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Diagrama TTT: Temperatura, Tempo e Transformação

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Teoria

Opa, seja muito bem vindo ao Responde Aí! Bora conhecer o diagrama TTT?!

O que é o Diagrama TTT?

O diagrama TTT, também conhecido como diagrama de transformações isotérmicas ou curvas TTT considera a transformação de um material de acordo com temperatura que ele é submetido por determinado tempo. Daí que vem o TTT, temperatura, tempo e transformação!

O diagrama de transformações isotérmicas nos ajudam a acompanhar as transformações de um material em função do tempo em uma temperatura constante! Bora ver como ele vai funcionar?

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Como Esboçar o Diagrama TTT

Pra ficar mais claro como funciona um diagrama TTT vamos imaginar um cubo de gelo derretendo! Nesse durante o processo a temperatura do gelo vai se manter e o gelo vai gradualmente deixando ser sólido e passando a ser líquido. Se a gente colocar isso em um gráfico temos:

Diagrama TTT para a mudança de fase do gelo
Diagrama TTT para a mudança de fase do gelo

No eixo a gente vai representar a temperatura e no eixo o tempo! Colocamos a temperatura inicial do gelo logo antes de começar o derretimento, que é . Após vamos colocar o ponto em um tempo no eixo “x” quando o gelo começa a derreter e um ponto em respectivo ao tempo que o gelo terminou de descongelar, neste ponto temos a temperatura constante.

Podemos analisar também a evaporação dessa água! Pra isso vamos colocar em marcado o ponto onde a água iniciou a evaporação e depois de certo tempo vamos colocar no gráfico o ponto em que a água finalizou a evaporação, com isto traçamos duas curvas, uma inicial e outra final, esta é chamada de curva TTT e serve para mostrar transformações de fases em determinadas estruturas!

Curvas TTT para Aços

Agora vamos ver as curvas para os aços! Os aços podem apresentar diversas transformações de fases para um aço dependendo da temperatura, o próprio diagrama de fases nos mostra isto, mas ele não faz menção ao tempo para cada transformação. Interessante seria sabermos quanto tempo o material pode ficar a uma determinada temperatura, sem que ocorra a mudança de fase!

A primeira coisa que devemos fazer é analisar o diagrama de fases! Com ele em mãos podemos escolher uma determinada proporção de carbono. Aqui vamos usar a proporção de 0,776 %, que passa pelo o ponto quando a temperatura estiver em 727° C.

Diagrama de fases Fe-C
Diagrama de fases Fe-C

Assim temos uma curva TTT para o aço com de , seguindo o diagrama de fases podemos colocar os pontos em cada transformação de fase, e temos um total de 3 transformações:

  • No ponto esteroide a perlita e a ferrita passam para a austenita (na temperatura de )
  • Parte da austenita passa para estado líquido (na temperatura de )
  • Todo o resto da austenita passa para estado líquido na temperatura de .

O primeiro passo para traçar uma curva de TTT para o aço eutetóide é no diagrama traçar os pontos de início e mudança de fase para cada uma destas reações e após traçar as curvas.

● No eixo das abscissas (x) a escala é logarítmica
● No eixo das ordenadas (Y) a escala é normal.
● Estas curvas nos dão as fases que o aço estará a cada momento

Como Aplicar o Diagrama TTT

Para aplicarmos estas curvas de TTT é importante sabermos como é o resfriamento da peça, dependendo da composição química e dependendo da velocidade de resfriamento nós conseguimos determinar a estrutura final do material. Relembrando o tratamento térmico depende de 3 fatores: Temperatura alcançada e composição química.

Temperatura

Em uma curva TTT, a temperatura alcançada marca o ponto inicial de onde se deve iniciar o processo de resfriamento, não adiantaria nada tentar modificar uma fase se a temperatura final que a peça for aquecida for de 300°C, assim nada seria modificado!

Composição Química

As curvas podem se deslocar para direita ou esquerda! Isso vai acontecer dependendo da composição química do material. Por exemplo: quanto mais carbono o material apresentar, a curva tenderá a ir mais para a direita, favorecendo a formação da martensita.

Curvas de composição química
Curvas de composição química

Caso contrário as curvas tendem para a esquerda, sendo difícil a têmpera do material neste caso

Agora vamos praticar com exercícios?

Curvas TTT para Aços

Como Aplicar o Diagrama TTT

Exercícios Resolvidos

Exercício Resolvido #1

Elaboração própria

No diagrama TTT quais são os parâmetros variáveis e qual parâmetro é mantido constante?

Passo 1

Os parâmetros variáveis são: Temperatura, tempo, transformação.

Passo 2

O parâmetro constante é a composição química

Resposta

Os parâmetros variáveis: Temperatura, tempo, transformação (TTT).

O parâmetro constante: composição química

Exercício Resolvido #2

Elaboração própria

Explique sucintamente o que é um diagrama tempo-temperatura-transformação (TTT).

Passo 1

O diagrama tempo-temperatura-transformação (TTT) é formado de curvas que apresentam o início e término de transformações microestruturais dos aços, advindas de tratamentos térmicos para uma determinada temperatura e tempo.

Resposta

Diagrama que descreve o que acontece com o aço, por meio de um resfriamento a diferentes velocidades, em diversas temperaturas

Exercício Resolvido #3

Elaboração própria

Determine os fatores que influenciam na transformação das curvas TTT.

Passo 1

Teor de carbono, tamanho dos grãos e a homogeneidade da austenita. Os elementos de liga (com exceção do cobalto) que são adicionados nos aços, deslocam as curvas de início e fim da transformação para a direita, o que significa que o processo será mais demorado.

Resposta

Teor de carbono, tamanho dos grãos, homogeneidade da austenita e os elementos de liga.

Exercício Resolvido #4

Elaboração própria

Descreva como pode é a Construção Diagrama TTT.

Passo 1

Aquecer o corpo de provas metalográfico até o campo austenítico por um tempo suficiente para que a mesma se homogeneíze, depois é resfriada rapidamente, normalmente por imersão em banho de sal fundido, até uma dada temperatura de transformação isotérmica.

Passo 2

As amostras mantidas em tempos mais curtos se transformam completamente em martensita durante o resfriamento. A Austenita, nas amostras mantidas por longos períodos de tempo, se transformará em Ferrita, Cementita ou perlita.

Passo 3

Finalmente, após mantidos por um longo período de tempo, numa dada temperatura, e não constatada a presença da Martensita o final da transformação pode ser estabelecido. Quando este procedimento é repetido para uma larga faixa de temperaturas, então o diagrama TTT está completo.

Resposta

Aquecimento dos corpos de prova e depois resfriada em banho de sal fundido, até o desaparecimento da martensita. Repetido em grande escala em diferentes faixas de temperaturas, tem-se o diagrama TTT.

Exercício Resolvido #5

Elaboração própria

Sobre os fatores que influenciam no diagrama TTT determine a opção correta:

  1. Aumento do teor de carbono, a curva desloca-se para a esquerda.
  2. Quanto maior o teor e o número dos elementos de liga, mais numerosas e complexas são as reações
  3. Quanto maior o tamanho de grão, mais rápida será a transformação total da austenita, deslocando a curva para a esquerda

Passo 1

Aumento do teor de carbono, a curva desloca-se para a direita.

Passo 2

Quanto maior o teor e o número dos elementos de liga, mais numerosas e complexas são as reações

Passo 3

Quanto maior o tamanho de grão, mais demorada será a transformação total da austenita, deslocando a curva para a direita

Resposta

Alternativa B

Exercício Resolvido #6

IFRS-SC- DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE METAL-MECÂNICA ENGENHARIA MECATRÔNICA

Indique as microestruturas formadas nas curvas de resfriamento abaixo mostradas

Passo 1

Fala aí, pessoal! Pra resolver essa questão, vamos ter que analisar o trajeto que a temperatura faz ao longo do tempo no nosso Diagrama TTT (Tempo, Temperatura e Transformação) e observar quais microestruturas estão sendo formadas!

Pra facilitar nossa vida eu separei esse outro Diagrama TTT aqui que mostra exatamente o que tá acontecendo ali:

As regiões marcadas pela letra A são onde o aço ainda se encontra na microestrutura austenítica. As regiões marcadas pelas letras P, B e M são ondem a microestrutura do material faz estrutura Perlítica, Bainítica e Martensítica, respectivamente.

É importante observar que a transformação não acontece de forma instantânea, então é bom a gente se atentar para as faixas de porcentagem!

Passo 2

Agora, vamos colocar um gráfico do lado do outro pra gente conseguir ver legal o que está acontecendo com cada uma das curvas:

a e b) Na primeira e na segunda curva, o material sai direto da microestrutura austenita para martensita com um resfriamento muito rápido! Isso significa que só essa microestrutura é formada!

c) A curva C entra na faixa de transformação acima do “joelho” da curva, isso significa que acontece a transformação do material em perlita. Maaaas, a curva não atravessa a faixa de transformação, logo só uma parte da microestrutura vira perlita! Logo depois a curva desce para a região de formação da martensita, o que indica que teremos as 2 microestruturas no material!

d) A curva D atravessa a faixa de transformação logo acima do “joelho”. Isso significa que toda a microestrutura vira perlita! Mas essa questão tem um pulo do gato, como o material vira perlita próximo ao limite inferior da transformação da perlita, essa perlita que vai ser formada é o que a gente chama de perlita fina.

e) A curva E atravessa a faixa de transformação logo acima do “joelho”. Isso significa que toda a microestrutura vira perlita!

f) A curva F atravessa a faixa de transformação logo acima do “joelho”. Isso significa que toda a microestrutura vira perlita! Mas essa questão tem um outro pulo do gato, como o material vira perlita mais próximo ao limite superior da transformação da perlita, essa perlita que vai ser formada é o que a gente chama de perlita grosseira.

Resposta

  1. 100% martensita;
  2. 100% martensita;
  3. Perlita + martensita;
  4. Perlita fina;
  5. Perlita;
  6. Perlita grosseira.

Exercício Resolvido #7

IFRS-SC- DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE METAL-MECÂNICA ENGENHARIA MECATRÔNICA

No diagrama abaixo indique o significado de cada região (a até e) do diagrama?

Passo 1

  1. Austenita estável
  2. austenita instável;

    3. Passo 2

  3. Perlita;
  4. Bainita;
  5. Martensita.

Resposta

  1. Austenita estável
  2. austenita instável
  3. Perlita;
  4. Bainita;
  5. Martensita.

Exercício Resolvido #8

IFRS-SC- DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE METAL-MECÂNICA ENGENHARIA MECATRÔNICA

No diagrama abaixo indique o significado de cada linha (1 até 7) do diagrama.

Passo 1

  1. Linha A1;
  2. Início da transformação da austenita em perlita;
  3. Fim da transformação da austenita em perlita;

    4. Passo 2

  4. Início da transformação da austenita em bainita
  5. Fim da transformação da austenita em bainita;
  6. Início da transformação da austenita em martensita;
  7. Fim da transformação da austenita em martensita

Resposta

  1. Linha A1;
  2. Início da transformação da austenita em perlita;
  3. Fim da transformação da austenita em perlita;
  4. Início da transformação da austenita em bainita
  5. Fim da transformação da austenita em bainita;
  6. Início da transformação da austenita em martensita;
  7. Fim da transformação da austenita em martensita

Exercício Resolvido #9

Livro Callister, Problema 10.1

Cite os dois estágios envolvidos na formação das partículas de uma nova fase. Descreva sucintamente cada um desse estágios.

Passo 1

Os dois estágios envolvidos na formação de partículas de uma nova fase são nucleação e crescimento. O processo de nucleação envolve a formação de partículas normalmente muito pequenas da nova fase que é estável e capaz de crescimento contínuo.

O estágio de crescimento é simplesmente o aumento no tamanho das novas partículas de fase.

Resposta

Os dois estágios envolvidos na formação de partículas de uma nova fase são nucleação e crescimento. O processo de nucleação envolve a formação de partículas normalmente muito pequenas da nova fase que é estável e capaz de crescimento contínuo.

O estágio de crescimento é simplesmente o aumento no tamanho das novas partículas de fase.

Exercício Resolvido #10

Callister - Ciência e Engenharia de Materiais. Uma Introdução – 8ªEd – Capitulo 10 – Perguntas e Problemas

Usando o diagrama de transformação isotérmica para um aço contendo 0,45 % p   C ( F i g u r a   10.39 ). determine a microestrutura final (em termos somente dos microconstituintes presentes) de uma pequena amostra que tenha sido submetida aos seguintes tratamentos tempo-temperatura. Para cada caso, assuma que a amostra estava a 845 ° C   ( 1550   F ) e que ela foi mantida nessa temperatura durante tempo suficiente para atingir uma estrutura totalmente austenítica e homogênea.

  1. Resfriamento rápido até 250 ° C   ( 480 ° F ) , manutenção por 10 s e, então, têmpera até a temperatura ambiente.

  2. Resfriamento rápido até 700 ° C   ( 1290 ° F ) , manutenção por 30   s e, então, têmpera até a temperatura ambiente.

  3. Resfriamento rápido até 400°C (750°F), manutenção por 500   s e, então tempera até a temperatura ambiente.

  4. Resfriamento rápido até 700 ° C   ( 1290 ° F ) , manutenção nessa temperatura durante 10   s e, então, têmpera até a temperatura ambiente.

  5. Resfriamento rápido até 650 ° C   ( 1200 ° F ) , manutenção nessa temperatura durante 3   s resfriamento rápido até 400 ° C   ( 750 ° F ) , manutenção por 10   s e, então, têmpera até a temperatura ambiente.

  6. Resfriamento rápido até 450 ° C   ( 840 ° F ) , manutenção por 10   s e, então, têmpera até a temperatura ambiente.

  7. Resfriamento rápido até 625 ° C   ( 1155 ° F ) , manutenção por 1   s e, cantão, têmpera até a temperatura ambiente.

  8. Resfriamento rápido até 625 ° C   ( 1155 ° F ) , manutenção nessa temperatura durante 10 s , rastreamento rápido até 400 ° C   ( 750 ° F ) , manutenção nessa tem temperatura 5   s e, então, tempera até a temperatura ambiente.

Passo 1

Oi pessoal, tudo bem? Vamos analisar essa questão.

Acompanhe comigo a partir da F i g u r a   10.39 do seu livro. Para o item (a) temos o seguinte procedimento:

R e s f r i a m e n t o   r á p i d o   a t é   250 ° C ⇒ M a n u t e n ç ã o   p o r   10 3   s ⇒ T ê m p e r a   a t é   t e m p e r a t u r a   a m b i e n t e .

Ao resfriarmos rapidamente até a temperatura de 250 ° C   e mantivermos essa condição por 10 3   s , entraremos cruzaremos a temperatura M s e a austenita será totalmente convertida em martensita.

A microestrutura resultante será de 100 % martensita.

Passo 2

Para o item (b) temos o seguinte procedimento:

R e s f r i a m e n t o   r á p i d o   a t é   700 ° C ⇒ M a n u t e n ç ã o   p o r   30   s ⇒ T ê m p e r a   a t é   t e m p e r a t u r a   a m b i e n t e .

Ao resfriarmos rapidamente até a temperatura de 700 ° C , ficaremos totalmente na zona A que indica que teremos 100 % de austenita.

Se mantivermos essa condição por 30   s entraremos na zona que constitui uma mistura de A u s t e n i t a + F e r r i t a .

Aplicando a Têmpera (resfriamento rápido) até a temperatura ambiente, cruzaremos a temperatura M s e a austenita restante será transformada em martensita.

A microestrutura resultante será de Ferrita proeutetóide e martensita.

.

Passo 3

Para o item (c) temos o seguinte procedimento:

R e s f r i a m e n t o   r á p i d o   a t é   400 ° C ⇒ M a n u t e n ç ã o   p o r   500   s ⇒ T ê m p e r a   a t é   t e m p e r a t u r a   a m b i e n t e .

Ao resfriarmos rapidamente até a temperatura de 400 ° C , ficaremos totalmente na zona A que indica que teremos 100 % de austenita.

Se mantivermos essa condição por 500   s , podemos dizer que de 100 % da austenita se converterá na estrutura bainita.

Aplicando a Têmpera (resfriamento rápido) até a temperatura ambiente, cruzaremos a temperatura M s e porém, como não há mais austenita, nada acontecerá.

A microestrutura resultante será de 100 % de bainita

Passo 4

Para o item (d) temos o seguinte procedimento:

R e s f r i a m e n t o   r á p i d o   a t é   700 ° C ⇒ M a n u t e n ç ã o   p o r   10 5   s ⇒ T ê m p e r a   a t é   t e m p e r a t u r a   a m b i e n t e .

Ao resfriarmos rapidamente até a temperatura de 700 ° C , ficaremos totalmente na zona A que indica que teremos 100 % de austenita.

Se mantivermos essa condição por 10 5   s , a partir da literatura, sabemos que este procedimento forma a cementita globulizada, também conhecida como esferoidita.

Aplicando a Têmpera (resfriamento rápido) até a temperatura ambiente, cruzaremos a temperatura M s e porém, como não há mais austenita, nada acontecerá.

A microestrutura resultante será de 100 % esferoidita.

Passo 5

Para o item (e) temos o seguinte procedimento:

R e s f r i a m e n t o   r á p i d o   a t é   650 ° C ⇒ M a n u t e n ç ã o   p o r   3   s ⇒ R e s f r i a m e n t o   r á p i d o   a t é   400 ° C ⇒ M a n u t e n ç ã o   p o r   10   s ⇒ T ê m p e r a   a t é   t e m p e r a t u r a   a m b i e n t e .

Ao resfriarmos rapidamente até a temperatura de 650 ° C , ficaremos totalmente na zona A que indica que teremos 100 % de austenita.

Se mantivermos essa condição por 3   s entraremos na zona de mistura contendo A u s t e n i t a + P e r l i t a . Contendo também ferrita residual.

A austenita restante é resfriada rapidamente até 400 ° C e mantida assim por 10   s entrando na região de mistura contendo A u s t e n i t a + B a i n i t a .

Após a tempera, a austenita se transforma em martensita, obtemos, portanto, a seguinte microestrutura:

Ferrita, perlita, bainita e martensita.

Passo 6

Para o item (f) temos o seguinte procedimento:

R e s f r i a m e n t o   r á p i d o   a t é   450 ° C ⇒ M a n u t e n ç ã o   p o r   10   s ⇒ T ê m p e r a   a t é   t e m p e r a t u r a   a m b i e n t e .

Ao resfriarmos rapidamente até a temperatura de 450 ° C , ficaremos totalmente na zona A que indica que teremos 100 % de austenita.

Se mantivermos essa condição por 10   s entraremos na zona de mistura contendo A u s t e n i t a + B a i n i t a .

Aplicando a Têmpera (resfriamento rápido) até a temperatura ambiente, cruzaremos a temperatura M s , e a austenita que não se transformou anteriormente em bainita, será transformada em martensita.

A microestrutura resultante será de bainita e martensita.

Passo 7

Para o item (g) temos o seguinte procedimento:

R e s f r i a m e n t o   r á p i d o   a t é   625 ° C ⇒ M a n u t e n ç ã o   p o r   1   s ⇒ T ê m p e r a   a t é   t e m p e r a t u r a   a m b i e n t e .

Ao resfriarmos rapidamente até a temperatura de 625 ° C , ficaremos totalmente na zona A que indica que teremos 100 % de austenita.

Se mantivermos essa condição por 1   s entraremos na zona de mistura contendo A u s t e n i t a + P e r l i t a e ferrita residual.

Aplicando a Têmpera (resfriamento rápido) até a temperatura ambiente, cruzaremos a temperatura M s , e a austenita que não se transformou anteriormente em perlita, será transformada em martensita.

A microestrutura resultante será de ferrita, perlita e martensita.

Passo 8

Para o item (h) temos o seguinte procedimento:

R e s f r i a m e n t o   r á p i d o   a t é   625 ° C ⇒ M a n u t e n ç ã o   p o r   10   s ⇒ R e s f r i a m e n t o   a t é   400 ° C ⇒ M a n u t e n ç ã o   p o r   5   s ⇒ T ê m p e r a   a t é   t e m p e r a t u r a   a m b i e n t e .

Ao resfriarmos rapidamente até a temperatura de 625 ° C , ficaremos totalmente na zona A que indica que teremos 100 % de austenita.

Se mantivermos essa condição por 10   s toda a austenita será transformada em uma parte de ferrita residual e a maior parte de perlita.

O resfriamento a 400 ° C e a manutenção por 5   s não convertem surtem efeito, pois não há mais austenita para ser transformada.

A tempera também não possui efeito de transformação.

Portanto, a microestrutura final seria de Ferrita e perlita.

Resposta

  1. 100 % martensita.
  2. Ferrita proeutetóide e martensita.
  3. 100 % de bainita.
  4. 100 % esferoidita.
  5. Ferrita, perlita, bainita e martensita.
  6. Bainita e martensita.
  7. Ferrita, perlita e martensita.
  8. Ferrita e Perlita.

Exercício Resolvido #11

Callister - Ciência e Engenharia de Materiais. Uma Introdução – 8ªEd – Capitulo 10 – Perguntas e Problemas

Faça uma cópia do diagrama de transformação isotérmica para uma liga ferro-carbono com composição eutetoide e então esboce e identifique nesse diagrama as trajetórias tempo-temperatura para produzir as seguintes microestruturas:

(a) 42 % ferrita proeutetoide e 50 % perlita grosseira.

(b) 50 % perlita fina e 50 % bainita.

(c) 100 %   martensita.

(d) 50 % martensita e 50 % austenita.

Passo 1

Oi pessoal, tudo bem? Vamos analisar essa questão.

O exercício nos pede para esboçar os caminhos para obter as microestruturas de cada item.

Para o item (a) precisamos de um caminho de transformação para obter 42 % ferrita proeutetoide e 50 % perlita grosseira:

Passo 2

Para o item (b) precisamos de um caminho de transformação para obter 50 % perlita fina e 50 % bainita:

Passo 3

Para o item (c) precisamos de um caminho de transformação para obter 100 % martensita:

Passo 4

Para o item (d) precisamos de um caminho de transformação para obter 50 % martensita e 50 % austenita:

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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Cite sucintamente as diferenças entre perlita, bainita e cementita globulizada em relação às suas microestruturas e propriedades mecânicas.
Considerando o diagrama de transformação isotérmica para uma liga ferro-carbono com composição eutetoide ( F i g u r a10.22 ), especifique a natureza da microestrutura final (em termos dos microconsti
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Faça uma cópia do diagrama de transformação isotérmica para uma liga ferro-carbono com composição eutetoide ( F i g u r a10.22 ) e então esboce e identifique nesse diagrama as trajetórias tempo-temper
Qual é a força motriz para a formação da cementita globulizada?