Mecanismos de endurecimento em aços

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Mecanismos de endurecimento em aços [16]
¾ Engenheiro Mecânico projetosâ i¾ Engenheiro Mecânico mecânicos 
materiais
de
propriedades
mecânicas
engenharia
mecânicas
• módulo de elasticidade resistência mecânica• módulo de elasticidade
• limite de escoamento
• dureza
resistência mecânica
e tenacidade
adequadas
1>
• dureza adequadas
Mecanismos de endurecimento em aços
¾ Principais mecanismos de endurecimento:¾ Principais mecanismos de endurecimento:
• Solução sólidaSolução sólida 
Refino de grão• Refino de grão 
• Precipitação
• Discordâncias (encruamento)
• Transformações de fase 
2>
Mecanismos de endurecimento em aços
¾ Endurecimento por solução sólida:
átomos de soluto “deformam” a estrutura cristalina daátomos de soluto deformam a estrutura cristalina da
matriz e interferem na movimentação das discordâncias
efeito (intersticiais) > efeito (substitucionais)
Soluto intersticial Soluto substitucional
(átomo menor)
Soluto substitucional
(átomo maior)
3>
Mecanismos de endurecimento em aços
¾ Endurecimento por solução sólida:
Processo
industrial
adição de
elementos deelementos de
liga
4>
Mecanismos de endurecimento em aços
¾ Endurecimento por refino de grão: 
contribui tanto para o aumento de resistência mecânicacontribui tanto para o aumento de resistência mecânica 
quanto para a tenacidade dos aços.
¾ Hall-Petch: σ
2/1
oy dk
−⋅+σ=σ
11
22
5>
σ
Mecanismos de endurecimento em aços
¾ Endurecimento por refino de grão: 
Processo
industrial
laminação
controladacontrolada
6>
Mecanismos de endurecimento em aços
¾ Endurecimento por precipitação: partículas de segunda
fase bloqueiam a movimentação das discordâncias tor-fase bloqueiam a movimentação das discordâncias, tor-
nando necessário o aumento da energia de deformação. 
deformáveis (coerentes)
2/1⎞⎛2/12/3
p b
rfk ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛⋅⋅ε⋅=σΔ
partículas
⎠⎝
indeformáveis (incoerentes)
⎞⎛ Dfk 2/1 ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛⋅⋅=σΔ
b2
Dln
D
fk
p
7>
Mecanismos de endurecimento em aços
¾ Endurecimento por precipitação: se as partículas 
forem coerentes as discordâncias podem cisalhá-lasforem coerentes as discordâncias podem cisalhá-las.
partícula coerente
T TT T
antes depois
8>
Mecanismos de endurecimento em aços
¾ Endurecimento por precipitação: se as partículas 
forem incoerentes as discordâncias devem ultrapassa-lasforem incoerentes as discordâncias devem ultrapassa-las.
partícula incoerente
bG ⋅ΔModelo de Orowan:
9>L
p =σΔModelo de Orowan:
Mecanismos de endurecimento em aços
¾ Endurecimento por precipitação: se as partículas 
forem incoerentes as discordâncias devem ultrapassa-lasforem incoerentes as discordâncias devem ultrapassa-las.
L
partícula incoerente
L
bG
p
⋅=σΔModelo de Orowan:
10>
Lp
Mecanismos de endurecimento em aços
¾ Endurecimento por precipitação:
PProcesso
industrial
adição de
microligantes
(Nb, Ti, V)
ƒ modelo de Orowanƒ modelo de Orowan-
Ashby:
ƒ – fração volumétricaƒ ç
d – tamanho partícula [nm]
f
11>
)63,1ln(10800 d
d
f
p ⋅⋅⋅=Δσ
Mecanismos de endurecimento em aços
¾ Endurecimento por encruamento: o trabalho mecânico 
realizado a frio (T < 0 5 T ) promove a geração e a acumu-realizado a frio (T < 0,5 Th) promove a geração e a acumu-
lação de discordâncias em subestruturas (subgrãos).
baixa densidade de discordâncias alta densidade de discordânciasbaixa densidade de discordâncias
(recozido)
alta densidade de discordâncias
(encruado)
Δ bG
12>
Keh: ρασ ⋅⋅⋅⋅=Δ bGmd
Mecanismos de endurecimento em aços
¾ Endurecimento por encruamento:
1000
Processo
industrial
a
] industrial100
n
t
o
 
[
M
P
a
deformação
f i10
 
r
e
c
i
m
e
n
a frio10
e
n
d
u
r
1E8 1E9 1E10 1E11 1E12
1
13>
1E8 1E9 1E10 1E11 1E12
densidade de discordâncias ρ [cm-2]
Mecanismos de endurecimento em aços
¾ Endurecimento por transformação de fase: através
tratamentos térmicos pode ser feita a formação de 
microconstituintes mais resistentes.
20 μm100 μm 20 μm100 μm
Tratamentos
Térmicos
ferrita + perlita martensita
14>
ferrita + perlita 
(recozimento / normalização)
martensita 
(têmpera + revenido)
Mecanismos de endurecimento em aços
¾ Endurecimento por transformação de fase:
Processo
industrialindustrial
tratamentos
té itérmicos
15>
Mecanismos de endurecimento em aços
¾ Interação entre os mecanismos de endurecimento:
EFEITO CUMULATIVO
LIMITE DE ESCOAMENTO EXPERIMENTALLIMITE DE ESCOAMENTO EXPERIMENTAL =
Σ (RESISTÊNCIA INTRÍNSECA +(
ENDURECIMENTO POR SOLUÇÃO SÓLIDA +
ENDURECIMENTO POR REFINO DE GRÃO +
ENDURECIMENTO POR PRECIPITAÇÃO +ENDURECIMENTO POR PRECIPITAÇÃO +
ENDURECIMENTO POR ENCRUAMENTO +
ENDURECIMENTO CAUSADO POR 
Õ
16>
TRANSFORMAÇÕES DE FASE)
Mecanismos de endurecimento em aços
Bibliografia:
¾ Dieter, G. E. Metalurgia Mecânica. Guanabara Dois, 2a. 
ed Rio de Janeiro 1981 pp 166 212ed., Rio de Janeiro, 1981, pp. 166-212.
¾ Ferrante M Seleção de Materiais Ed UFSCar São¾ Ferrante, M. Seleção de Materiais. Ed. UFSCar, São 
Carlos, 1996, pp. 99-129.
¾ Honeycombe, R.W.K. Aços: microestrutura e propriedades. 
Ed Calouste Gulbenkian Lisboa 1982 pp 27-47Ed. Calouste Gulbenkian, Lisboa, 1982, pp. 27 47. 
¾ Reed-Hill, R. E. Princípios de Metalurgia Física. Ed.¾ Reed Hill, R. E. Princípios de Metalurgia Física. Ed.
Guanabara Dois, Rio de Janeiro, 1982.
Notas de aula preparadas pelo Prof. Juno Gallego para a disciplina Materiais de Construção Mecânica I.
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Notas de aula preparadas pelo Prof. Juno Gallego para a disciplina Materiais de Construção Mecânica I.
® 2009. Permitida a impressão e divulgação. http://www.dem.feis.unesp.br/maprotec/educacional.shtml/