Mecanismos de endurecimento em aços [16]

Engenheiro Mecânico projetosâ iEngenheiro Mecânico mecânicos

materiaisde

propriedadesmecânicas

engenhariamecânicas

• módulo de elasticidade resistência mecânica• módulo de elasticidade• limite de escoamento• dureza

resistência mecânicae tenacidadeadequadas

1>

• dureza adequadas

Mecanismos de endurecimento em aços

Principais mecanismos de endurecimento: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

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

Endurecimento por solução sólida:

Processoindustrial

adição deelementos deelementos de

liga

4>

Mecanismos de endurecimento em aços

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.

Hall-Petch: σ2/1

oy dk −⋅+σ=σ11

22

5>σ

Mecanismos de endurecimento em aços

Endurecimento por refino de grão:

Processoindustrial

laminaçãocontroladacontrolada

6>

Mecanismos de endurecimento em aços

Endurecimento por precipitação: partículas de segundafase 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

⎞⎛2/12/3p b

rfk ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⋅ε⋅=σΔ

partículas⎠⎝

indeformáveis (incoerentes)

⎞⎛ Dfk 2/1

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅

⋅=σΔ

b2Dln

Dfk

p

7>

Mecanismos de endurecimento em aços

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

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>Lp =σΔModelo de Orowan:

Mecanismos de endurecimento em aços

Endurecimento por precipitação: se as partículas forem incoerentes as discordâncias devem ultrapassa-lasforem incoerentes as discordâncias devem ultrapassa-las.

L

partícula incoerente

LbG

p⋅

=σΔModelo de Orowan:

10>Lp

Mecanismos de endurecimento em aços

Endurecimento por precipitação:PProcessoindustrial

adição demicroligantes

(Nb, Ti, V)

modelo de Orowanmodelo de Orowan-Ashby:

ƒ – fração volumétricaƒ çd – tamanho partícula [nm]

f11>

)63,1ln(10800 ddf

p ⋅⋅⋅=Δσ

Mecanismos de endurecimento em aços

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 bG12>

Keh: ρασ ⋅⋅⋅⋅=Δ bGmd

Mecanismos de endurecimento em aços

Endurecimento por encruamento:1000

Processoindustriala] industrial100

nto

[MPa

deformaçãof i10

reci

men

a frio10

endu

r

1E8 1E9 1E10 1E11 1E121

13>1E8 1E9 1E10 1E11 1E12

densidade de discordâncias ρ [cm-2]

Mecanismos de endurecimento em aços

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

20 μm100 μm 20 μm100 μm

TratamentosTérmicos

ferrita + perlita martensita

14>

ferrita + perlita (recozimento / normalização)

martensita (têmpera + revenido)

Mecanismos de endurecimento em aços

Endurecimento por transformação de fase:

Processoindustrialindustrial

tratamentosté itérmicos

15>

Mecanismos de endurecimento em aços

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

Õ16>

TRANSFORMAÇÕES DE FASE)

Mecanismos de endurecimento em aços

Bibliografia:

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Honeycombe, R.W.K. Aços: microestrutura e propriedades. Ed Calouste Gulbenkian Lisboa 1982 pp 27-47Ed. Calouste Gulbenkian, Lisboa, 1982, pp. 27 47.

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