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Engenheiro Mecânico

Mecanismos de endurecimento em aços [16]

1>

projetosmecânicos

materiais

deengenharia

propriedadesmecânicas

• módulo de elasticidade• limite de escoamento

• dureza

resistência mecânicae tenacidade

adequadas

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Principais mecanismos de endurecimento:

Mecanismos de endurecimento em aços

2>

• Solução sólida

• Refino de grão

• Precipitação

• Discordâncias (encruamento)

• Transformações de fase

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Endurecimento por solução sólida:átomos de soluto “ deformam” a estrutura cristalina damatriz e interferem na movimentação das discordâncias

efeito (intersticiais) > efeito (substitucionais)

Mecanismos de endurecimento em aços

3>

554012C

123119Sn

1196Mo

3964Cu

059Ni

-56Fe

3255Mn

-3152Cr 

67831P

8328Si

 σ / %p [MPa]massa at.soluto

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Endurecimento por solução sólida:

Mecanismos de endurecimento em aços

4>

Processoindustrial

adição deelementos de

liga

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Endurecimento por refino de grão:contribui tanto para o aumento de resistência mecânicaquanto para a tenacidade dos aços.

Hall-Petch:

Mecanismos de endurecimento em aços

5>

2/1oy dk

  −⋅+σ=σ

T  

T  T  T  T  

T  

1

2

σ

σ

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Endurecimento por refino de grão:

Mecanismos de endurecimento em aços

6>

Processoindustrial

laminaçãocontrolada

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Endurecimento por precipitação: partículas de segundafase bloqueiam a movimentação das discordâncias, tor-nando necessário o aumento da energia de deformação.

deformáveis (coerentes)

partículas

indeformáveis (incoerentes)

Mecanismos de endurecimento em aços

7>

2/12/12/3

p b

r f k   ⎟

 ⎠

 ⎞⎜⎝ 

⎛ ⋅⋅ε⋅=σΔ

⎟

 ⎠

 ⎞⎜

⎝ 

⎛ ⋅⋅

=σΔ

b2

Dln

D

f k2/1

p

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Endurecimento por precipitação: se as partículasforem coerentes as discordâncias podem cisalhá-las.

Mecanismos de endurecimento em aços

8>

T T

antes depois

partícula coerente

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Endurecimento por precipitação: se as partículasforem incoerentes as discordâncias devem ultrapassa-las.

Mecanismos de endurecimento em aços

9>

L

L

bG

p

⋅=σΔModelo de Orowan:

partícula incoerente

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Endurecimento por precipitação:

Mecanismos de endurecimento em aços

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Processoindustrial

adição de

microligantes(Nb, Ti, V)

modelo de Orowan-

 Ashby:ƒ – fração volumétrica

d – tamanho partícula [nm]

)63,1ln(10800   d d 

 f  p   ⋅⋅⋅=Δσ 

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Endurecimento por encruamento: o trabalho mecânicorealizado a frio (T < 0,5 Th) promove a geração e a acumu-lação de discordâncias em subestruturas (subgrãos).

Mecanismos de endurecimento em aços

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baixa densidade de discordâncias

(recozido)

alta densidade de discordâncias

(encruado)

Keh:   ρ α σ    ⋅⋅⋅⋅=Δ   bGmd 

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Endurecimento por encruamento:

Mecanismos de endurecimento em aços

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Processoindustrial

deformaçãoa frio

1E8 1E9 1E10 1E11 1E12

1

10

100

1000

 

  e  n   d

  u  r  e  c   i  m  e  n   t  o

   [   M   P  a   ]

densidade de discordâncias ρ [cm-2]

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Endurecimento por transformação de fase: atravéstratamentos térmicos pode ser feita a formação demicroconstituintes mais resistentes.

Mecanismos de endurecimento em aços

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20 m100 m

TratamentosTérmicos

ferrita + perlita(recozimento / normalização)

martensita(têmpera + revenido)

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Endurecimento por transformação de fase:

Mecanismos de endurecimento em aços

14>

Processoindustrial

tratamentostérmicos

M i d d i t

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Interação entre os mecanismos de endurecimento:

Mecanismos de endurecimento em aços

15>

EFEITO CUMULATIVO

LIMITE DE ESCOAMENTO EXPERIMENTAL =Σ (RESISTÊNCIA INTRÍNSECA +

ENDURECIMENTO POR SOLUÇÃO SÓLIDA +

ENDURECIMENTO POR REFINO DE GRÃO +

ENDURECIMENTO POR PRECIPITAÇÃO +

ENDURECIMENTO POR ENCRUAMENTO +

ENDURECIMENTO CAUSADO POR

TRANSFORMAÇÕES DE FASE)

M i d d i t

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Mecanismos de endurecimento em aços

Bibliografia:

Dieter, G. E. Metalurgia Mecânica. Guanabara Dois, 2a.

ed., Rio de Janeiro, 1981, pp. 166-212.

Ferrante, M. Seleção de Materiais. Ed. UFSCar, São

Carlos, 1996, pp. 99-129.

Honeycombe, R.W.K. Aços: microestrutura e propriedades.

Ed. Calouste Gulbenkian, Lisboa, 1982, pp. 27-47.

Reed-Hill, R. E. Princípios de Metalurgia Física. Ed.

Guanabara Dois, Rio de Janeiro, 1982.

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Notas de aula preparadas pelo Prof. Juno Gallego para a disciplina Materiais de Construção Mecânica I.® 2006. Permitida a impressão e divulgação. http://www.dem.feis.unesp.br/cadernetaeletronica/gallego/