P11

24 maio 2012, 11:30 • Augusto Moita de Deus

Cinética das transformações de fases e tratamentos térmicos. Problemas: 1, 3, 4, 18, 20. Para entrega (VII): 2, 13b, 21a.

T24

24 maio 2012, 10:00 • Augusto Moita de Deus

(VER TAMBÉM A SECÇÃO: RECURSOS)

Ligas não ferrosas: ligas de cobre, de níquel, de titânio, de magnésio, de alumínio

Endurecimento por precipitação.

Etapas: solubilização, têmpera, envelhecimento.

Endurecimento por precipitação de ligas de alumínio. Sequência de precipitação. Ocorrência dum máximo de dureza ao longo do processo de envelhecimento. Envelhecimento natural e artificial.

Curva de envelhecimento. Justificação do comportamento da curva de envelhecimento. 

Materiais poliméricos

Polímeros, monómeros, meros.

Reacções de polimerização; polimerização em cadeia.

Grau de polimerização.

Peso molecular.

Termoplásticos, termoendurecíveis, elastómeros.

Cristalinidade dos polímeros.

Copolímeros

Vulcanização da borracha.

Propriedades eléctricas.

Lei de Ohm. Resistividade eléctrica, condutividade eléctrica.

Valores típicos da condutividade eléctrica de condutores (metais), semicondutores e isolantes (cerâmicos, polímeros).

Trata-se de uma propriedade física que é das que mais variam em termos de ordem de grandeza, de material (por exº metal) para material (por exº polímero).  

Modelo de bandas de energia. Banda de valência, banda de condução: caso dos condutores condutores (banda de valência semi-preenchida), e dos isolantes (banda de valência preenchida).

Conceito de hiato (gap) de energia.

No caso dos isolantes, o gap de energia é um valor relativamente elevado, de forma a que não há promoção termicamente activada de electrões desde a banda de valência para a banda de condução.

Já no caso dos semicondutores, o hiato relativamente "estreito" permite a promoção (termicamente activada) espontânea de electrões da banda de valência para a banda de condução.

Referências para estudo:

Smith:524-531, 541, 543, 560, 562, 563, 185-190, 196-199, 329-336, 340, 349, 350, 395-398.

Callister7: 372-382, 402-407, 489-499, 506-509, 542, 543, 549-552, 665-673.

Callister8: 406-416, 436-442, 532-542, 550-553, 588, 589, 596-599, 719-727.

P11

21 maio 2012, 13:30 • Augusto Moita de Deus

Cinética das transformações de fases e tratamentos térmicos. Problemas: 1, 3, 4, 18, 20. Para entrega (VII): 2, 13b, 21a.

P11

21 maio 2012, 11:00 • Augusto Moita de Deus

Cinética das transformações de fases e tratamentos térmicos. Problemas: 1, 3, 4, 18, 20. Para entrega (VII): 2, 13b, 21a.

T23

21 maio 2012, 09:30 • Augusto Moita de Deus

Uso do do diagrama TTT-TI para o estudo do arrefecimento de um aço, em particular para a determinação da microstrutura final após o tratamento térmico.

Por sobreposição das linhas desse diagrama com as curvas de arrefecimento T(t) de peças de aço, vamos obter uma descrição temporal das transformações de fases que irão ocorrer nesse material.

Nota: a temperatura inicial T(t=0) tem de ser suficientemente alta de maneira a que o material parta duma configuração 100% austenítica.

Diagramas TTT-TI da austenite para aços hipo e hiper-eutectóides. Realce às modificações relativamente ao caso do aço eutectóide:

-translação das linhas de transformação perlite/bainite para tempos mais longos (aço hiper-eutectóide) ou mais curtos (aço hipo-eutectóide); 

-justificação desse comportamento, com base no fenómeno da difusão

-aparecimento da linha de precipitação (da cementite ou da ferrite); 

-Ms (e Mf) decrescem com o teor em carbono.

Diagramas TTT-AC da austenite para um aço eutectóide. Realce às modificações relativamente ao caso do diagrama TTT-TI do aço eutectóide:

-curvas deslocadas para tempos mais longos e temperaturas ligeiramente inferiores; 

-supressão do ramo inferior das curvas em forma de "C".

Taxa de arrefecimento crítica, em arrefecimento contínuo, para a formação (em aços eutectoides) de:

-100% de martensite

-100% perlite.

Austenite residual: discussão sumária (uma discussão mais detalhada será feita na aula prática).

Diagramas TTT: síntese de alguns aspectos genéricos que devem estar presentes quando se traçam diagramas TTT (estes aspectos serão discutidos mais em detalhe na aula prática). Os diagramas TTT deverão conter os seguintes elementos:

1) eixos bem caracterizados; 

2) temperaturas notáveis (por exº, Teut, Tin.prec.); 

3) linhas de início (por exº, 1%) de transformação e de fim (por exº, 99%) de transformação (por exº, as curvas da transformação eutectoide, a curva de início de precipipitação, as linhas Ms, Mf, etc.); 

4) legenda, i.e., indicar as fases em equilíbrio em cada região do diagrama

usar a inicial do nome da fase (por exemplo, C para cementite); ou a inicial da associação de fases (por exemplo, B para bainite). 

Tratamentos térmicos. Objectivo: obtenção de materiais comresistência mecânica (ou: dureza) e/ou ductilidade especificada.

Podemos agrupar os tratamentos térmicos em duas categorias genéricas: têmperas e recozimentos.

Têmperas:  discussão sumária

Em geral envolvem arrefecimentos muito rápidos.

Exemplos de tratamentos térmicos de aços para os quais intervêm os diagramas TTT-TI:

têmpera (têmpera martensitica),

têmpera + revenido, 

martêmpera, 

martêmpera + revenido ,

austêmpera.

Revenido: objectivo; alterações ocorridas na martensite durante o revenido.

Atenção: em inglês revenido é "tempering" e têmpera é "quenching".

Exemplos de tratamentos térmicos de aços para os quais intervêm os diagramas TTT-AC:

têmpera martensítica (por exº arrefecimento em água),

pode ser seguida ou não por revenido

normalização (por exº arrefecimento ao ar),

recozimento completo (por exº arrefecimento em forno).

Nota: o "recozimento completo" já não se enquadra na definição de "têmpera". A normalização também não se costuma considerar uma "têmpera". Ambos são consideradas como fazendo parte dos recozimentos 

Recozimentos: discussão sumária dos vários tipos de recozimento

Em geral envolvem o tratamento de peças a temperatura relativamente elevada, durante tempos relativamente longos

É frequente, após trabalho mecânico a frio, realizar um reaquecimento da peça que sofreu deformação plástica apreciável (e que assim pode estar próxima do limiar de rotura). Esse tratamento térmico, que é um recozimento, visa obter um material mais dúctil.Em geral envolve 3 etapas: 

1. Recuperação

As deslocações migram para posições de menor energia e/ou aniquilam-se mutuamente

2. Recristalização

O material muito deformado (com uma grande densidade de deslocações) está muito afastado da ordem cristalina

Se o material permanecer a uma temperatura elevada durante um intervalo de tempo suficiente, regiões cristalinamente (mais) perfeitas podem-se formar (nuclear) espontâneamente e depois crescer, à custa das regiões cristalinamente mais imperfeitas.

Este processo é análogo à nucleação e crescimento de grãos sólidos a partir do líquido, como vimos anteriormente

3. Crescimento de grão

Os grãos maiores tendem a crescer à custa da dimunuição e subsequente desaparecimento dos grãos menores.

Objectivo geral do recozimento: aumento da ductilidade do material, após trabalho mecânico a frio, bem como o alívio de tensões internas.

Referências para estudo:

Smith : 504-514, 296-303.

Callister7: 332-339, 343-347, 194-201.

Callister8: 364-370, 373-378, 218-225.