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Apresentação do Trabalho de Mestrado
Modelamento Numérico-Computacional das
Transformações de Fase nos Tratamentos Térmicos de Aços
Aluno: Eleir Mundim Bortoleto
Orientador: Prof. Dr. Roberto Martins de Souza
Laboratório de Fenômenos de Superfície - LFS/POLI-USP
São Paulo
23 de Julho de 2010
Tratamentos Térmicos de Aços
Sumário
1. Introdução2.Revisão Bibliográfica3.Objetivos4.Materiais e Métodos
4.1 Modelamento Computacional por Elementos Finitos
2/55
4.1 Modelamento Computacional por Elementos Finitos4.2 Ensaio em Laboratório para Validação Experimental
5.Resultados e Discussão5.1 Resultados da Proposta 15.1 Resultados da Proposta 2
6. Conclusões7. Sugestões para Trabalhos Futuros
• Tratamentos Térmicos– Processo crítico na fabricação de aços de elevada
resistência– Relevância fundamental– Obtenção dos os arranjos microestruturais desejados
1 - Introdução
3/55
• Vantagens:– Obtenção de melhores propriedades mecânicas– Comportamento durante utilização– Aumento de vida útil e resistência ao desgaste
• Cuidados:– Resfriamento controlado– Quebras, trincas, retrabalhos, distorções, descartes
Questão Energética:– Elevado consumo de energia (aquecimento e resfriamento de
toneladas de material)– Estimativa: Economia de 1,51 trilhões de KJ/ano (US$ 7 milhões)
• Adoção de medidas de otimização (Hardin e Beckermann, 2005)• Uso de softwares de simulação
1 - Introdução
4/55
• Uso de softwares de simulação
Microestruturas– Desejável combinação/disposição específica entre diferentes
fases e outros microconstituintes– Expansões volumétricas do material associadas às
transformações de fase– Distorções e Tensões residuais térmicas e de transformação
de fase (Ebert, 1978)
• 1 – Aços– Ligas de ferro com até 2,1 % de carbono, podendo conter
outros elementos de liga tais como Cr, Mn, Si, Mo, V, Nb, W, Ti, Ni
2 – Revisão Bibliográfica
5/55
– Alterações macro e microscópicas do material determinam propriedades mecânicas
– As variações na microestrutura do material provêm da formação, alteração da quantidade, tamanho, forma e distribuição dos microconstituintes ou fases presentes (Tschiptschin et al., 1988).
• 2 – Diagramas de Transformação
2 – Revisão Bibliográfica
• Diagrama de equilíbrio
– Transformações muito lentas
6/55
Diagrama de fase Fe-C: indica as transformações de fase que ocorrem em condições de equilíbrio
*Adaptado de Chiaverini ,1986
– Transformações muito lentas
– Divergências em relação aos processos industriais
– Para transformações em condições realísticas (fora do equilíbrio):
• Diagrama TTT• Diagrama CRC
• 3 – Tratamentos Térmicos - TêmperaDiferentes taxas de resfriamento resultam em transformações da austenita em diferentes fases
2 – Revisão Bibliográfica
Superficie
Centro
7/55Adaptado de American Society for Metals(1990)
Resfriamento lento: Várias fases podem ser formadas dependendo da taxa de resfriamento e da curva de transformação\do material. A formação de martensita fica limitada aos\pontos mais próximos à superfície.
Resfriamento rápido: a maior taxa de resfriamento fazcom que a transformação martensítica aconteça para quase toda peça
Centro
• 4 – Transformações de Fases nos Aços
2 – Revisão Bibliográfica
8/55Micrografias: Ralls et al. ,1976 e Bhadeshia, 2001
grossa fina
• Austenita: solução sólida intersticial (do carbono e dos elementos de liga) em ferro gama.
• Ferrita: solução sólida intersticial em ferro alfa.• Cementita: carboneto de ferro (Fe3C).• Perlita: Misto de Ferrita e Cementita.
2 – Revisão BibliográficaEstrutura Cristalina dos Aços
9/55
• Martensita: Solução sólida super saturada de carbono em ferro alfa.
Estrutura cristalina cúbica de corpo centrada (CCC).Fonte: GOZZI, 2005.
Estrutura cristalina cúbica de face centrada (CFC).Fonte: GOZZI, 2005.
• Transformações Difusionais (Difusão dos elementos de liga)
– Transformação Ferrítica– Transformação Perlítica– Transformação Bainítica
2 – Revisão Bibliográfica
10/55
– Transformação Bainítica
• Transformação Adifusional– Transformação Martensítica
Adaptado de Callister (2002).
carbono
ferro
Transformação MartensíticaÁtomos de carbono são menores que átomos de Ferro
Distorção do reticulado cristalino
Ocorre expansão no volume ocupado pelo material
2 – Revisão Bibliográfica
11/55
Fonte: Callister, 2002
Ocorre expansão no volume ocupado pelo material (aproximadamente 4%), em parte provocada pela presença do átomo de carbono deslocado na estrutura.
Evolução da estrutura cristalina durante a transformação martensítica
Transformação Mudança de Volume
(Equação Genérica)
Mudança de Volume
(Aço SAE 4140)
Perlita esferoidizada→ Austenita -4,64 + 2,21x(%C) -3,756%
Expansão volumétrica devida às transformações de fase
2 – Revisão Bibliográfica
Efeito da microestrutura na geração de tensões e deformações
12/55
Austenita → Martensita 4,64 - 0,53x(%C) 4,428%
Perlita esferoidizada→ Martensita 1,68.(%C) 0,672%
Austenita → Bainita inferior 4,64 - 1,43x(%C) 4,068%
Perlita esferoidizada→ Bainita inferior 0,78x(%C) 0,312%
Austenita → Bainita superior 4,64 -2,21x(%C) 3,756%
Perlita esferoidizada→ Bainita superior 0 0%
Adaptado de Gozzi (2005) e Totten e Howes (1997)
• 5 - Modelos Matemáticos– Modelo Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK)
Expressão descreve:•Transformações Difusionais
•Sólido se transforma de uma fase para outra a uma
2 – Revisão Bibliográfica
13/55
Nucleação Crescimento
Logaritmo do tempo de aquecimento
Fra
ção de tra
nsfo
rmaçã
o fase para outra a uma temperatura constante.
•Cinética de cristalização
•Pode ser aplicada genericamente para outras fases em outros materiais, como uma taxa ou velocidade para reações químicas (AVRAMI, 1939).
• 5 - Modelos Matemáticos
– Koinstinen-Marburger, 1959
• Transformações Adifusionais
2 – Revisão Bibliográfica
14/55
• Transformações Adifusionais• Relação obtida empiricamente• Cálculo da Fração volumétrica de martensita• Implementação em Softwares acadêmicos e comerciais
O Problema Termo-Mecânico-Microestrutural Acoplado
2 – Revisão Bibliográfica
15/55
– Interações podem ser desacopladas matematicamente, gerando problemas independentes (Pacheco et al., 2001)
Adaptado de Inoue, 2004
Risso et al. (2004)Huiping et al. (2007)Sjöström (1985)
• Equações acopladas Vs. Equações desacopladas– Ganghoffer et al. (1994), Fletcher (1981)– Pacheco et al., 2001, Silva et al. (2001)
• Abordagem estritamente Térmica
Aplicações, Abordagens e Implementações
2 – Revisão Bibliográfica
16/55
• Abordagem estritamente Térmica– Reyes et al. (2007)
• Abordagem Termo-mecânica– Canale et al. (2005), Inoue e Tanaka (1975),
Woodard et al. (1999) e outros
• Abordagem Termo-mecânico-metalúrgica– Roux e Billardon (2007), Risso et al. (2004), e outros.
Fonte: WOODARD et. Al, 1999
Aplicações, Abordagens e Implementações
2 – Revisão Bibliográfica
Cálculo analítico das frações volumétricasTeixeira, 2002Leblond et al., 1989Pacheco et al., 2001Denis et al., 1992
17/55
Sobreposição de curvas de resfriamento e transformação
Lauro e Sarmiento, 2002Hardin e Beckermann, 2005
• Tensões Residuais•Gradientes térmicos levam a tensões residuais
2 – Revisão Bibliográfica
18/55Fonte: Ebert,1978
•Quando se considera a transformação de fase, a superfície pode ficar sob tração e o centro sob compressão
• Tensões Residuais
2 – Revisão Bibliográfica
•Inoue e Tanaka (1975)
•Cilindro
•0,43% de carbono
19/55
Distribuição de tensão residual em geometria cilíndrica.Fonte: Inoue e Tanaka (1975)
•0,43% de carbono
•Comparação entre•valores analíticos•valores experimentais
• Propor um novo modelo numérico computacional para análisedo problema termo-mecânico-microestrutural no tratamento térmico de aços que:– Simule a geração de tensões residuais, térmicas e de transformação
de fase, nos processos de têmpera.
3 – Objetivos
20/55
– Reúna as principais vantagens dos diferentes modelos e formulações já propostos na literatura para o estudo dos tratamentos térmicos (unificação das diferentes abordagens)
• Validar experimentalmente o modelo proposto– Ensaios de temperabilidade Jominy modificados e instrumentados– Resultados: Temperatura, Dureza, Frações Volumétricas, Distorção
Geométrica
• Proposição de 2 Abordagens Numéricas– Previsão das frações volumétricas (fases transformadas)– Estimativa dos valores de Dureza Vickers– Calores Latentes
térmicas
4 – Materiais e Métodos
21/55
– Tensões
– Distorções Geométricas– Propriedades mecânicas (em função da microestrutura)
• Validação Experimental– Ensaio Jominy Modificado e Instrumentado
• Frações volumétricas, Temperaturas• Medição de Dureza Vickers, Distorções
térmicastransformação de fase
α=22,3 µm/(m°C) Ms=410°C Bs=532°C TF=7 s
ρ=7800 kg/cm3 Mf=300°C Ps=650°C TB=10 s
ν=0,3 Fs=710°C Af=200°C TP=100 s
• Propriedades do Aço SAE 4140Trzaska e Dobrzanski, 2004
4 – Materiais e Métodos
22/55
C 0,40
Si 0,20
Mn 0,85
P 0,02
S 0,02
Cr 1,05
Mo 0,30
Composição Química
A composição química do aço SAE 4140 foi utilizada para:•Calcular os valores de temperatura de início e fim das transformações segundo o modelo de Trzaska e Dobrzanski, 2004•Alimentar as expressões de cálculo de dureza (Maynier et al., 1978)
Atkins , 1980
• Propriedades físicas em função da temperatura
4 – Materiais e Métodos
23/55Fonte: Melander (1985) apud Pacheco et al. (2007)
Propriedades de cada microconstituinte formado a partir da austenita.
Frações Volumétricas
4 – Materiais e Métodos
24/55Adaptado de Bhadeshia, 2002
Regra das Misturas
Propriedades do
Aço
Transformação de Fase Expansão Volumétrica
Expansão Volumétrica para
o aço SAE 4140(%)
Austenita → Martensita 4,64 - 0,53.(%C) 4,428
Austenita → Bainita inferior 4,64 - 1,43.(%C) 4,068
Austenita → Bainita superior 4,64 - 2,21.(%C) 3,756
Austenita → Perlita 4,64 - 2,21.(%C) 3,756
Austenita → Ferrita - 3,756
Construção do modelo:
Gozzi (2005) e Totten e Howes (1997)
4 – Materiais e Métodos
25/55
Construção do modelo:•O diagrama CRC do aço SAE 4140 foi utilizado em conjunto com as expressões de Trzaska e Dobrzanski, 2004
• As informações obtidas a partir desse diagrama foram confrontadas com as propriedades provenientes das equações de Trzaska e Dobrzanski, 2004
•os valores foram utilizados com parâmetros de entrada das sub-rotinas FORTRAN
Adaptado de ASM, 1977
Proposta 1 - Modelos Simplificados•Efeito de cada transformação no campo de tensões•Não são calculadas as frações transformadas
4 – Materiais e Métodos
26/55
Geometria e Condições de Contorno
4 – Materiais e Métodos
Imposição da
27/55
Geometria:Pacheco et al. (2001)Cilindro de aço SAE 4140 Φ=4,5 cm
L=18 cm)
Malha Axissimétrica – ¼ do cilindro
Imposição da variação de temperatura para essas faces
Proposta 24 – Materiais e Métodos
As Variáveis de estado foram criadas para receber os valores calculdos pelas
demais sub-rotinas
UMATHT
SDVINIAtribui valores iniciais às variáveis
de estado
Condições de ContornoGeometria
Propriedades do Material Condições Iniciais
Abaqus
Entrada de Dados Proposta 2
29/55
Atualiza os valores de condutividade térmica e calor específico de acordo
com as frações volumétricas dos microconstituintes e temperatura
Atualiza os valores de energia interna em função dos calores latentes das
transformações
Define expressão para o fluxo de calor
Identifica a região correspondente ao diagrama de transformação
Sobreposição das curvas de Interpola o cálculo das frações volumétricas de cada fase
É integrada às demais sub-rotinas pela sub-rotina USDFLD
Atualliza as propriedades mecânicas
através da combinação entre as
propriedades de cada microconstituinte
em função da composição da microestrutura,
Cálculo de deformações e tensões
UVARM
resfriamento ao diagrama CRC
UMATHTEstima o calor latente liberado
ou absorvido relativo às mudanças
de fase da microestrutura
UHARDCalcula a Expansão Volumétrica
devido à mudança de fase
UEXPAN
Método de interpolação para o cálculodas frações volumétricas
Taxa média de resfriamento
Malha – Proposta 2
4 – Materiais e Métodos
30/55
Esta geometria também será utilizada para validação experimental
Norma ASTM A255
Axissimétrico 3-D sem furo 3-D com furo
(4 elementos/mm2) (0,3 elementos/mm
2) (0,35 elementos/mm
2)
Térmico 6 13 13,5
Termo-mecânico 12,5 27 29
Termo-mecânico-microestrutural 750 1890 1915
Tempo de processamento (min)
Modelo
Comparativo entre tempos de processamento para cada condição de geometria simulada
4 – Materiais e MétodosProposta 2
31/55
Termo-mecânico-microestrutural 750 1890 1915
• Necessidade de furos para aquisição da variação de temperaturas no processo real
• Perdas por convecção no furo desprezíveis (efeitos locais)
• Malha axissimétrica
4 – Materiais e MétodosProposta 2
600
700
800
900
1000
Tem
per
atu
ra (
°C)
Resfriamento rápido
Resfriamento moderado
Condições de Contorno
32/55
• Toma-se como hipótese que os materiais tratados termicamente partem de um estado inicial livre de tensões e deformações.
0
100
200
300
400
500
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Tem
per
atu
ra (
Tempo (segundos)
4 – Materiais e MétodosEnsaio em Laboratório
•Corpos de prova com geometria padronizada são resfriados por umas das extremidades.
•Posteriormente, realizam-se medições
33/55
Fonte: Chiaverini (1986)
Norma ASTM A-255
•Posteriormente, realizam-se medições de dureza na direção axial
4 – Materiais e Métodos
Pontos de Amostragem
Usinagem:•Processo de eletroerosão com capilares de latão (1mm)
Ensaio em Laboratório
34/55
• 2 Condições de Resfriamento•Vazão 1 = 215 ml/seg (Norma)•Vazão 2 = 150 ml/seg
• Problemas com formação de óxido no interior dos furos
4 – Materiais e Métodos
Necessidade:
Ensaio em Laboratório
35/55
Ensaio Topo
1 X2 X3 X4 X5 XModerado - X X Sim
Severo - X X DescartadoModerado - X X Sim
Severo X - - SimSevero - X X Sim
Pontos AmostradosCondição de Resfriamento
Base (interior)
Lateral Inferior Lateral Superior Aproveitamento
Necessidade:Novos pontos de amostragem na superfície da peça
• Após o tratamento térmico:• Avaliação das distorções geométricas
• Usinagem de trilha para medição de dureza para remoção de camada descarbonetada
4 – Materiais e MétodosEnsaio em Laboratório
36/55
descarbonetada
• Medição de durezas superficiais (Vickers 30 kgf)
• Cortes Transversais em 3 posições
• Medições de durezas ao longo do raio(Vickers 30 kgf)
• Análise metalográfica• Contagem de fração volumétrica• Norma ASTM E-562• Software LisPix
Variação de Temperatura (Proposta 1)
5 – Resultados e Discussão
Modelo 1a –Transformação Parcial em martensita
Modelo 1b –
centro
37/55
Modelo 1b –Transformação total em martensita
Modelo 2 – Inclusão da transformação perlítica
Modelo 3 - formação de perlita é irrelevante
superfície
Resultados de tensões:-ao longo do raio do cilindro na posição central em relação ao seu comprimento, ao fim da têmpera
Modelo 1a Modelo 1b
5 – Resultados e Discussão
40/55
Modelo 2 Modelo 3
• Modelo 1a:– Componentes radial e axial são compressivos na superfície e estão
sob tração no núcleo no modelo 1a (deformação plástica)– Expansão volumétrica na superfície devida à transformação
martensítica produz compressão no centro do cilindro (Hardin e Beckermann, 2005)
5 – Resultados e Discussão
41/55
Beckermann, 2005)
• Modelos 1b, 2 e 3– Configuração oposta do campo de tensões quando comparados ao
modelo 1a,– Mais áreas com tensão compressivas (devido às formações de bainita
e ferrita)– Tensões positivas na superfície, menores que modelo 1a
• Área com tensão compressiva torna-se, eventualmente, sujeita à tensão trativa, dependendo da transformação de fase ocorre na material (Ebert, 1979)
Proposta 2Temperaturas Amostradas durante a Têmpera
5 – Resultados e Discussão
Aquecimento devidoàs transformaçõesde fase
42/55
Resfriamento rápido (215 ml/seg) Resfriamento lento (150 ml/seg)
Efeito da liberação de calor durante transformações de fase
Proposta 2Comparativo entre Temperaturas Amostradas e Calculadas
5 – Resultados e Discussão
43/55
Resfriamento rápido (215 ml/seg) Resfriamento lento (150 ml/seg)
•Variações semelhantes•Correta representação do fenômeno de condução de calor no material•Utilização do campo de temperaturas modelado para o cálculo das demais variáveis de interesse do problema
Proposta 2Distorções e Alterações Dimensionais
5 – Resultados e Discussão
44/55
Resfriamento rápido (215 ml/seg) Resfriamento lento (150 ml/seg)
•Máxima distorção coincide nas 3 situações
•Efeitos da oxidação limitam conclusões (espessura da camada de óxido)
Fonte:Ramanathan e Foley (2001)
Proposta 2Cálculo das Frações Volumétricas dos Microconstituintes
5 – Resultados e Discussão
Decomposição da austenita
Base
45/55
Metade da altura 1/10 da altura
Ferr
ita
Perl
ita
Ba
init
a
Mar
ten
sita
Au
ste
nit
a
Re
tid
a
Base (L=4 mm) 0 0 0 100%
Experimento
-
Proposta 2Cálculo das Frações Volumétricas dos Microconstituintes
5 – Resultados e Discussão
46/55
Base (L=4 mm) 0 0 0 100%
Meio (L=50 mm) 5% 95-98 % - 0
Topo (L= 100 mm) 10-15% 85-90 % - 0Fe
rrit
a
Pe
rlit
a
Ba
init
a
Ma
rte
nsit
a
Au
ste
nit
a
Re
tid
a
Base (L=4 mm) 0,70% 0 5-8 % 85-90 %
Meio (L=50 mm) 2% 90-92 % 0 5%
Topo (L= 100 mm) 12-15 % 85-90 % 0-2 % 3-4 %
-
0,5-0,6 %
Simulação
-
6-7 %
-
0,5-0,7 %
Análise Microestrutural5 – Resultados e Discussão
Ferrita + Perlita
Ferrita + Perlita
47/55
Martensita
Dureza Vickers
5 – Resultados e Discussão
48/55
Resfriamento rápido (215 ml/seg) Resfriamento lento (150 ml/seg)
Em ambas as comparações, a região em que há maior diferenças entre os valores de dureza calculados e os medidos coincide com a região de transição entre a formação de bainita e a formação de perlita + ferrita
Dureza Vickers
5 – Resultados e Discussão
• Variação de dureza ao longo do raio em 6 seções transversais
• 3 posições da altura em relação à base
• Nota-se que na quase totalidade
49/55
• Nota-se que na quase totalidade dos pontos, há equivalência entre as curvas (consideradas as barras de incerteza das medições).
• Tomando-se as médias das durezas ao longo do raio, há nova equivalência entre os resultados,
• Equivalência em relação a Ramanathan e. Foley (2001).
Tensão Residual
5 – Resultados e DiscussãoF
on
te: Ino
ue e Tan
aka (1975)
50/55
Tensões residuais ao longo do raio para a seção transversal equivalente à face inferior do corpo de prova (h=0 mm)
Tensões residuais ao longo do raio para a seção transversal equivalente à metade da altura do corpo de prova (h=50 mm)
Fo
nte: In
ou
e e Tanaka (1975)
• Em relação à implementação e análise de elementos finitos da Proposta 1:– explica e reproduz fenômenos observados durante o processo de têmpera– resultados numéricos indicam que a formação de martensita está sempre
relacionada a tensões compressivas (Ebert, 1978)
• Incorporação de outras transformações de fase aos modelos– campos de tensão diferentes dos campos gerados pelas simulações que
6 – Conclusões
51/55
– campos de tensão diferentes dos campos gerados pelas simulações que consideram unicamente a transformação martensítica
• Os resultados dos modelos concordam, de forma qualitativa, com os trabalhos de Pacheco et al. (2001a), Camarão (1998) e Hardin e Beckermann (2005)– campos de tensões– tensões originadas por cada uma das diferentes mudanças de fase
• Em relação à implementação da Proposta 2:
– A análise e o cálculo das expansões volumétricas e das tensões residuais geradas pelas transformações de fase mostraram-se eficientes, corrigindo a formulação do software de Elementos Finitos quando da consideração das transformações de fases nos aços.
6 – Conclusões
52/55
– Quando se considera o efeito das tensões residuais térmicas e de transformação de fase, ao final do processo de tratamento térmico, uma proveta Jominy fica sob tensões trativas no núcleo e compressivas na superfície.
– Resultados são semelhantes aos medidos em ensaio experimental, de forma que houve aderência significativa entre os resultados simulados e experimentais, diferentemente dos modelos da Proposta 1 e, inclusive, em relação a modelos da literatura limitados à transformações isotérmicas.
– A previsão dos níveis de dureza do material teve boa aderência em relação aos valores medidos experimentalmente, o que mostra a eficiência no uso das relações de Maynier et al. (1978).
– A avaliação experimental das distorções geométricas não se mostrou equivalente a medições experimentais de outros pesquisadores (Ramanathan e Foley (2001)) nem mostrou equivalência em relação aos cálculos numéricos. Entretanto, houve, para todos esses casos, correlação dos valores de máxima
6 – Conclusões
53/55
deformação da peça.
– O cálculo das frações volumétricas transformadas mostrou-se consistente e equivalente aos valores obtidos por microscopia quantitativa, dentro dos limites das incertezas de medição.
– Comparativamente, a Proposta 2, que aborda todas as relações relevantes do problema termo-mecânico-microestrutural, mostrou-se superior à Proposta 1, de abordagem simplificada. Isso evidencia a importância do acoplamento entre os diversos fenômenos presentes nos processos de tratamento térmico e a necessidade de uma abordagem que considere esses efeitos.
• Avaliação da Aplicabilidade do Modelo no estudo da têmpera em outros materiais
• Ensaio Jominy com aquecimento em Forno de atmosfera controlada (redução do efeito de oxidação)
7 – Sugestões para Trabalhos Futuros
54/55
controlada (redução do efeito de oxidação)
• Determinação experimental da quantidade de bainita transformada e de austenita retida – Difratometria– Uso de ferritoscópio
• Medição dos níveis reais de tensão residual após o ensaio Jominy
• 2 – Diagramas de Transformação
2 – Revisão Bibliográfica
57/55
Curvas de transformação isotérmica Curvas de resfriamento contínuo
*Adaptado de Reed-Hill, 1982
Efeito da temperatura na geração de tensões e deformações
2 – Revisão Bibliográfica
58/55
Definição do coeficiente de expansão térmica
(Lei de Hooke)
• Carregamentos externos, tensões internas ou deformações podem gerar calor devido à movimentação de discordâncias do material.
• Geralmente desprezível frente a outras fontes de geração de calor.• Risso et al. (2004)
– parcela de calor gerado por trabalho mecânico têmpera, (redução de temperatura em
Efeito das tensões e deformações na variação da temperatura
2 – Revisão Bibliográfica
59/55
– parcela de calor gerado por trabalho mecânico têmpera, (redução de temperatura em 500°C) induz a variação de temperatura inferior a 1°C.
• Huiping et al. (2007)– No caso de deformações inelásticas, a geração de calor pode atingir níveis altos– Nos processos de têmpera, geração de calor é pequena e variação de temperatura é da
ordem de 2 a 3% (calor gerado pela deformação é pequeno e tem pouca influência na variação de temperatura da peça temperada).
• Sjöström (1985) – calor gerado pelo trabalho mecânico na têmpera representa menos de 1% de toda a
geração de calor e da taxa de variação de temperatura, correspondendo a uma variação de aproximadamente 2 °C na temperatura.
Efeito da Temperatura na alteração da microestrutura
2 – Revisão Bibliográfica
A imposição de mudanças de temperatura no material pode implicar em alterações das fases e microestrutura
60/55
Adaptado de Teixeira (2002)
2 – Revisão Bibliográfica
Com Calor LatenteSem Calor Latente
Efeito da microestrutura na variação de temperatura
Às mudanças de fase estão associadas reações químicas que absorvem ou liberam calor para ocorrerem
61/55
Fonte: WOODARD et. Al, 1999
Tempo (seg) Transformação Calor Latente associado(J/m3)
austenita→ferrita 5,95 x 108
austenita→bainita 5,12 x 108
austenita→perlita 5,26 x 108
austenita→martensita 3,14 x 108
• Influência de tensões sobre as alterações microestruturais – Ex: transformação perlítica é reduzido quando o material está sob tensões trativas e aumentado
quando sob tensões compressivas.
• Antunes e Antunes (2007)– durante a deformação plástica em temperaturas abaixo da ambiente, além do deslizamento de
discordâncias na austenita, pode ocorrer, simultaneamente, maclas de deformação e transformações
Efeito de tensões e deformações na alteração da microestrutura
2 – Revisão Bibliográfica
62/55
de fase do tipo austenita-martensita.
• A Plasticidade induzida por transformação de fase (do inglês “Transformation
Induced Plasticity” - TRIP) – É a deformação plástica anômala observada quando transformações metalúrgicas ocorrem sob uma
tensão externa muito menor que o limite de escoamento (PACHECO et al., 2003).
• Camarão (1998), em estudo de têmpera em cilindros de aço, não considera a plasticidade induzida por transformação.
• Bokota e Iskierka (1998), ainda que considerem as transformações austenita-martensita, austenita-perlita e austenita-bainita, também não consideram a plasticidade induzida por transformação.
• Este trabalho não irá tratar sobre os fenômenos de plasticidade induzida por transformação
• Modelamento de Curvas de Transformação� Risso et al. 2004
Propriedades são função:� Temperatura� Composição
2 – Revisão BibliográficaPropriedades físicas em função da temperatura e da fase microestrutural
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� Composiçãomicroestrutural
� Aproximação de curvas TTT � Mapa de microestruturas� Regra da misturas� Propriedades em função da
temperatura e do tempo
• Modelamento de Curvas de Transformação� Trzaska e Dobrzanski, 2004
� Redes neurais� Tempos e temperaturas das transformações nos aços
2 – Revisão Bibliográfica
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