Tm Aula 04 - Diagrama de Fase 2

Aula 4 :

D IAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO / CARBONO

Regra da Alavanca

Qual a quantidade de Ni na fase líquida e sólida ?

Regra da Alavanca % Líquido

% Sólido

o Fatores que Influenciam na Posição das Linhas de Transformação do Diagrama de Equilíbrio Fe-C.

D IAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO / CARBONO

o Diagrama de Equilibrio Ferro-Carbono : – Reações na Faixa de Composição dos Aços. – Reações na Faixa de Composição dos Ferros Fundidos.

D IAGRAMA DE EQUILÍBRIO - Fe-C

Zona Crítica

o Sistema de liga binário Fe-C é o mais importante, sendo os

materiais mais utilizados pelo homem.

D IAGRAMA DE EQUILÍBRIO - Fe / C

o O diagrama de equilíbrio Fe-C permite uma melhor

compreensão desses materiais e dos tratamentos térmicos

a que são submetidos normalmente.

o Os diagramas de equilíbrio mostram as estruturas que se

formam sob condições de resfriamento LENTO.

o Os diagramas de fases não indicam o tempo necessário

para que uma transformação ocorra.


o O estudo do diagrama de fases permite-nos compreender

porque variações do teor de carbono nos aços resultam

na obtenção de diferentes propriedades, e dessa maneira,

possibilitam a fabricação de aços de acordo com

propriedades desejadas.

o As taxas de resfriamento encontradas na prática provocam

o SURGIMENTO DE ESTRUTURAS ADICIONAIS, não

previstas nestes diagramas.

– FERRITA: solução de carbono em FERRO-α (CCC).

Apresenta solubilidade de 0,008%p de C a

temperatura ambiente e de no máximo , 0,02%p

a 727 °C. Apresenta boa plasticidade.


– AUSTENITA: solução de carbono em FERRO-γ (CFC).

Consegue dissolver um teor de C muito mais

alto do que a ferrita (até 2,11%p a 1148 °C).

Não-magnético.

– CEMENTITA: (Fe3C) composto intermediário, o CARBETO

DE FERRO, é representado por uma linha

vertical passando pela composição de 6,7%p

C. É muito DURO e FRAGIL.


– FERRO-δ: solução de carbono em ferro com estrutura

CCC, existente a altas temperaturas.

Campo correspondente à

solução sólida de carbono

no ferro α, nesse campo

a estrutura atômica é

cúbica de corpo centrado

(CCC).



Campo correspondente à

solução sólida de carbono

no ferro , nesse campo a

estrutura atômica é cúbica

de face centrada ( CFC ).

Essa fase tem solubilidade

máxima de carbono de

2,06% à 1147°C.


Microconstituinte composto

de ferro e carbono. Esse

carboneto apresenta

elevada dureza, estrutura

atômica ortorrômbica e 6,7%

de carbono.

Subclassificação das ligas metálicas ferrosas


Ponto correspondente à

composição de carbono

de 0,8%. Ligas dessa

composição, elevadas até

o campo austenítico

e em seguida resfriadas

lentamente, atravessam a

reação eutetóide, reação

onde a austenita

transforma-se em perlita,

microestrutura constituída

de lamelas de cementita

(Fe3C) envoltas em uma

matriz ferrítica (fase α).


A perlita tem uma estrutura finamente raiada que, semelhante a

madrepérola, está formada de lâminas finíssimas superpostas, alternando-

se uma camada de ferrita e outra de cementita, conforme a figura abaixo.

Assim os aços com 0,8% C são chamados de eutetóides. Aços com menos

de 0,8%C são chamados hipoeutetóides e com mais de 0,8%C são

chamados hipereutetóides.


Embora a perlita não seja uma fase, e

sim um constituinte, é possível prever

quais são as microestruturas presentes

nos aços após o resfriamento lento.

Os aços hipoeutetóides (até 0,8%C)

apresentam em sua microestrutura

ferrita e perlita conforme mostra a figura

esquemática abaixo.


A figura a seguir mostra o aspecto micrográfico de um aço hipoeutetóide

com aproximadamente 0,3%C, submetido ao ataque reativo de nital,

ampliado 200 vezes. Os grãos escuros são de perlita e os grãos brancos

são de ferrita.

Perlita

Ferrita


Os aços eutetóides (0,8%C) apresentam em sua microestrutura somente

perlita, conforme mostra a figura esquemática abaixo.

A figura mostra o aspecto micrográfico de um

aço eutetóide com 0,8%C, submetido ao

ataque reativo de nital, ampliado 1000 vezes.

Nota-se a estrutura

lamelar; as linhas

escuras representando

a cementita e as linhas

brancas a ferrita

Os aços hipereutetóides ( 0,8% a 2,11%C ) apresentam em sua

microestrutura perlita e cementita, conforme mostra a figura esquemática

a seguir.


A figura mostra o aspecto micrográfico de um

aço hipereutetóide com aproximadamente

1%C, submetido ao ataque reativo de nital,

ampliado 200 vezes.

Nota-se que a

cementita está

disposta em torno

dos grãos de perlita,

formando uma rede.

Os aços hipoeutetóides apresentarão tanto maior quantidade de ferrita

quanto menos carbono contiverem, e os aços hipereutetóides tanto maior

quantidade de cementita quanto mais se aproximarem do teor de 2,11 %

de carbono.


A figura abaixo mostra de modo esquemático o teor de carbono e sua

microestrutura correspondente.


Ponto correspondente à

composição de carbono

de 4,3%. Trata-se do

ponto de mais baixa

temperatura de fusão ou

solidificação, 1147°C.

Ligas dessa composição

são denominadas ligas

eutéticas.


FERROS FUNDIDOS %C ≥ 2,11

ACOS 0,08 ≤ %C ≤ 2,11

O diagrama pode ser

dividido em duas faixas de

porcentagem de carbono, a

faixa correspondente aos

aços, de 0,008% até 2,11%

de C, e a faixa

correspondente aos ferros

fundidos,com porcentagens

de carbono acima de 2,11%.

D IAGRAMA DE EQUILÍBRIO - Pontos importantes

Zona Crítica

Linha A1 – indica a ocorrência de uma parada (Arrêt) durante a

transformação.

Assim ao resfriar um aço com 0,8% C, observa-se uma

“parada” na temperatura de 727ºC, ou seja, enquanto a transformação

+ Fe3C não se completar a temperatura permanecerá

constante.


D IAGRAMA DE EQUILÍBRIO - Pontos importantes Linha A2 – indica a temperatura de transformação magnética do ferro

CCC a 770ºC.

Linha A3 – indica a temperatura de transformação . À medida

que o teor de carbono vai aumentando, a temperatura A3 vai diminuindo,

até o limite de 727ºC, onde se encontra com A1.


Linha Acm – indica a temperatura de transformação Fe3C.

Iniciase a 727ºC com 0,8% C e vai aumentando com a elevação do teor

de carbono, até atingir 1148ºC a 2,11% C.

Zona Crítica – transformação da Ferrita e Perlita inicia-se em Austenita

onde as estrutura cristalina CCC passam para CFC

Zona Crítica

Os aços hipoeutetóides (0,4%C por exemplo) têm pouco carbono, portanto

há pouca perlita e quase nenhuma cementita livre.

A maior parte de massa constitui-se de ferrita que é Fe , caracterizando-

se pela baixa dureza, porém com alta ductilidade.

O diagrama de fase apresentado a seguir, indica as fases presentes nos

pontos determinados e o respectivo estado físico do aço hipoeutetóide com

0,4% C,quando submetido ao resfriamento lento.


Nos aços hipereutetóides ( 0,9%C por exemplo), devido ao alto teor de

carbono, teremos a formação de cementita mais a perlita.

O diagrama de fase apresentado a seguir mostra as fases presentes e

o respectivo estado físico do aço hipereutetóide com 0,9% C ,quando

submetido ao resfriamento lento.


Efeito da velocidade de resfriamento nos aços

Um aço resfriado muito lentamente a partir do campo austenítico

apresentará, em temperatura ambiente, uma ou mais das fases ferrita,

perlita e cementita, dependendo de seu teor de carbono

Porém, se o resfriamento do aço a partir da região austenítica for muito

rápido impede-se a formação da perlita.

Certamente produz-se um rearranjo cúbico de face centrada (CFC) para

cúbico de corpo centrado (CCC), porém os átomos de carbono

permanecem retidos em seu núcleo.

Como o resfriamento é rápido e a dimensão

do reticulado cristalino é menor que a

dimensão do reticulado cristalino , o

carbono é forçado a permanecer no

reticulado cristalino , causando

deformação e tensão, a conseqüência disso

é uma estrutura dura, quebradiça, acicular

denominada martensita, que não é prevista

no diagrama ferro carbono.

Efeito da velocidade de resfriamento nos aços

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