário, é o ponto representativoEm um diagrama de equilíbrio binário, é o ponto representativo da reação eutética, segundo a qual,da reação eutética, segundo a qual, no resfriamento, uma faseno resfriamento, uma fase líquida se solidifica isotermicamente, produzindo um agregadolíquida se solidifica isotermicamente, produzindo um agregado de duas fases sólidas (constituinte eutético), de composiçõesde duas fases sólidas (constituinte eutético), de composições diferentes entre si e diferentes da composição original.diferentes entre si e diferentes da composição original. • AA liga e a temperaturaliga e a temperatura que definem o ponto eutéticoque definem o ponto eutético denominam-se, respectivamente,denominam-se, respectivamente, liga eutética e temperaturaliga eutética e temperatura eutética.eutética. • A liga eutética possui o mais baixo ponto de solidificação doA liga eutética possui o mais baixo ponto de solidificação do sistema a que pertence.sistema a que pertence.
  45. 45. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA A reação é a seguinte: LA reação é a seguinte: L ⇔⇔ αα ++ ββ •pontos A e B → fusão dos componentes da liga. •adição Pb no Sn ( vice-versa) → ponto de fusão do último diminui. •O ponto eutético → ponto de intersecção entre as linhas líiquidus. •A liga correspondente à composição na qual as duas linhas se interceptam → liga eutética. •A liga eutética → menor ponto de fusão de todas as composições possíveis. • fases α e β solidificadas simultaneamente na forma de uma mistura eutética. 2.2. Reação do estado sólidoReação do estado sólido Resf.Resf. Aquec.Aquec. Linha daLinha da reação eutet.reação eutet. FaseFase ββ dada reação eut.reação eut. Ponto eutet.Ponto eutet. FaseFase αα dada reação eutet.reação eutet.
  46. 46. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA AsAs ligas à esquerdaligas à esquerda da eutética são chamadasda eutética são chamadas hipoeutéticashipoeutéticas e ase as dada direitadireita são chamadassão chamadas hipereutéticas.hipereutéticas. Hipoeutéticas => metal comHipoeutéticas => metal com teor de liga menos elevadoteor de liga menos elevado que aque a correspondente á eutética.correspondente á eutética. Hipereutéticas => metal comHipereutéticas => metal com teor de liga mais elevadoteor de liga mais elevado que aque a correspondente á eutética.correspondente á eutética.
  47. 47. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 2.2. Reação do estado sólidoReação do estado sólido
  48. 48. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 2.2. Reação do estado sólidoReação do estado sólido
  49. 49. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 2.2. Reação do estado sólidoReação do estado sólido
  50. 50. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 2.2. Reação do estado sólidoReação do estado sólido
  51. 51. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 2.2. Reação do estado sólidoReação do estado sólido
  52. 52. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 2.2. Reação do estado sólidoReação do estado sólido
  53. 53. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 2.2. Reação do estado sólidoReação do estado sólido
  54. 54. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 2.2. Ponto Eutetóide e Reações Eutetóide2.2. Ponto Eutetóide e Reações Eutetóide • Em um diagrama de equilíbrio binário, é o ponto representativoEm um diagrama de equilíbrio binário, é o ponto representativo de reação eutetóide, segundo a qual, node reação eutetóide, segundo a qual, no resfriamento, umaresfriamento, uma fase sólida se transforma em duas outras fases sólidas defase sólida se transforma em duas outras fases sólidas de composições diferentes da composição original.composições diferentes da composição original. • AA liga e a temperaturaliga e a temperatura que definem o ponto eutetóideque definem o ponto eutetóide denominam-se, respectivamente:denominam-se, respectivamente: liga eutetóide e temperaturaliga eutetóide e temperatura eutetóide.eutetóide. • A liga eutetóide possui, dentro do sistema a que pertence oA liga eutetóide possui, dentro do sistema a que pertence o mais baixo ponto de transformação da fase sólida original. Amais baixo ponto de transformação da fase sólida original. A reação eutetóide é reversível.reação eutetóide é reversível. A reação é a seguinte:A reação é a seguinte: γγ ⇔⇔ αα ++ ββ (resfriamento)(resfriamento) ⇔⇔ (aquecimento)(aquecimento) 2.2. Reação do estado sólidoReação do estado sólido
  55. 55. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 2.2. Reação do estado sólidoReação do estado sólido
  56. 56. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 2.2. Reação do estado sólidoReação do estado sólido Linha da reaçãoLinha da reação eutetóideeutetóide Linha da reaçãoLinha da reação eutéticaeutética ponto eutetóideponto eutetóide ponto eutéticoponto eutético
  57. 57. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 2.2. Reação do estado sólidoReação do estado sólido
  58. 58. 3.3. Diagrama Ferro-CarbonoDiagrama Ferro-Carbono UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA • FerroFerro é o metal mais utilizado pelo homem.é o metal mais utilizado pelo homem. •AA abundância dos mineraisabundância dos minerais, o, o custo relativamente baixocusto relativamente baixo dede produção e as múltiplas propriedades físico-químicas que podem serprodução e as múltiplas propriedades físico-químicas que podem ser obtidas com adição de outros elementos de ligaobtidas com adição de outros elementos de liga são fatores quesão fatores que dão ao metal uma extensa variedade de aplicaçõesdão ao metal uma extensa variedade de aplicações • AçoAço é a denominação genérica para ligas de ferro-carbono comé a denominação genérica para ligas de ferro-carbono com teores de carbono de 0,008 a 2,11%, contendo outros elementosteores de carbono de 0,008 a 2,11%, contendo outros elementos residuais do processo de produção e podendo conter outrosresiduais do processo de produção e podendo conter outros elementos de liga propositalmente adicionados.elementos de liga propositalmente adicionados. •Ferro fundidoFerro fundido é a designação genérica para ligas de ferro-é a designação genérica para ligas de ferro- carbono com teores de carbono acima de 2,11%.carbono com teores de carbono acima de 2,11%.
  59. 59. 3.1. O equilíbrio ferro-carbono3.1. O equilíbrio ferro-carbono UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA • Alguns elementos químicos apresentamAlguns elementos químicos apresentam variedades alotrópicasvariedades alotrópicas,, isto é, estruturas cristalinas diferentes que passam de umaisto é, estruturas cristalinas diferentes que passam de uma para outra em determinadas temperaturas, chamadaspara outra em determinadas temperaturas, chamadas temperaturas de transiçãotemperaturas de transição.. • O ferro apresenta 3 variedades, conforme a seguir descrito.O ferro apresenta 3 variedades, conforme a seguir descrito. Ao se solidificar (temperatura de aproximadamente 1540°C), oAo se solidificar (temperatura de aproximadamente 1540°C), o ferro apresenta estrutura cúbica de corpo centrado, chamadaferro apresenta estrutura cúbica de corpo centrado, chamada dede ferro deltaferro delta (Fe(Fe δδ).). • Permanece nesta condição até cerca de 1390ºC e, abaixoPermanece nesta condição até cerca de 1390ºC e, abaixo desta, transforma-se emdesta, transforma-se em ferro gamaferro gama (Fe(Fe γγ),), com estruturacom estrutura cúbica de face centrada. Abaixo de 912°C, readquire acúbica de face centrada. Abaixo de 912°C, readquire a estrutura cúbica de corpo centrado, agora chamada deestrutura cúbica de corpo centrado, agora chamada de ferroferro alfaalfa (Fe(Fe αα).).
  60. 60. 3.1. O equilíbrio ferro-carbono3.1. O equilíbrio ferro-carbono UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Ligado com o carbono, o comportamento das variedades alotrópicasLigado com o carbono, o comportamento das variedades alotrópicas do ferro e a solubilidade do carbono nele variam de formado ferro e a solubilidade do carbono nele variam de forma característica, dependendo da temperatura e do teor de carbono.característica, dependendo da temperatura e do teor de carbono.
  61. 61. 3.1. O equilíbrio ferro-carbono3.1. O equilíbrio ferro-carbono UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  62. 62. 3.1. O equilíbrio ferro-carbono3.1. O equilíbrio ferro-carbono UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA • Com o resfriamento, a 770°C ocorre o Com o resfriamento, a 770°C ocorre o ponto de Curieponto de Curie, isto é,, isto é, ele passa a ter propriedades magnéticas.ele passa a ter propriedades magnéticas. • Entretanto, isso não se deve a um rearranjo da disposiçãoEntretanto, isso não se deve a um rearranjo da disposição atômica, mas sim à mudança do direcionamento da rotação dosatômica, mas sim à mudança do direcionamento da rotação dos elétrons (spin).elétrons (spin). • Em outras épocas, tal fato não era conhecido e julgava-seEm outras épocas, tal fato não era conhecido e julgava-se corresponder a uma variedade alotrópica, o corresponder a uma variedade alotrópica, o ferro betaferro beta..
  63. 63. 3.2. Solubilidade de carbono em ferro3.2. Solubilidade de carbono em ferro UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA •O carbono forma umaO carbono forma uma solução sólida intersticial com o ferrosolução sólida intersticial com o ferro, isto é, os átomos, isto é, os átomos de carbono se colocam nos interstícios da estrutura cristalina do ferro.de carbono se colocam nos interstícios da estrutura cristalina do ferro. •A conseqüência prática deste tipo de solução é que teremos uma liga de baixoA conseqüência prática deste tipo de solução é que teremos uma liga de baixo custo e com possibilidades de uma grande variação nas propriedades dependendocusto e com possibilidades de uma grande variação nas propriedades dependendo do teor de carbono e do tratamento térmico utilizado (versatilidade).do teor de carbono e do tratamento térmico utilizado (versatilidade). CARBONO
  64. 64. 3.2. Solubilidade de carbono em ferro3.2. Solubilidade de carbono em ferro UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA •Os interstícios variam de tamanho de acordo com a estrutura, isto é, osOs interstícios variam de tamanho de acordo com a estrutura, isto é, os interstícios da estrutura CCC são menores do que os da estrutura CFC.interstícios da estrutura CCC são menores do que os da estrutura CFC. •Exemplo, no caso da liga ferro-carbono os raios máximos do interstícios noExemplo, no caso da liga ferro-carbono os raios máximos do interstícios no ferro corresponde aferro corresponde a 0,36 ângstrons0,36 ângstrons para a estruturapara a estrutura CCCCCC, e, e 0,52 ângstrons0,52 ângstrons para a estruturapara a estrutura CFCCFC.. • Como o raio atômico do carbono é de aproximadamenteComo o raio atômico do carbono é de aproximadamente 0,77 ângstrons0,77 ângstrons é fácilé fácil notar que em qualquer situação teremos uma distorção do reticulado sempre quenotar que em qualquer situação teremos uma distorção do reticulado sempre que um átomo de carbono se colocar em um interstícioum átomo de carbono se colocar em um interstício • Isto significa que de acordo com o tamanho do interstício teremos um menorIsto significa que de acordo com o tamanho do interstício teremos um menor ou maior espaço disponível para que um átomo de uma solução intersticial venhaou maior espaço disponível para que um átomo de uma solução intersticial venha se colocar naquela posição.se colocar naquela posição.
  65. 65. 3.2. Solubilidade de carbono em ferro3.2. Solubilidade de carbono em ferro UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA •Tamanho dos raios atômicos do elementos químicos na tabela periódicaTamanho dos raios atômicos do elementos químicos na tabela periódica •Raio de carbono = 0,077 nm Raio de ferro = 0,124 nmRaio de carbono = 0,077 nm Raio de ferro = 0,124 nm
  66. 66. 3.2. Solubilidade de carbono em ferro3.2. Solubilidade de carbono em ferro UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Ferro Puro=Ferro Puro= até 0,02% de Carbonoaté 0,02% de Carbono Aço=Aço= 0,008 até 2,06% de Carbono0,008 até 2,06% de Carbono Ferro Fundido=Ferro Fundido= 2,1- 4,5% de Carbono2,1- 4,5% de Carbono FeFe33C (CEMENTITA)=C (CEMENTITA)= 6,7% de C6,7% de C FERROFERRO αα = FERRITA == FERRITA = 0,022 % de C0,022 % de C FERROFERRO γγ = AUSTENITA == AUSTENITA = 2,11 % de C2,11 % de C FERROFERRO δδ = FERRITA= FERRITA δδ == 0,09 % de C0,09 % de C
  67. 67. 3.3. Fases sólidas presentes no diagrama Fe-Fe3.3. Fases sólidas presentes no diagrama Fe-Fe33CC UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA A) FerritaA) Ferrita Microestrutura do tipoMicroestrutura do tipo ferro alfaferro alfa, esta fase é uma solução, esta fase é uma solução sólida intersticial de carbono na rede cristalina do ferro do tiposólida intersticial de carbono na rede cristalina do ferro do tipo cúbica de corpo centradocúbica de corpo centrado estável a temperatura ambiente.estável a temperatura ambiente. Através do diagrama de fase, o carbono é muito pouco solúvelAtravés do diagrama de fase, o carbono é muito pouco solúvel na ferrita-na ferrita-αα, atingindo solubilidade máxima de 0,02% à, atingindo solubilidade máxima de 0,02% à temperatura de 723temperatura de 72300 C.A solubilidade de C na ferrita diminuiC.A solubilidade de C na ferrita diminui para 0,008% a 0para 0,008% a 000 C.C. È mole e muito dútil, e um material ferro-magnético emÈ mole e muito dútil, e um material ferro-magnético em temperaturas abaixo de 766temperaturas abaixo de 76600 C (ponto de Curie).C (ponto de Curie).
  68. 68. 3.3. Fases sólidas presentes no diagrama Fe-Fe3.3. Fases sólidas presentes no diagrama Fe-Fe33CC UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA B) AustenitaB) Austenita Microestrutura do tipoMicroestrutura do tipo ferro gamaferro gama, esta fase é uma solução, esta fase é uma solução sólida intersticial de carbono na rede cristalina do ferro do tiposólida intersticial de carbono na rede cristalina do ferro do tipo cúbica de face centradacúbica de face centrada.. Dissolve muito mais carbono do que a ferrita. A solubilidade doDissolve muito mais carbono do que a ferrita. A solubilidade do C na austenita atinge um Maximo de 2,08% a 1148C na austenita atinge um Maximo de 2,08% a 114800 C e diminuiC e diminui para 0,8% a 723para 0,8% a 72300 C. Não MagnéticaC. Não Magnética C) Cementita (FeC) Cementita (Fe33C)C) OO composto intermetálico Fecomposto intermetálico Fe33CC denomina-se cementita.denomina-se cementita. Possui limites de solubilidade desprezíveis e possui umaPossui limites de solubilidade desprezíveis e possui uma composição de 6,67% de C e 93,3% Fe.composição de 6,67% de C e 93,3% Fe. É um composto frágil e duro.É um composto frágil e duro.
  69. 69. 3.3. Fases sólidas presentes no diagrama Fe-Fe3.3. Fases sólidas presentes no diagrama Fe-Fe33CC UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA D) ferroD) ferro δδ Desigina por ferro delta a solução sólida intersticial de carbonoDesigina por ferro delta a solução sólida intersticial de carbono nono ferro deltaferro delta.. Tal como ferro alfa tem estrutura cristalinaTal como ferro alfa tem estrutura cristalina CCCCCC, muito embora, muito embora tenha parâmetro de rede superior.tenha parâmetro de rede superior. A solubilidade máxima de C no ferro gama é 0,09% a 1465A solubilidade máxima de C no ferro gama é 0,09% a 146500 C.C. E) perlitaE) perlita Microestrutura bifásicaMicroestrutura bifásica encontrada nos aços e ferro fundido.encontrada nos aços e ferro fundido. Ela resulta da transformação da austenita com composiçãoEla resulta da transformação da austenita com composição eutetóide e consiste emeutetóide e consiste em camadas alternadas lamelar de ferritacamadas alternadas lamelar de ferrita e cementita.e cementita.
  70. 70. 70 3.4 Diagrama Fe-Fe3.4 Diagrama Fe-Fe33CC UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  71. 71. 3.4 Diagrama Fe-Fe3.4 Diagrama Fe-Fe33CC UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Diagrama de fases Fe- Fe3C Cementita (Fe3C) γ, Austenita (CFC) α, Ferrita (CCC) δ, Ferrita (CCC) Macia e magnética Dura e quebradiça eutético eutetóide 100X (metaestável) Transformações polimórficas
  72. 72. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  73. 73. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 3.6.Reações das fase sólidas do Fe-C3.6.Reações das fase sólidas do Fe-C Reação eutética A 1148°C ocorre a reação L (4.3% C) <=> γ (2.11% C) + Fe3C (6.7% C) Reação eutetóide A 727°C ocorre a reação γ (0.77% C) <=> α (0.022% C) + Fe3C (6.7% C) que é extremamente importante no tratamento térmico de aços.
  74. 74. 3.4 Diagrama Fe-Fe3.4 Diagrama Fe-Fe33CC UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA açoaço
  75. 75. 3.5.Microestrura das fase sólidas do Fe-C3.5.Microestrura das fase sólidas do Fe-C UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDEMICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrioSupondo resfriamento lento para manter o equilíbrio
  76. 76. 3.5.Microestrura das fase sólidas do Fe-C3.5.Microestrura das fase sólidas do Fe-C UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDEMICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrioSupondo resfriamento lento para manter o equilíbrio
  77. 77. 3.5.Microestrura das fase sólidas do Fe-C3.5.Microestrura das fase sólidas do Fe-C UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  78. 78. 3.5.Microestrura das fase sólidas do Fe-C3.5.Microestrura das fase sólidas do Fe-C UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA MICROESTRUTURAS /HIPOEUTETÓIDEMICROESTRUTURAS /HIPOEUTETÓIDE Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrioSupondo resfriamento lento para manter o equilíbrio
  79. 79. 3.5.Microestrura das fase sólidas do Fe-C3.5.Microestrura das fase sólidas do Fe-C UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  80. 80. 3.5.Microestrura das fase sólidas do Fe-C3.5.Microestrura das fase sólidas do Fe-C UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA MICROESTRUTURAS /HIPEREUTETÓIDEMICROESTRUTURAS /HIPEREUTETÓIDE Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrioSupondo resfriamento lento para manter o equilíbrio
  81. 81. 3.5.Microestrura das fase sólidas do Fe-C3.5.Microestrura das fase sólidas do Fe-C UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA CementitaCementita 0,85%C0,85%C ALTO
  82. 82. 3.5.Microestrura das fase sólidas do Fe-C3.5.Microestrura das fase sólidas do Fe-C UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA PERLITAPERLITA
  83. 83. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA RevisãoRevisão
  84. 84. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA RevisãoRevisão
  85. 85. 3.7.Revisão das proporções da fase sólidas do Fe-C3.7.Revisão das proporções da fase sólidas do Fe-C UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA RevisãoRevisão
  86. 86. 3.7.Microestrura das fase sólidas do Fe-C3.7.Microestrura das fase sólidas do Fe-C UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  87. 87. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 4. Evolução microestrutural do aço4. Evolução microestrutural do aço
  88. 88. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 4. Evolução microestrutural do aço4. Evolução microestrutural do aço
  89. 89. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 4. Evolução microestrutural do aço4. Evolução microestrutural do aço
  90. 90. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 4. Evolução microestrutural do aço4. Evolução microestrutural do aço
  91. 91. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 4. Evolução microestrutural do aço4. Evolução microestrutural do aço
  92. 92. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 4. Evolução microestrutural do aço4. Evolução microestrutural do aço
  93. 93. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 4. Evolução microestrutural do aço4. Evolução microestrutural do aço
  94. 94. 2. Lista de Exercícios2. Lista de Exercícios UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 1) Faça uma analise das fases presentes na liga chumbo-estanho, solidificadas em condições de equilíbrio, nos seguintes ponto do diagrama, como mostra a figura abaixo: pede-se: a) composição eutética b) temperatura eutética c) reação eutética d) as fases e as proporções dessas fases presentes no ponto c e) as fases e as proporções dessas fases presentes no ponto e
  95. 95. 2. Lista de Exercícios2. Lista de Exercícios UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 2) Para a liga composta por Fe-C, como mostra a figura abaixo, determine: a)a liga eutética e eutetóide b) a temperatura eutética e eutetóide c) a reação eutética e eutetóide d) Mostre no gráfico as regiões: eutetóides/eutéticas hipoeutetóides/hipoeutéticas hipereutetóides/hipereutéticas
  96. 96. 2. Lista de Exercícios2. Lista de Exercícios UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA a.) Cite as principais formas alotrópicas do ferro e suas principais características.a.) Cite as principais formas alotrópicas do ferro e suas principais características. b.) Qual a estrutura do ferro que é magnética? Até que temperatura o ferro é magnético?b.) Qual a estrutura do ferro que é magnética? Até que temperatura o ferro é magnético? c.) Aços são as principais ligas de Fe-C de ampla aplicação na engenharia. Como o carbonoc.) Aços são as principais ligas de Fe-C de ampla aplicação na engenharia. Como o carbono encontra-se na estrutura cristalina do ferro?encontra-se na estrutura cristalina do ferro? d.) A solubilidade do carbono é maior na ferrita ou na austenita? Explique.d.) A solubilidade do carbono é maior na ferrita ou na austenita? Explique. e.) Qual a composição dos aços quanto ao teor de carbono?e.) Qual a composição dos aços quanto ao teor de carbono? f.) Como variam as propriedades mecânicas dos aços, como resistência, dureza e ductilidade, nosf.) Como variam as propriedades mecânicas dos aços, como resistência, dureza e ductilidade, nos aços de acordo com o teor de carbono?aços de acordo com o teor de carbono? g.) Com base no diagrama Fe-C, qual a solubilidade máxima do carbono nos aços e a queg.) Com base no diagrama Fe-C, qual a solubilidade máxima do carbono nos aços e a que temperatura ocorre?temperatura ocorre? h.) Com base no diagrama Fe-C, especifique as temperaturas e composições das reações eutéticah.) Com base no diagrama Fe-C, especifique as temperaturas e composições das reações eutética e eutetóide.e eutetóide. i.) Qual a diferença entre aços hipoeutetóides e hipereutetóides?i.) Qual a diferença entre aços hipoeutetóides e hipereutetóides? j.) Como são as microestruturas características dos aços eutetóides, hipo e hiper eutetóides?j.) Como são as microestruturas características dos aços eutetóides, hipo e hiper eutetóides? k.) Quais são as principais fases que podem estar presentes nos aços a temperatura ambiente, sek.) Quais são as principais fases que podem estar presentes nos aços a temperatura ambiente, se resfriados lentamente? Cite as principais propriedades mecânicas dessas fases.resfriados lentamente? Cite as principais propriedades mecânicas dessas fases. l.) Use a regra das alavancas para determinar a fração da ferrita e da cementita na perlita.∝l.) Use a regra das alavancas para determinar a fração da ferrita e da cementita na perlita.∝ m.)Qual o microconstituinte mais mole dos aços?m.)Qual o microconstituinte mais mole dos aços? n.)Qual o microconstituinte mais duro dos aços?n.)Qual o microconstituinte mais duro dos aços? 3) Responda as questões abaixo3) Responda as questões abaixo
  97. 97. 2. Lista de Exercícios2. Lista de Exercícios UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 4) Considere o diagrama Fe –C dado abaixo. Uma liga com 3,0 %C (% mássica) é fundida a 14004) Considere o diagrama Fe –C dado abaixo. Uma liga com 3,0 %C (% mássica) é fundida a 1400oo C, sendo aC, sendo a seguir resfriada lentamente, em condições que podem ser consideradas como sendo de equilíbrio. Pergunta-se:seguir resfriada lentamente, em condições que podem ser consideradas como sendo de equilíbrio. Pergunta-se: a) Qual é a temperatura de início de solidificação dessa liga?a) Qual é a temperatura de início de solidificação dessa liga? b) Qual é a primeira fase sólida que se solidifica à temperatura definida no item (a)?b) Qual é a primeira fase sólida que se solidifica à temperatura definida no item (a)? c) Qual é a temperatura na qual termina a solidificação dessa liga?c) Qual é a temperatura na qual termina a solidificação dessa liga? d) A 1148d) A 1148oo C, quais são as fases presentes, as suas composições e as suas proporções relativas?C, quais são as fases presentes, as suas composições e as suas proporções relativas? e) A 723e) A 723oo C, quais são os constituintes dessa liga, as suas composições e as suas proporções relativas?C, quais são os constituintes dessa liga, as suas composições e as suas proporções relativas?
  98. 98. 2. Lista de Exercícios2. Lista de Exercícios UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 5) Com auxilio do diagrama do exercício anterior (ex 4), responda: Ferrita (α): a) estrutura cúbica existente:______________ b) solubilidade máxima de carbono (teor %): ________% até temperatura de _____0 C c) propriedades mecânicas:_______________ Austenita (γ): a)estrutura cúbica existente:______________ b) solubilidade máxima de carbono (teor %): ________% até temperatura de _____0 C c) forma estável do ferro puro a temperatura entre _____0 C a _____0 C d) propriedades mecânicas:_______________ Ferrita (δ): a)estrutura cúbica existente:_______________ b) forma estável até a temperatura de _____0 C c)possui alguma aplicação tecnológica :: Cementita (Fe3C): a)forma-se quando o limite de solubilidade de carbono é______ b) forma estável até a temperatura de _____0 C c) propriedades mecânicas:_______________ Perlita a)quais as microestruturas que formam a perlita:____________ e ___________ b) as lamelas claras se refere a:_________ e as lamelas escuras a ____________ c) propriedades mecânicas:_______________ Ferrita Austenita Perlita
  99. 99. 2. Lista de Exercícios2. Lista de Exercícios UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 6) Calcular a proporção de ferrita e perlita no ponto f desta liga hipoeutetóide. Admitir sendo C0 = 0,35 % C. OBS: utilize as informações da folha anexa para se efetuar os cálculos.
  100. 100. S.J. dos CamposS.J. dos Campos UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 2 Bimestre2 Bimestre
  101. 101. 5. Reações no estado sólido – não equilíbrio5. Reações no estado sólido – não equilíbrio UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA EFEITOS DO NÃO-EQUILÍBRIO: • Ocorrências de fases ou transformações em temperaturas diferentes daquela prevista no diagrama. • Existência a temperatura ambiente de fases que não aparecem no diagrama. • Cinética das transformações: equação de Arrhenius MicroestruturasMicroestruturas “Supondo resfriamento fora do equilíbrio”
  102. 102. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA BAINITA: - Ocorre a uma temperatura inferior a do joelho - Forma de agulhas que só podem ser vista com microscópio eletrônico Dureza: bainita superior 40-45 Rc e bainita acidular 50-60 Rc ESFEROIDITA: - É obtida pelo reaquecimento (abaixo do eutetóide) da perlita ou bainita, durante um tempo bastante longo TROOSTITA: - os carbonetos precipitam de forma globular (forma escura) - Tem baixa dureza (30-40 Rc) MicroestruturasMicroestruturas 5. Reações no estado sólido – não equilíbrio5. Reações no estado sólido – não equilíbrio
  103. 103. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA • Microestrutura da Bainita contendo finíssimas agulhas das fases Microestruturas: Bainita Microestruturas: Bainita 5. Reações no estado sólido – não equilíbrio5. Reações no estado sólido – não equilíbrio
  104. 104. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA MARTENSITA: - É uma solução sólida supersaturada de carbono (não se forma por difusão) - Forma de agulhas - É dura e frágil - Tem estrutura tetragonal cúbica (é uma fase metaestável, por isso não aparece no diagrama) MARTENSITA REVENIDA: - É obtida pelo reaquecimento da martensita (fase alfa + cementita) - A dureza cai - Os carbonetos precipitam - Forma de agulhas escuras Microestruturas: Martensita / Martensita revenida Microestruturas: Martensita / Martensita revenida 5. Reações no estado sólido – não equilíbrio5. Reações no estado sólido – não equilíbrio
  105. 105. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA “A transformação Martensítica ocorre com o aumento de volume.” MartensitaMartensita Martensita no Titânio Martensita no Aço 5. Reações no estado sólido – não equilíbrio5. Reações no estado sólido – não equilíbrio
  106. 106. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA TransformaçõesTransformações AUSTENITA Ferro γ (configuração CFC) Perlita (∝ + Fe3C) + a fase próeutetóide Bainita (∝ + Fe3C) Martensita (fase tetragonal) Martensita Revenida ∝ + Fe3C (cementita) Ferrita ou Cementita Resfriamento lento Resfriamento Moderado Resfriamento Rápido (têmpera) reaquecimento 5. Reações no estado sólido – não equilíbrio5. Reações no estado sólido – não equilíbrio
  107. 107. S.J. dos CamposS.J. dos Campos Tratamentos TérmicosTratamentos Térmicos UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  108. 108. 1 – INTRODUÇÃO1 – INTRODUÇÃO 2 – GRÁFICO TTT2 – GRÁFICO TTT 3 – RECOZIMENTO3 – RECOZIMENTO 4 – NORMALIZAÇÃO4 – NORMALIZAÇÃO 5 – TÊMPERA5 – TÊMPERA BainitaBainita MartensitaMartensita 6 – REVENIMENTO6 – REVENIMENTO Martensita revenidaMartensita revenida SorbitaSorbita EsferoiditaEsferoidita TroostitaTroostita UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  109. 109. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  110. 110. 1 – INTRODUÇÃO1 – INTRODUÇÃO UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  111. 111. FINALIDADEFINALIDADE Alterar as microestruturas sem alterar a composiçãoAlterar as microestruturas sem alterar a composição química e como consequência as propriedadesquímica e como consequência as propriedades mecânicas, elétricas e químicas das ligas metálicas.mecânicas, elétricas e químicas das ligas metálicas. TRATAMENTOS TÉRMICOSTRATAMENTOS TÉRMICOS UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA •Operação ou conjunto de operaçõesOperação ou conjunto de operações realizadas no estado sólido compreendendo orealizadas no estado sólido compreendendo o aquecimento, a permanência em determinadasaquecimento, a permanência em determinadas temperaturas e resfriamento, realizados comtemperaturas e resfriamento, realizados com a finalidade de conferir ao materiala finalidade de conferir ao material determinadas características.determinadas características.
  112. 112. Objetivos:Objetivos:  Remoção de tensões internas;Remoção de tensões internas;  Aumento ou diminuição da dureza;Aumento ou diminuição da dureza;  Aumento da resistência mecânica;Aumento da resistência mecânica;  Melhora da ductilidade;Melhora da ductilidade;  Melhora da usinabilidade;Melhora da usinabilidade;  Melhora da resistência ao desgaste;Melhora da resistência ao desgaste;  Melhora da resistência à corrosão;Melhora da resistência à corrosão;  Melhora da resistência ao calor;Melhora da resistência ao calor;  Melhora das propriedades elétricas e magnéticas.Melhora das propriedades elétricas e magnéticas. TRATAMENTOS TÉRMICOSTRATAMENTOS TÉRMICOS UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  113. 113. 2. Modificação de fase2. Modificação de fase Ocorre em muitas ligas metálicas com a temperatura,Ocorre em muitas ligas metálicas com a temperatura, no estado sólido.no estado sólido. MODIFICAÇÃO DE FASEMODIFICAÇÃO DE FASE UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA LIGAS QUE PODEM SER TRATADASLIGAS QUE PODEM SER TRATADAS Ligas com modificação de faseLigas com modificação de fase Ferro-Carbono Cobre-Alumínio Cobre-EstanhoFerro-Carbono Cobre-Alumínio Cobre-Estanho Ligas com modificação de solubilidadeLigas com modificação de solubilidade Ferro-Carbono Alumínio-Cobre Cobre-Prata Cobre-CromoFerro-Carbono Alumínio-Cobre Cobre-Prata Cobre-Cromo
  114. 114.  TemperaturaTemperatura  TempoTempo  Velocidade de resfriamentoVelocidade de resfriamento  Atmosfera*Atmosfera* * no caso dos aços para evitar a oxidação e* no caso dos aços para evitar a oxidação e descarbonetaçãodescarbonetação Fatores de Influência nos Tratamentos TérmicosFatores de Influência nos Tratamentos Térmicos UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  115. 115. AçosAços HipoeutetóidesHipoeutetóides Fatores de Influência nos Tratamentos TérmicosFatores de Influência nos Tratamentos Térmicos Temperatura de AustenitizaçãoTemperatura de Austenitização (Recomendada)(Recomendada) Aços Hipoeutetóides 50°C acima da linha AAços Hipoeutetóides 50°C acima da linha A33 no diagrama de fases Fe-Feno diagrama de fases Fe-Fe33C.C. AçosAços EutetitóidesEutetitóides HipereutetóidesHipereutetóides Temperatura inferior à linha ATemperatura inferior à linha Acmcm e acima da Ae acima da A11 do diagrama de fases Fe-Fedo diagrama de fases Fe-Fe33C.C. A linha AA linha Acmcm sobe muito em temperatura com osobe muito em temperatura com o teor de Carbonoteor de Carbono  Temperaturas muito altasTemperaturas muito altas são prejudiciais por promoverem crescimento desão prejudiciais por promoverem crescimento de grão da austenita. Neste caso é menosgrão da austenita. Neste caso é menos prejudicial ter a presença de certa quantidadeprejudicial ter a presença de certa quantidade de carboneto não dissolvido.de carboneto não dissolvido. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  116. 116. Geralmente oGeralmente o aquecimento é feitoaquecimento é feito acima da linha críticaacima da linha crítica (A1 no diagrama de(A1 no diagrama de fases Fe-Fefases Fe-Fe33C).C). A austenita éA austenita é geralmente o ponto degeralmente o ponto de partida para aspartida para as transformaçõestransformações posteriores desejadasposteriores desejadas Fatores de Influência nos Tratamentos TérmicosFatores de Influência nos Tratamentos Térmicos Temperatura de AustenitizaçãoTemperatura de Austenitização UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  117. 117. Quanto mais alta aQuanto mais alta a temperatura acima da linhatemperatura acima da linha crítica (A1 no diagrama decrítica (A1 no diagrama de fases Fe-Fefases Fe-Fe33C):C):  maior a segurança damaior a segurança da completa dissolução dascompleta dissolução das fases na austenitafases na austenita  maior será o tamanho demaior será o tamanho de grão da austenitagrão da austenita  oxidação (degradação)oxidação (degradação) Fatores de Influência nos Tratamentos TérmicosFatores de Influência nos Tratamentos Térmicos Temperatura de AustenitizaçãoTemperatura de Austenitização UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  118. 118. Quanto maior o tempo na temperatura de austenitização:Quanto maior o tempo na temperatura de austenitização:  maior a segurança da completa dissoluçãomaior a segurança da completa dissolução das fases na austenitadas fases na austenita  maior será o tamanho de grão da austenita (ruim)maior será o tamanho de grão da austenita (ruim)  tempos longos facilitam a oxidação e a descarbonetação (ruim)tempos longos facilitam a oxidação e a descarbonetação (ruim)  tempos curtostempos curtos material não austenitiza completamente.material não austenitiza completamente. Fatores de Influência nos Tratamentos TérmicosFatores de Influência nos Tratamentos Térmicos TempoTempo UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Aproximação:Aproximação: Tempo em minutos ~ 1,5 x espessura da amostra em milímetrosTempo em minutos ~ 1,5 x espessura da amostra em milímetros O tempo de tratamento térmico depende das dimensões da peça eO tempo de tratamento térmico depende das dimensões da peça e da microestrutura final desejada.da microestrutura final desejada.
  119. 119. OO resfriamentoresfriamento é um dos métodos maisé um dos métodos mais importantes porque é ele que efetivamenteimportantes porque é ele que efetivamente determinará a microestrutura,determinará a microestrutura, além daalém da composição do açocomposição do aço (teor de Carbono e(teor de Carbono e elementos de liga)elementos de liga) Taxa de resfriamento (Taxa de resfriamento (00 C/tempo)C/tempo) determinadetermina as propriedades finais do material e estaas propriedades finais do material e esta ligada a escolha do meio de resfriamento.ligada a escolha do meio de resfriamento. Cada meio de resfriamento possui uma taxa.Cada meio de resfriamento possui uma taxa. Fatores de Influência nos Tratamentos TérmicosFatores de Influência nos Tratamentos Térmicos Resfriamento e taxa de resfriamentoResfriamento e taxa de resfriamento UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  120. 120. Fatores de Influência nos Tratamentos TérmicosFatores de Influência nos Tratamentos Térmicos Taxa de ResfriamentoTaxa de Resfriamento UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  121. 121. Como Escolher o Meio de Resfriamento?Como Escolher o Meio de Resfriamento? É um compromisso entre:É um compromisso entre: -- Obtenção das características finaisObtenção das características finais desejadas (microestruturas e propriedades),desejadas (microestruturas e propriedades), - Não desenvolver fissuras / trincas- Não desenvolver fissuras / trincas - Mínimo empenamento- Mínimo empenamento - Mínima geração de concentração de tensões- Mínima geração de concentração de tensões Fatores de Influência nos Tratamentos TérmicosFatores de Influência nos Tratamentos Térmicos ResfriamentoResfriamento UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  122. 122.  Ambiente do forno (+ brando)Ambiente do forno (+ brando)  ArAr  Banho de sais ou metal fundido (+ comum éBanho de sais ou metal fundido (+ comum é o de Pb)o de Pb)  ÓleoÓleo  ÁguaÁgua  Soluções aquosas de NaOH, NaSoluções aquosas de NaOH, Na22COCO33 ouou NaCl (+ severos)NaCl (+ severos) Fatores de Influência nos Tratamentos TérmicosFatores de Influência nos Tratamentos Térmicos Meios de ResfriamentoMeios de Resfriamento UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  123. 123. 2 – GRÁFICO TTT2 – GRÁFICO TTT UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  124. 124. 2.1-CURVAS TTT - CONSTRUÇÃO2.1-CURVAS TTT - CONSTRUÇÃO UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  125. 125. • Cada curva T.T.T. é específica para determinado aço deCada curva T.T.T. é específica para determinado aço de composição conhecida.composição conhecida. • Nas ordenadas temos as temperaturas de aquecimento. AsNas ordenadas temos as temperaturas de aquecimento. As temperaturas máximas de interesse vão até a região datemperaturas máximas de interesse vão até a região da austenita (Feaustenita (Fe γγ-C.F.C.) que em geral é a estrutura de partida-C.F.C.) que em geral é a estrutura de partida dos tratamentos térmicos.dos tratamentos térmicos. • Nas abscissas correspondem os tempos decorridos para aNas abscissas correspondem os tempos decorridos para a transformação da austenita em outras estruturas em escalatransformação da austenita em outras estruturas em escala logarítmica.logarítmica. • Associa as estruturas formadas no aço em questão em função daAssocia as estruturas formadas no aço em questão em função da velocidade de resfriamento (considera o efeito cinético, avelocidade de resfriamento (considera o efeito cinético, a variável tempo) .variável tempo) . • Convergem para as estruturas indicadas no diagrama deConvergem para as estruturas indicadas no diagrama de equilíbrio sempre que as taxas de resfriamento forem lentas.equilíbrio sempre que as taxas de resfriamento forem lentas. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 2.1-CURVAS TTT - CONSTRUÇÃO2.1-CURVAS TTT - CONSTRUÇÃO
  126. 126. 2.1-CURVAS TTT - CONSTRUÇÃO2.1-CURVAS TTT - CONSTRUÇÃO UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  127. 127. 2.1-CURVAS TTT - CONSTRUÇÃO2.1-CURVAS TTT - CONSTRUÇÃO UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  128. 128. 2.1-CURVAS TTT - CONSTRUÇÃO2.1-CURVAS TTT - CONSTRUÇÃO UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Cinética das transformaçõesCinética das transformações: as taxas: as taxas de arrefecimento (resfriamento)de arrefecimento (resfriamento) obedecem aobedecem a equação de Arrhenius:equação de Arrhenius: r=A expr=A exp-Q/RT-Q/RT
  129. 129. 2.2 - CURVAS TTT - EXEMPLOS2.2 - CURVAS TTT - EXEMPLOS UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  130. 130. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Diagrama de uma aço eutetóideDiagrama de uma aço eutetóide Perlita grossaPerlita grossa Perlita finaPerlita fina Bainita superiorBainita superior Bainita inferiorBainita inferior martensitamartensita 2.2 - CURVAS TTT - EXEMPLOS2.2 - CURVAS TTT - EXEMPLOS
  131. 131. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Diagrama de uma aço hipoeutetóideDiagrama de uma aço hipoeutetóide 2.2 - CURVAS TTT - EXEMPLOS2.2 - CURVAS TTT - EXEMPLOS
  132. 132. 2.2 - CURVAS TTT - EXEMPLOS2.2 - CURVAS TTT - EXEMPLOS UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  133. 133. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Diagrama de uma aço eutetóideDiagrama de uma aço eutetóide 2.2 - CURVAS TTT - EXEMPLOS2.2 - CURVAS TTT - EXEMPLOS
  134. 134. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Diferença de aspecto entre a perlita grossa e a perita fina 2.2 - CURVAS TTT - EXEMPLOS2.2 - CURVAS TTT - EXEMPLOS
  135. 135. 2.3 – CURVAS – CONTINUO E ISOTERMICO2.3 – CURVAS – CONTINUO E ISOTERMICO UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Os principais tipos de tratamentos térmicos aplicado em ligas ferrosas podem ser divididos emOs principais tipos de tratamentos térmicos aplicado em ligas ferrosas podem ser divididos em duas classes: os de resfriamento contínuos e os isotérmicos.duas classes: os de resfriamento contínuos e os isotérmicos. • Resfriamentos contínuos ocorrem sem mudanças abruptas na taxa de resfriamentos, ou seja, aResfriamentos contínuos ocorrem sem mudanças abruptas na taxa de resfriamentos, ou seja, a redução de temperatura acontece de modo continuo.redução de temperatura acontece de modo continuo. • Resfriamentos isotérmicos apresentam um ou mais patamares de temperatura durante oResfriamentos isotérmicos apresentam um ou mais patamares de temperatura durante o resfrimentoresfrimento
  136. 136. 2.4 – CURVA DE RESFRIAMENTO ISOTÉRMICO2.4 – CURVA DE RESFRIAMENTO ISOTÉRMICO UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA ALGUMAS CURVAS DE RESFRIAMENTO A TEMPERATURA CONSTANTE, PARA UM AÇO EUTETÓIDE, E AS RESPECTIVAS MICROESTRUTURAS FORMADAS PARA CADA UM DOS CASOS
  137. 137. 2.5 – CURVA DE RESFRIAMENTO CONTÍNUO2.5 – CURVA DE RESFRIAMENTO CONTÍNUO UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  138. 138. A (FORNO)= Perlita grossa B (AR)= Perlita + fina (+ dura que a anterior) C(AR SOPRADO)= Perlita + fina que a anterior D (ÓLEO)= Perlita + martensita E (ÁGUA)= Martensita No resfriamento contínuo, as curvas TTT deslocam-se um pouco para a direita e para baixo UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA 2.5 – CURVA DE RESFRIAMENTO CONTÍNUO2.5 – CURVA DE RESFRIAMENTO CONTÍNUO
  139. 139. 2.5.1 – CURVA DE RESFRIAMENTO LENTO2.5.1 – CURVA DE RESFRIAMENTO LENTO UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  140. 140. 2.5.2 – CURVA DE RESFRIAMENTO MODERADO2.5.2 – CURVA DE RESFRIAMENTO MODERADO UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  141. 141. 2.5.3 – CURVA DE RESFRIAMENTO RAPIDO2.5.3 – CURVA DE RESFRIAMENTO RAPIDO UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  142. 142. 2.6 – FATORES QUE INFLUENCIAM AS CURVAS TTT2.6 – FATORES QUE INFLUENCIAM AS CURVAS TTT UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Composição químicaComposição química Tamanho de grãoTamanho de grão Elemento de ligaElemento de liga
  143. 143. 2.6 – FATORES QUE INFLUENCIAM AS CURVAS TTT2.6 – FATORES QUE INFLUENCIAM AS CURVAS TTT UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Composição químicaComposição química Em geral, com o aumento doEm geral, com o aumento do teor de carbonoteor de carbono, a curva, a curva desloca-se para a direita.desloca-se para a direita. Quanto maior o teor e o número dosQuanto maior o teor e o número dos elementos deelementos de ligaliga, mais numerosas e complexas são as reações;, mais numerosas e complexas são as reações; Todos os elementos de liga (exceto o Cobalto)Todos os elementos de liga (exceto o Cobalto) deslocam as curvas para a direita, retardando asdeslocam as curvas para a direita, retardando as transformações e facilitam a formação da martensitatransformações e facilitam a formação da martensita ((Conseqüência: em determinados aços pode-se obter martensita mesmo com resfriamento lento) Tamanho de grãoTamanho de grão Quanto maior oQuanto maior o tamanho de grãotamanho de grão, mais demorada, mais demorada será a transformação total da austenita,será a transformação total da austenita, deslocando a curva para a direitadeslocando a curva para a direita
  144. 144. 2.7 – INFLUENCIA DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA2.7 – INFLUENCIA DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Aço SAE 1063 (0,63%C)Aço SAE 1063 (0,63%C) Aço SAE 1089 (0,89%C)Aço SAE 1089 (0,89%C) Aço carbono comumAço carbono comum
  145. 145. 2.7 – INFLUENCIA DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA2.7 – INFLUENCIA DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Aço hipoeutetóide (SAE 1045)Aço hipoeutetóide (SAE 1045) Aço eutetóide (SAE 1075)Aço eutetóide (SAE 1075) ff Aço carbono comumAço carbono comum
  146. 146. 2.7 – INFLUENCIA DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA2.7 – INFLUENCIA DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Aço carbono comumAço carbono comum Aço carbono ligaAço carbono liga
  147. 147. 2.7 – INFLUENCIA DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA2.7 – INFLUENCIA DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA É praticamente impossível obter um material infinitamente puro.É praticamente impossível obter um material infinitamente puro. Sempre haverá impurezas presentes na rede cristalina.Sempre haverá impurezas presentes na rede cristalina. ÁtomosÁtomos de Fede Fe Átomos deÁtomos de elemento deelemento de ligaliga ÁtomosÁtomos de Cde C
  148. 148. 2.7 – INFLUENCIA DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA2.7 – INFLUENCIA DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Aço carbono ligaAço carbono liga
  149. 149. 2.8 – TAMANHO DO GRAO AUSTENÍTICO2.8 – TAMANHO DO GRAO AUSTENÍTICO UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA • O material com granulação grosseira apresenta em geralO material com granulação grosseira apresenta em geral propriedades inferiores às do mesmo material com granulação fina, àpropriedades inferiores às do mesmo material com granulação fina, à temperatura ambiente.temperatura ambiente. • É determinado por comparação direta ao microscópio metalográficoÉ determinado por comparação direta ao microscópio metalográfico • Tamanho de grão grande dificulta aTamanho de grão grande dificulta a formação da perlita, já que a mesmaformação da perlita, já que a mesma inicia-se no contorno de grãoinicia-se no contorno de grão  Então, tamanho de grão grande NÃOEntão, tamanho de grão grande NÃO favorece a formação da martensitafavorece a formação da martensita
  150. 150. 2.8 – TAMANHO DO GRAO AUSTENÍTICO2.8 – TAMANHO DO GRAO AUSTENÍTICO UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Corresponde à região que separa dois ou mais cristais de orientaçãoCorresponde à região que separa dois ou mais cristais de orientação diferente em materiais policristalinos;diferente em materiais policristalinos; Os um cristal = um grãoOs um cristal = um grão No interior de cada grão todos os átomos estão arranjados segundo umNo interior de cada grão todos os átomos estão arranjados segundo um único modelo e única orientação, caracterizada pela célula unitário.único modelo e única orientação, caracterizada pela célula unitário.
  151. 151. 2.8 – TAMANHO DO GRAO AUSTENÍTICO2.8 – TAMANHO DO GRAO AUSTENÍTICO UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA No entanto deve-se evitar tamanho de grão da austenita muitoNo entanto deve-se evitar tamanho de grão da austenita muito grande porque:grande porque: •Diminui a tenacidadeDiminui a tenacidade •Gera tensões residuaisGera tensões residuais •É mais fácil de empenarÉ mais fácil de empenar •É mais fácil de ocorrer fissurasÉ mais fácil de ocorrer fissuras 2.9 – HOMOGENEIDADE DO GRAO AUSTENÍTICO2.9 – HOMOGENEIDADE DO GRAO AUSTENÍTICO •Quanto homogênea a austenita mais para a direita deslocam-seQuanto homogênea a austenita mais para a direita deslocam-se as curvas TTTas curvas TTT •Os carbonetos residuais ou regiões ricas em C atuam comoOs carbonetos residuais ou regiões ricas em C atuam como núcleos para a formação da perlita.núcleos para a formação da perlita. •Então, uma maior homogeneidade favorece a formação daEntão, uma maior homogeneidade favorece a formação da martensitamartensita
  152. 152. 2.9 – EXEMPLOS (AÇO ABNT 1080)2.9 – EXEMPLOS (AÇO ABNT 1080) UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  153. 153. 2.9 – EXEMPLOS (AÇO ABNT 1080)2.9 – EXEMPLOS (AÇO ABNT 1080) UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  154. 154. 2.9 – EXEMPLOS (AÇO ABNT 1080)2.9 – EXEMPLOS (AÇO ABNT 1080) UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  155. 155. 2.9 – EXEMPLOS (AÇO ABNT 1080)2.9 – EXEMPLOS (AÇO ABNT 1080) UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  156. 156. 2.9 – EXEMPLOS (AÇO ABNT 1080)2.9 – EXEMPLOS (AÇO ABNT 1080) UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  157. 157. 2.9 – EXEMPLOS (AÇO ABNT 1080)2.9 – EXEMPLOS (AÇO ABNT 1080) UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  158. 158. 3 – RECOZIMENTO3 – RECOZIMENTO UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  159. 159. Objetivos:Objetivos:  Remoção de tensões internas devido aosRemoção de tensões internas devido aos tratamentos mecânicos;tratamentos mecânicos;  Diminuir a dureza para melhorar aDiminuir a dureza para melhorar a usinabilidade;usinabilidade;  Alterar as propriedades mecânicas como aAlterar as propriedades mecânicas como a resistência e ductilidade;resistência e ductilidade;  Ajustar o tamanho de grão;Ajustar o tamanho de grão;  Produzir uma microestrutura definida;Produzir uma microestrutura definida; RECOZIMENTORECOZIMENTO UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  160. 160. Recozimento Total ou Pleno Isotérmico Alívio de tensões Esferoidização Resfriamento Lento (dentro do forno) TemperaturaTemperatura Abaixo da linha A1Abaixo da linha A1  Não ocorre nenhumaNão ocorre nenhuma transformação (600-transformação (600- 680oC)680oC) ResfriamentoResfriamento Deve-se evitarDeve-se evitar velocidades muito altasvelocidades muito altas devido ao risco dedevido ao risco de distorçõesdistorções Produção de umaProdução de uma estrutura globularestrutura globular ou esferoidal deou esferoidal de carbonetos no açocarbonetos no aço UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  161. 161. Objetivos:Objetivos: Obter dureza e estrutura controlada.Obter dureza e estrutura controlada. Constituintes Estruturais resultantesConstituintes Estruturais resultantes HipoeutetóideHipoeutetóide  ferrita + perlita grosseiraferrita + perlita grosseira EutetóideEutetóide  perlita grosseiraperlita grosseira HipereutetóideHipereutetóidecementita + perlita grosseiracementita + perlita grosseira •A pelita grosseira é ideal para melhorar aA pelita grosseira é ideal para melhorar a usinabilidade dos aços baixo e médio carbono.usinabilidade dos aços baixo e médio carbono. * Para melhorar a usinabilidade dos aços alto carbono* Para melhorar a usinabilidade dos aços alto carbono recomenda-se a esferoidização.recomenda-se a esferoidização. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA RECOZIMENTORECOZIMENTO RECOZIMENTO TOTAL OU PLENORECOZIMENTO TOTAL OU PLENO
  162. 162. AçosAços HipoeutetóidesHipoeutetóides Aços Hipoeutetóides 50°C acima da linha AAços Hipoeutetóides 50°C acima da linha A33 no diagrama de fases Fe-Feno diagrama de fases Fe-Fe33C.C. AçosAços EutetitóidesEutetitóides HipereutetóidesHipereutetóides Temperatura inferior à linha ATemperatura inferior à linha Acmcm e acima da Ae acima da A11 do diagrama de fases Fe-Fedo diagrama de fases Fe-Fe33C.C. A linha AA linha Acmcm sobe muito em temperatura com osobe muito em temperatura com o teor de Carbonoteor de Carbono  Temperaturas muito altasTemperaturas muito altas são prejudiciais por promoverem crescimento desão prejudiciais por promoverem crescimento de grão da austenita. Neste caso é menosgrão da austenita. Neste caso é menos prejudicial ter a presença de certa quantidadeprejudicial ter a presença de certa quantidade de carboneto não dissolvido.de carboneto não dissolvido. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA RECOZIMENTORECOZIMENTO RECOZIMENTO TOTAL OU PLENORECOZIMENTO TOTAL OU PLENO
  163. 163. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA RECOZIMENTORECOZIMENTO RECOZIMENTO TOTAL OU PLENORECOZIMENTO TOTAL OU PLENO
  164. 164. Quanto mais alta a temperatura acimaQuanto mais alta a temperatura acima da linha crítica (A1 no diagrama deda linha crítica (A1 no diagrama de fases Fe-Fefases Fe-Fe33C):C):  maior a segurança da completamaior a segurança da completa dissolução das fases na austenitadissolução das fases na austenita  maior será o tamanho de grão damaior será o tamanho de grão da austenitaaustenita  oxidação (degradação)oxidação (degradação) UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA RECOZIMENTO TOTAL OU PLENORECOZIMENTO TOTAL OU PLENO RECOZIMENTORECOZIMENTO Aquecimento do material até umaAquecimento do material até uma temperatura acima da sua zona crítica,temperatura acima da sua zona crítica, mantendo-o nessa temperatura paramantendo-o nessa temperatura para homogeneizaçãohomogeneização
  165. 165. RECOZIMENTO TOTAL OU PLENORECOZIMENTO TOTAL OU PLENO UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Aço carbono comumAço carbono comum
  166. 166. RECOZIMENTO TOTAL OU PLENORECOZIMENTO TOTAL OU PLENO UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Aço ligaAço liga
  167. 167. Metodologia:Metodologia: Tempo de permanência (encharque)Tempo de permanência (encharque)  aços carbono: ~ 20 min. por centímetro de espessura;aços carbono: ~ 20 min. por centímetro de espessura; aços liga: ~ 30 min. por centímetro de espessura.aços liga: ~ 30 min. por centímetro de espessura. ResfriamentoResfriamento  lento, no interior do forno desligado, de preferência.lento, no interior do forno desligado, de preferência.  quanto menor o teor de carbono, mais rápido pode serquanto menor o teor de carbono, mais rápido pode ser efetuado o resfriamento (retirado do forno eefetuado o resfriamento (retirado do forno e mergulhado em areia, cinza, cal) ou em ar parado.mergulhado em areia, cinza, cal) ou em ar parado.  velocidade de ~50ºC por hora (taxa de resfriamento).velocidade de ~50ºC por hora (taxa de resfriamento). UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA RECOZIMENTORECOZIMENTO RECOZIMENTO TOTAL OU PLENORECOZIMENTO TOTAL OU PLENO
  168. 168. Cuidados no recozimentoCuidados no recozimento  aços carbono:controle doaços carbono:controle do tempo de aquecimento.tempo de aquecimento.  controle de tempo econtrole de tempo e temperatura de tratamento.temperatura de tratamento.  apoio das peças no fornoapoio das peças no forno  controle da atmosfera docontrole da atmosfera do forno.forno. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA RECOZIMENTORECOZIMENTO AplicaçõesAplicações  Peças fundidasPeças fundidas  Peças encruadasPeças encruadas RECOZIMENTO TOTAL OU PLENORECOZIMENTO TOTAL OU PLENO
  169. 169. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA RECOZIMENTORECOZIMENTO RECOZIMENTO TOTAL OU PLENORECOZIMENTO TOTAL OU PLENO
  170. 170. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA RECOZIMENTORECOZIMENTO RECOZIMENTO TOTAL OU PLENORECOZIMENTO TOTAL OU PLENO
  171. 171. ObjetivoObjetivo • A diferença do recozimento pleno está naA diferença do recozimento pleno está na resfriamento que é bem mais rápido, tornando-o maisresfriamento que é bem mais rápido, tornando-o mais econômico;econômico; • Permite obter estrutura mais homogênea;Permite obter estrutura mais homogênea; • Não é aplicável para peças de grande volumes porqueNão é aplicável para peças de grande volumes porque é difícil de baixar a temperatura do núcleo da mesma,é difícil de baixar a temperatura do núcleo da mesma, • Esse tratamento é geralmente executado em banhoEsse tratamento é geralmente executado em banho de sais fundentes (Ex: sais a base de alumínio)de sais fundentes (Ex: sais a base de alumínio) UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA RECOZIMENTO ISOTÉRMICORECOZIMENTO ISOTÉRMICO
  172. 172. RECOZIMENTO ISOTÉRMICORECOZIMENTO ISOTÉRMICO Temperatura de austenit.Temperatura de austenit. O recozimento isotérmico, assimO recozimento isotérmico, assim como o recozimento pleno, consistecomo o recozimento pleno, consiste no aquecimento do aço acima de suano aquecimento do aço acima de sua linha crítica, resfriamento deve serlinha crítica, resfriamento deve ser relativamente rápido.relativamente rápido. ResfriamentoResfriamento Resfriamento na área deResfriamento na área de transformação perlítica grossa emtransformação perlítica grossa em temperatura isotérmica (const).temperatura isotérmica (const). UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  173. 173. RECOZIMENTO ISOTÉRMICORECOZIMENTO ISOTÉRMICO UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  174. 174. ObjetivoObjetivo • O alívio de tensões é um processo geralmente feitoO alívio de tensões é um processo geralmente feito sob temperaturas acima de 500ºC e resfriamento aosob temperaturas acima de 500ºC e resfriamento ao ar.ar. •É usado para eliminar tensões resultantes deÉ usado para eliminar tensões resultantes de operações como soldas.operações como soldas. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA RECOZIMENTO ALIVIO DE TENSÃORECOZIMENTO ALIVIO DE TENSÃO
  175. 175. MetodologiaMetodologia •Temperaturas entre de 500ºC e 650Temperaturas entre de 500ºC e 65000 C (Não deveC (Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase)ocorrer nenhuma transformação de fase) • Resfriamento ao ar (Deve-se evitar velocidadesResfriamento ao ar (Deve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções).muito altas devido ao risco de distorções). •As temperaturas usadas para alívio de tensões são:As temperaturas usadas para alívio de tensões são: - sem elementos de liga 500°a 565°C- sem elementos de liga 500°a 565°C - sem baixo teor em ligas 565°a 600°C- sem baixo teor em ligas 565°a 600°C - de baixo teor em ligas 600°a 650°C- de baixo teor em ligas 600°a 650°C UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA RECOZIMENTO ALIVIO DE TENSÃORECOZIMENTO ALIVIO DE TENSÃO
  176. 176. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA RECOZIMENTO ALIVIO DE TENSÃORECOZIMENTO ALIVIO DE TENSÃO Abaixo do ponto critico
  177. 177. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA RECOZIMENTO ALIVIO DE TENSÃORECOZIMENTO ALIVIO DE TENSÃO
  178. 178. ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTOESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO ObjetivoObjetivo É um tratamento que visa produzir umaÉ um tratamento que visa produzir uma microestrutura esferoidal, constituída demicroestrutura esferoidal, constituída de pequenas partículas aproximadamente esféricaspequenas partículas aproximadamente esféricas de cementita numa matriz de ferrita.de cementita numa matriz de ferrita.  melhora a usinabilidade, especialmente dosmelhora a usinabilidade, especialmente dos aços alto carbono;aços alto carbono;  facilita a deformação a frio.facilita a deformação a frio. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  179. 179. ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTOESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO MANEIRAS DE PRODUZIRMANEIRAS DE PRODUZIR UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA O tratamento consiste emO tratamento consiste em aquecer, manter por um longoaquecer, manter por um longo tempo a peça em temperaturatempo a peça em temperatura um pouco abaixo da formaçãoum pouco abaixo da formação da austenita e resfriar.da austenita e resfriar. (exemplo: abcd da Figura.(exemplo: abcd da Figura. Valores típicos podem ser, porValores típicos podem ser, por exemplo, 24 h a 700ºC.exemplo, 24 h a 700ºC. Também é possível alternarTambém é possível alternar temperaturas abaixo e acima,temperaturas abaixo e acima, como ab123d da mesmacomo ab123d da mesma figura.figura.
  180. 180. ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTOESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO MANEIRAS DE PRODUZIRMANEIRAS DE PRODUZIR 1)1) Manutenção por tempo prolongado a umaManutenção por tempo prolongado a uma temperatura abaixo do Atemperatura abaixo do A11;; 2)2) Aquecimento e resfriamentos alternados entre 2Aquecimento e resfriamentos alternados entre 2 temperaturas que estão logo acima e logo abaixotemperaturas que estão logo acima e logo abaixo da linhada linha AA11;; 3)3) Aquecimento a uma temperatura para dissolução dosAquecimento a uma temperatura para dissolução dos carbonetos (Acm), seguido de resfriamento rápido atécarbonetos (Acm), seguido de resfriamento rápido até temperatura pouco abaixo de A1. Manter nestatemperatura pouco abaixo de A1. Manter nesta temperatura, conforme o método 1, ou seguir o métodotemperatura, conforme o método 1, ou seguir o método 2.2. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  181. 181. ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTOESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO MANEIRAS DE PRODUZIRMANEIRAS DE PRODUZIR UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  182. 182. ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTOESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO MANEIRAS DE PRODUZIRMANEIRAS DE PRODUZIR UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  183. 183. ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTOESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO O resultado é uma estrutura globular de cementita em umaO resultado é uma estrutura globular de cementita em uma matriz de ferrita, o que facilita a usinagem e outrosmatriz de ferrita, o que facilita a usinagem e outros trabalhos. Essa estrutura é denominada trabalhos. Essa estrutura é denominada esferoiditaesferoidita   UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  184. 184. RecozimentoRecozimento UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  185. 185. RecozimentoRecozimento UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA
  186. 186. RecozimentoRecozimento UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA Forno de recozimento contínuo Forno de recozimento não contínuo RECOZIMENTO: FORNOSRECOZIMENTO: FORNOS
  187. 187. 4 – NORMALIZAÇÃO4 – NORMALIZAÇÃO UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E AERONÁUTICA

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