Sumários
T23
31 maio 2010, 09:30 • Augusto Moita de Deus
Arrefecimentos de ligas em condições de não-equilíbrio.
Microstruturas de não-equilíbrio incluem, de forma isolada ou em conjunto as seguintes possibilidades:
- zonamento (exemplo: sistema isomorfo com solubilidade total);
-
- Discussão da incerteza da posição da linha solidus de não equilíbrio, posição essa que depende da taxa de arrefecimento.
- Notar que a temperatura final de solidificação diminui.
- É desejável a eliminação do carácter não-homogéneo do ponto de vista da composição que é característico da microstrutura zonada. Isso faz-se através de um tratamento térmico, denominado de "homogeneização", em que a liga é colocada a uma temperatura relativamente elevada (para favorecer a difusão; recordar o efeito marcado da temperatura no coeficiente de difusão), mas abaixo das linhas de transformação (por exº linha solvus ou solidus).
- Discussão da incerteza da posição da linha solidus de não equilíbrio, posição essa que depende da taxa de arrefecimento.
- encapsulamento (exemplo: sistema peritéctico simples);
- eutécticos de não-equilíbrio (exemplo: sistema eutéctico simples).
Notar que é comum microstruturas que revelem encapsulamento, ou eutécticos não previstos no diagrama de equilíbrio, também encerrem frequentemente grãos zonados.
Notar ainda que se as linhas limites associdas a uma dada fase sólida forem quase verticais, é possível que o fenómeno de zonamento não exista, ou na prática não seja detectado.
Arrefecimentos de não-equilíbrio: para além dos casos discutidos na aula, há a possibilidade de formação de fases não previstas no diagrama de equilíbrio, como se verá no capítulo seguinte (por exº,fases que sejam produtos de transformações martensíticas; fases vítreas, etc.) Quaisquer considerações a este nível têm de ser baseadas, não em conceitos gerais, mas no conhecimento detalhado das ligas em causa.
Cinética das transformações de fases e tratamentos térmicos.
Arrefecimento em equilíbrio de aços: eutectóide, hipo-eutectóides, hiper-eutectóides. Microstruturas características.
Diagramas TTT (temperatura, tempo, tranformação) da austenite.
Interesse prático: alteração da resistência ou da ductilidade dum determinado aço. Isso passará então, por exº, austenitizar essa peça (num aço é SEMPRE possível obter 100% de austenite), o que é seguido por uma sequência de operações de arrefecimento / manutenções em patamares de temperatura constante, sequência de operações essa que consti t ui o tratamento térmico. De acordo com um determinado tratamento térmico prescrito, ir-se-ão obter as propriedades mecânicas requeridas.
Cinética: importância do factor tempo.
Arrefecimentos de não-equilíbrio: para além dos efeitos mencionados anteriormente (zonamento, etc), existe a possibilidade da formação de fases não previstas no diagrama de equilíbrio
- fases que assumam outras estruturas cristalinas ou
- fases vítreas (amorfas) ou
- existência a temperaturas mais baixas de fases que em equilíbrio apenas deveriam existir a temperaturas mais elevadas.
No caso dos aços, os arrefecimentos de não equilíbrio envolvem a possível formação de uma nova fase (martensite) e/ou a formação de eutécticos não-lamelares.
Formato em "C" das linhas de transformação como resultado da variação da taxa de nucleação com o sobrearrefecimento em conjunção com a variação do coeficiente de difusão com a temperatura.
Distinção entre diagramas TTT-TI (de "transformação isotérmica", usados quando o tratamento térmico em causa envolve patamares de temperatura constante, que toquem as linhas de transformação) e TTT-AC (de "arrefecimento contínuo", usados quando a temperatura da peça a tratar diminuí continuamente com o tempo). Os diagramas TTT-AC são também denominados TTT-TC (de "transformação contínua").
Referências para estudo:
Smith: 445-447, 460-462, 488-495 . Callister: 266-268, 290 -300, 320-326 .
T22
27 maio 2010, 11:30 • Augusto Moita de Deus
Sistema com uma reacção peritéctica. Evolução da microstrutura na solidificação de uma liga com:
- composição peritéctica;
- composição não peritéctica.
Exemplos de reacções de tipo peritéctico (reacção peritéctica, peritectóide, sintéctica).
Os pontos de fusão incongruente caem normalmente na categoria das transformações de tipo peritéctico.
Diagrama estável Fe-C.
Explicação dos conceitos de equilíbrio estável, instável e metastável.
Diagrama Fe-Fe3C, como diagrama metastável.
A cementite (que é um carboneto de ferro, Fe3C) é uma fase metastável.
Austenite, ferrite.
Reacções isotérmicas presentes no diagrama Fe-Fe3C.
Justificação do uso do diagrama metastável (i.e., diagrama Fe-Fe3C, que por abuso de linguagem muitas vezes se designa por diagrama Ferro-Carbono) nas aplicações, e não do diagrama estável. Aços-carbono e ferros fundidos.
Diagramas ternários: análise geral.
Em geral, temos 4 variáveis independentes: p, T e duas variáveis de composição (o teor em peso relativo a 2 dos 3 componentes da liga em causa).
A p=cte trata-se dum diagrama tridimensional.
Se se considerar cortes isotérmicos (T=cte) então temos diagramas bidimensionais, com 2 variáveis independentes.
Como qualquer dos 3 componentes está em igualdade de circunstâncias, usa-se uma representação em que as composições são marcadas num triângulo equilátero: o triângulo de Gibbs
A p=cte e usando cortes isotérmicos, a Regra das Fases de Gibbs dá: V + F = 3, e neste caso
- regiões monofásicas estão contidas em domínios planos;
- regiões bifásicas são descritas por linhas: um ponto que caia numa região bifásica terá as composições das fases dadas pelos estremos da linha conjugada que passa por esse ponto; no entanto, frequentemente os cortes isotérmicos não contêm essas linhas conjugadas, que contudo podem ser marcadas de forma aproximada usando uma regra de proporcionalidade relativa ao tamanho das linhas limite das regiões bifásicas, bem como a propriedade segundo a qual duas linhas conjugadas nunca se podem cruzar; as proporções são dadas pela regra da alavanca habitual.
Nota: os braços "oposto" e "total" têm agora que ser medidos directamente no diagrama, com régua.
- regiões trifásicas são descritas por pontos: as composições das 3 fases correspondem aos vértices do triângulo, que constitui a região trifásica. As proporções são dadas pela regra da alavanca generalizada, em que a alavanca relativa a cada fases é definida por uma linha que parte no vértice respectivo desse triãngulo trifásico, passa pelo ponto representativo da liga, e termina no lado oposto do triângulo. A proporção da fase (que tem de ser medida directamente, com régua, é mais uma vez dada pelo "braço oposto" a dividir pelo "braço total"
Notar o facto das regiões trifásicas serem regiões que são sempre triangulares, sendo os lados desse triângulo definidos por 3 tie-lines limite de 3 regiões bifásicas limítrofes.
Marcação de composições no Triângulo de Gibbs.
Onde se indica um componente existe 100% desse componente. No lado oposto existe 0% desse componente. Desde o vértice até esse lado oposto podem-se traçar linhas paralelas ao lado, uniformemente espaçadas (levando a 10 intervalos iguais, por exº), que representam incrementos iguais na composição em termos do teor desse componente (por exº, incrementos de 10%).
O papel da difusão numa reacção de solidificação de uma liga em geral.
Em equilíbrio, a composição do sólido varia desde o início até ao final da solidificação. Para que isso suceda, tem de haver migração de átomos das duas espécies quimicas envolvidas do liquido para o sólido (e vice-versa), ou seja, tem de haver difusão.
Arrefecimentos de ligas em condições de não-equilíbrio.
Zonamento.
Referências para estudo:
Smith: 445-447, 456-472, 485-488 . Callister: 266-268, 284-287, 290-293 .
Leitura para a próxima aula teórica:
Smith:445-447, 460-462, 488-507 . Callister: 266-268, 293-299, 324-339.
T21
24 maio 2010, 09:30 • Augusto Moita de Deus
Sistema eutéctico simples. Evolução da microstrutura na solidificação de uma liga com:
a) composição eutéctica
b) composição não eutéctica mas que intersecta a recta eutéctica
Notar que neste caso, parte do material sofrerá a reacção eutéctica
Fases primárias e secundárias.
Interesse prático das ligas com composição eutéctica (conservação de energia em fundição; aplicações de soldadura).
c) composição não eutéctica e que não intersecta a recta eutéctica.
Notar que neste caso, e em equilíbrio, o material não sofrerá a reacção eutéctica.
Reacções (ou transformações) num sistema binário (ie, c=2): não isotérmicas e isotérmicas.
Reacções isotérmicas (ie, em que as temperaturas de início e de fim de transformação coincidem): bifásicas ou trifásicas
Reacções bifásicas:
pontos de fusão de componentes puros,
pontos de fusão congruente,
transformações alotrópicas.
Reacções trifásicas:
de tipo eutéctico (por exº, eutéctica propriamente dita, eutectóide, monotéctica);
de tipo peritéctico
Reacções não isotérmicas:
Solidificação de uma liga, em geral:
ocorre num intervalo de temperatura, em oposição a ocorrer, em equilíbrio, a uma temperatura fixa, como no caso dos componentes puros; a solidificação começa, em equilíbrio, quando o ponto representativo da liga cruza a linha liquidus no diagrama de fases e só acaba quando esse ponto cruza a linha solidus (definindo-se assim o intervalo de solidificação);
Precipitação:
associada à existência de um limite na solubilidade sólida, que normalmente diminui com o decréscimo de temperatura.
Formação preferencial dos precipitados nos limites de grão da fase pré-existente: associada ao fenómeno de nucleação heterogénea.
Fases terminais e fases intermédias.
Papel da difusão na formação de uma microstrutura em que os grãos têm a forma de lamelas, após uma transformação eutéctica.
Referências para estudo:
Smith: 448-456, 465 . Callister: 269-284 .
Leitura para a próxima aula teórica:
Smith: 445-447, 456-472. Callister: 266-268, 284-287.