Diagrama de fases

Prévia do material em texto

WBA0765_v2.0
Materiais metálicos
Diagrama de fase e os mecanismos de 
endurecimento
Diagrama de fases
Bloco 1
Eduardo Ferracin Moreira
Vamos refletir?Vamos refletir?
Como a compreensão dos diagramas de fases 
pode influenciar a escolha de materiais em 
projetos de engenharia?
Diagrama de fases
• Uma fase é definida como uma região homogênea de uma 
substância física única, dentro de um sistema que tem 
propriedades químicas e físicas uniformes. 
• Um diagrama de fases é uma representação gráfica das 
fases existentes no sistema e seus domínios de existência 
em termos de composição química, pressão e temperatura.
Diagrama de fases – Regra da alavanca
Frações mássicas da fase:
CL = 31,5 %p Ni-68,5 %p Cu 
Composição fase líquida.
Cα = 42,5 %p Ni-57,5 %p Cu 
Composição fase sólida.
C0 = 35 %p Ni-65 %p Cu
Ponto B.
Recorte do diagrama Cu-Ni
Fonte: Callister Júnior (2016, p. 279).
Diagrama de fases - Desenvolvimento da 
microestrutura
• Resfriamento em 
condição de equilíbrio.
• Reajustes, por difusão, 
nas composições das 
fases líquida e sólida.
• 35 %p Ni-65 %p Cu a 
1300ºC.
Fonte: Callister Júnior (2016, p. 284).
Crescimento de grãos em 
equilíbrio
Diagrama de fases - Desenvolvimento da 
microestrutura
• Resfriamento fora 
das condições de 
equilíbrio.
• 35 %p Ni-65 %p Cu 
a 1300ºC.
Fonte: Callister Júnior (2016, p. 285).
Crescimento de grãos fora 
do equilíbrio
Sistemas eutéticos binários
O diagrama de fases cobre-prata
Fonte: Callister Júnior (2020, p. 238).
Eutética: L→ α+β.
Eutetoide: γ→α+β.
Peritética: α+L→β.
Diagrama de fase e os mecanismos de 
endurecimento
Sistema Fe-C
Bloco 2
Eduardo Ferracin Moreira
Sistema Fe-C
O diagrama de fases Fe-C
Fonte: adaptada de Callister Júnior (2016, p. 285).
A1
Acm
A3
Sistema Fe-C
• Martensita: uma fase supersaturada de carbono, 
formada por resfriamento rápido, caracterizada por sua 
alta dureza.
• Ledeburita: uma mistura eutética de austenita e 
cementita, formada em concentrações de carbono 
superiores a 4,3%.
• Bainita: uma fase que se forma a partir da austenita 
por resfriamento, a uma taxa menor que a necessária 
para formar martensita, oferecendo uma combinação 
de resistência e ductilidade.
Desenvolvimento de microestruturas em 
ligas Fe-C
Fonte: Callister Júnior (2016, p. 308).
Aço eutetoide mostrando a 
microestrutura da perlita
Fonte: Callister Júnior (2016, p. 308).
Crescimento de 
microestrutura eutetoide
Desenvolvimento de microestruturas em ligas 
Fe-C
Perlita
ferrita 
proeutetoide
Perlita
Fonte: Callister Júnior (2016, p. 309).
MEV de uma microestrutura 
hipoeutetoide
Fonte: Callister Júnior (2016, p. 309).
Crescimento de 
microestrutura hipoeutetoide
Desenvolvimento de microestruturas em 
ligas Fe-C
Fonte: Callister Júnior (2016, p. 312).
Mev de uma microestrutura 
hipereutetoide
Fonte: Callister Júnior (2016, p. 312).
Crescimento de microestrutura 
hipereutetoide
Diagrama de fase e os mecanismos de 
endurecimento
Tratamentos térmicos e mecanismos de 
endurecimento
Bloco 3
Eduardo Ferracin Moreira
Temperabilidade! 
Tratamento térmico - Curvas TTT e RC
Curva TTT para um aço eutetoide
Fonte: Pinedo (2021, p. 8).
Curva TRC para um aço eutetoide
Fonte: Pinedo (2021, p. 9).
Tratamento térmico: tipos
Regiões correspondentes aos principais 
tipos de recozimento
Fonte: Pinedo (2021, p. 17).
Tratamento térmico: tipos
Ciclo de tratamento térmico de 
Têmpera e Martempera 
Fonte: Pinedo (2021, p. 22).
Ciclo de tratamento térmico de 
Austêmpera
Fonte: Pinedo (2021, p. 28).
Revenimento.
Tratamento termoquímico 
• Cementação: 
• Gasosa: metano, etano, propano e gás natural.
• Em caixa: peças envolvidas com carvão e/ou coque.
• Em meio líquido: banhos de sais fundidos contendo um sal 
de cianeto, como o cianeto de sódio (NaCN) ou o cianeto de 
potássio (KCN).
• Nitretação:
• Gasosa: amônia (NH3).
• Líquida: base de sais de sódio (60-70%) e potássio (30-
40%).
• Sob plasma: plasma, assistida por plasma e nitretação 
iônica → controle da microestrutura.
Mecanismos de endurecimento
• Deformação e encruamento.
• Refinamento de grão.
• Solução sólida.
• Precipitação ou endurecimento por dispersão.
Teoria em prática
Diagrama de fase e os mecanismos de 
endurecimento
Bloco 4
Eduardo Ferracin Moreira
Reflita sobre a seguinte situação
Você foi recentemente contratado(a) para trabalhar na 
AutoParts Manufacturing, indústria automotiva. A empresa 
enfrenta o desafio de otimizar a fabricação de eixos de 
transmissão. Utilizando 2,5 kg de aço com 0,65% de carbono, 
a equipe aplica um tratamento térmico, resfriando a 
austenita abaixo de 727ºC para melhorar resistência e 
ductilidade. Neste momento, sua função é quantificar 
quantidade exata de fases formadas de cementita, ferrita, 
fase hipoeuteoide e perlita, essenciais para alcançar as 
propriedades mecânicas ideais.
Norte para a resolução
Por onde começar? 
Dados e passos:
• C0 = 99,35 %p. Fe - 0,65 %p. C.
• Verificar diagrama Ferro-Carbono.
• Identificar as fases. 
• Fazer linhas de amarração.
• Determinar as frações mássicas.
• Quantificar a massa.
Reflita sobre a seguinte situação
Fonte: adaptada de Callister Júnior (2016, p. 285).
727º
C
O diagrama de fases Fe-C
Reflita sobre a seguinte situação
• A ferrita é a fase hipoeutetoide, uma vez que 0,65% em 
peso de C é menor que 0,76% em peso de C.
• Somos solicitados a determinar quanto de ferrita total e 
cementita se formam. Para isso, aplicaremos a regra da 
alavanca. Frações mássicas da fase sólida e líquida:
Frações mássicas de duas fases sólidas:
Reflita sobre a seguinte situação
Sendo CFe3C = 6,7; C0 = 0,65; Cα = 0,22 e Ceutetoide = 0,76. 
Portanto, tem-se:
0,91*(2,5 Kg) = 2,26 Kg de ferrita 
pura.
0,09*(2,5 Kg) = 0,24 Kg de 
cementita pura.
0,85*(2,5 Kg) = 2,13 Kg de Perlita 
hipoeutetoide.
0,15*(2,5 Kg) = 0,38 Kg de 
Ferrita hipoeutetoide.
Consolidando o aprendizado
Diagrama de fase e os mecanismos de 
endurecimento
Bloco 5
Eduardo Ferracin Moreira
Consolidando o aprendizado
• Diagrama de fases.
• Regra da alavanca e fração mássica das fases.
• Transformações euteticas, eutetoides e peritéticas.
• Diagrama Fe-C.
• Solidificação: desenvolvimento da microestrutura.
• Tratamentos térmicos e termoquímicos.
• Mecanismos de endurecimento.
Quiz
Os processos de endurecimento dos materiais 
metálicos são de suma importância na indústria e na 
engenharia de materiais. Esses processos visam 
aumentar a resistência mecânica e a durabilidade 
dos metais, tornando-os adequados para uma 
variedade de aplicações. Dessa forma, o que é o 
processo de têmpera e como altera as propriedades 
mecânicas de uma liga de aço?
Quiz - Resolução
O processo de têmpera é um tratamento térmico, que visa aumentar a dureza 
e a resistência de ligas de aço. O procedimento envolve o aquecimento da liga 
até uma temperatura na qual a fase austenítica seja estável (geralmente, 
acima da linha crítica A3 para aços hipoeutetoides ou Acm para aços 
hipereutetoides), seguido de um resfriamento rápido em água, óleo ou outro 
meio de resfriamento rápido. O rápido resfriamento impede as transformações 
de fase normais, que ocorreriam durante o resfriamento lento, como a 
formação de ferrita e perlita, levando à formação de martensita, uma fase 
metaestável caracterizada por sua estrutura cristalina tetragonal de corpo 
centrado, supersaturada em carbono.
A martensita é responsável pelo aumento significativo na dureza e resistência 
do aço tratado. No entanto, esse aumento vem acompanhado de uma redução 
na ductilidade e na tenacidade, tornando o material mais susceptível à fratura. 
Para ajustar e melhorar essas propriedades, é comum realizar um tratamento 
subsequente de revenimento, que reduz a dureza excessiva da martensita 
enquanto restaura parte da ductilidade e tenacidade perdidas durante a 
têmpera.
Leitura Fundamental
Prezado estudante, as indicações a seguir podem estar disponíveisem algum dos parceiros da nossa Biblioteca Virtual (faça o login por 
meio do seu AVA), e outras podem estar disponíveis em sites 
acadêmicos (como o SciELO), repositórios de instituições públicas, 
órgãos públicos, anais de eventos científicos ou periódicos 
científicos, todos acessíveis pela internet.
Isso não significa que o protagonismo da sua jornada de 
autodesenvolvimento deva mudar de foco. Reconhecemos que 
você é a autoridade máxima da sua própria vida e deve, portanto, 
assumir uma postura autônoma nos estudos e na construção da sua 
carreira profissional.
Por isso, nós o convidamos a explorar todas as possibilidades da 
nossa Biblioteca Virtual e além! Sucesso!
Indicação de leitura 1
Este trabalho aborda os efeitos do tratamento térmico 
combinado com a nitretação sob plasma em aços 
martensíticos, uma processo de relevância quando se busca 
melhorar a resistência ao desgaste e à corrosão dos 
materiais.
Referência: 
PINEDO, C. E.; MONTEIRO, W. A. Tratamento térmico e de 
nitretação sob plasma do aço inoxidável martensítico AISI 
420. Tecnologia em metalurgia, materiais e mineração, [s. 
l.], v. 8, n. 2, p. 86-90, 2013.
Indicação de leitura 2
Este artigo científico explora os efeitos da têmpera com 
austenitização intercrítica sobre as propriedades mecânicas 
de aços inoxidáveis ferríticos, ampliando a compreensão dos 
processos metalúrgicos e suas aplicações práticas.
Referência: 
NUNES, I. P. et al. Influência de tratamentos térmicos de 
têmpera com austenitização intercrítica no comportamento 
mecânico de um aço inoxidável ferrítico do tipo UNS S41003. 
In: 74º Congresso anual da ABM, São Paulo, SP. 2019. p. 440-
451.
Referências
CALLISTER JUNIOR, W. D. Ciência e engenharia de materiais: uma 
introdução. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2016.
NUNES, I. P. et al. Influência de tratamentos térmicos de têmpera com 
austenitização intercrítica no comportamento mecânico de um aço 
inoxidável ferrítico do tipo UNS S41003. In: 74º Congresso anual da ABM, 
São Paulo, SP. 2019. p. 440-451.
PINEDO, C. E.; MONTEIRO, W. A. Tratamento térmico e de nitretação sob 
plasma do aço inoxidável martensítico AISI 420. Tecnologia em metalurgia, 
materiais e mineração, [s. l.], v. 8, n. 2, p. 86-90, 2013.
SHACKELFORD, J. F. Introduction to materials science for engineers. 8. ed. 
Davis: Pearson Education, 2015. 
Bons estudos!
	Materiais metálicos
	Diagrama de fase e os mecanismos de endurecimento
	Número do slide 3
	Diagrama de fases
	Diagrama de fases – Regra da alavanca
	Diagrama de fases - Desenvolvimento da microestrutura
	Diagrama de fases - Desenvolvimento da microestrutura
	Sistemas eutéticos binários
	Diagrama de fase e os mecanismos de endurecimento
	Sistema Fe-C
	Sistema Fe-C
	Desenvolvimento de microestruturas em ligas Fe-C
	Desenvolvimento de microestruturas em ligas Fe-C
	Desenvolvimento de microestruturas em ligas Fe-C
	Diagrama de fase e os mecanismos de endurecimento
	Tratamento térmico - Curvas TTT e RC
	Tratamento térmico: tipos
	Tratamento térmico: tipos
	Tratamento termoquímico 
	Mecanismos de endurecimento
	Diagrama de fase e os mecanismos de endurecimento
	Número do slide 22
	Número do slide 23
	Número do slide 24
	Número do slide 25
	Número do slide 26
	Diagrama de fase e os mecanismos de endurecimento
	Número do slide 28
	Número do slide 29
	Número do slide 30
	Número do slide 31
	Indicação de leitura 1
	Indicação de leitura 2
	Número do slide 34
	Bons estudos!