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Tecnologia dos Materiais - Diagrama de Fases

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que existe um Eutético para o sistema Ferro-Carbeto de Ferro,
localizado a 4,30%p C e 1147°C ; para essa Reação Eutética:
Pode ser observado que existe um Eutetóide para uma composição de 0,76%p C e a uma
temperatura de 727° C. Essa reação eutetóide pode ser representada como
As Ligas Ferrosas são aquelas nas quais o Ferro é o componente principal, porém o
Carbono, assim como Outros Elementos de formação de liga, poderão estar presentes.
A classificação das Ligas Ferrosas com base no teor de carbono, existem três tipos de ligas:
Ferro, Aço e Ferro Fundido.
Ferro: Comercialmente puro contém menos do que 0,008%p C e, a partir do diagrama de
fases, é composto à temperatura ambiente quase que exclusivamente pela fase Ferrita α.
Aços: As ligas Ferro-Carbono que contém entre 0,008 e 2,14%p C são classificadas como
aços. Na maioria dos aços, a microestrutura consiste tanto da Ferrita α como de fase Fe3C.
Embora na prática uma liga de aço possa conter até 2,14%p C, as concentrações de carbono
raramente excedem 1,0%p.
Ferros Fundidos: São classificados como ligas ferrosas que contêm entre 2,14 e 6,70%p C.
Entretanto, os ferros fundidos comerciais contêm normalmente menos que 4,5%p C.
Será mostrado que a microestrutura que se desenvolve depende tanto do Teor de Carbono
como do Tratamento Térmico.
A discussão ficará restrita ao resfriamento muito lento de ligas de aço, para as quais o
equilíbrio é mantido continuamente.
As mudanças de fases que ocorrem
mediante a passagem da região γ para o
campo das fases α + Fe3C são
semelhantes àquelas descritas para os
Sistemas Eutéticos.
(1) Considere, por exemplo, uma liga de
composição Eutetóide (0,76%p C) à
medida que ela é resfriada de uma
temperatura dentro da região da fase
γ, digamos, a 800°C. Inicialmente, a
liga é totalmente composta pela fase
Austenita, tendo uma composição de
0,76%p C e a microestrutura
correspondente indicada na figura. À
medida que a liga é resfriada, não
ocorrerão alterações até que a
Temperatura Eutetóide (727°C) seja
atingida. Ao cruzar essa temperatura e
até o ponto b, a Austenita se
transforma de acordo com a equação:
(2) A microestrutura para esse Aço
Eutetóide que é lentamente resfriado
através da Temperatura Eutetóide consiste
em camadas alternadas ou lamelas
compostas pelas duas fases (α + Fe3C),
que se formam simultaneamente durante a
transformação.
Essa microestrutura, que está
representada esquematicamente na figura
é conhecida por Perlita.
A figura mostra uma Fotomicrografía de um Aço Eutetóide exibindo a Perlita.
As camadas claras mais grossas representam a fase Ferrita α, enquanto a fase Cementita
(Fe3C) aparece como lamelas finas (Através da regra da Alavanca podemos perceber que a
Ferrita α se encontra em maior proporção), a maioria apresentando cor escura. Muitas
camadas de Cementita são tão finas que os contornos adjacentes entre fases não
conseguem ser distinguidos; essas camadas aparecem escuras nessa ampliação.
Mecanicamente, a Perlita apresenta
propriedades intermediarias entre a Ferrita
(macia e dútil) e a Cementita (dura e
frágil).
As camadas alternadas Ferrita α e Fe3C
na Perlita se formam como tal pela
mesma razão que se forma a estrutura
Eutética, porque a composição da fase
que lhe deu origem (nesse caso a
austenita (0,76%p C) é diferente de ambas
as fases geradas como produto [Ferrita
α(0,022%p C) e Cementita (6,7%p C)], e
porque a transformação de fases exige
que exista uma redistribuição do carbono
por Difusão.
A figura ilustra esquematicamente as
alterações microestruturais que
acompanham essa Reação Eutetóide;
aqui as direções da difusão do Carbono
estão indicadas pelas setas.
Os átomos de Carbono se difundem
para longe das regiões da Ferrita, com
0,022%p, e em direção às camadas de
Cementita, com 6,7%p C, à medida
que a Perlita se estende do contorno
do grão para o interior do grão de
Austenita não reagido.
Então, a Perlita se forma em camadas
porque com a formação dessa
estrutura os átomos de carbono
precisam se difundir apenas ao longo
de distâncias mínimas, Além do mais, o
resfriamento subseqüente da Perlita
produzirá alterações microestruturais
relativamente insignificantes.
Considere uma composição C0 à esquerda
do Eutetóide, entre 0,022 e 0,76%p C; essa é
conhecida como uma Liga Hipoeutetóide
(menos do que o Eutetóide).
(1) A aproximadamente 875°C, ponto c, a
microestrutura consistirá inteiramente em
grãos da fase Austenita (γ), como
mostrado esquematicamente na figura.
(2) Ao resfriar até o ponto d, a uma
temperatura de aproximadamente 775°C, e
que se encontra dentro da região das fases
α+γ, essas duas fases coexistirão como está
mostrado na microestrutura esquemática.
(3) A maioria das pequenas partículas α se
formará ao longo dos contornos originais dos
grãos γ.
(4) As composições tanto da fase α como da
fase γ podem ser determinadas utilizando a
linha de amarração apropriada.
(5) Enquanto se resfria uma liga através da
região das fases α+γ, a composição da fase
Ferrita-α se altera com a temperatura ao
longo do contorno entre as fases α-(α+γ),
curva MN, tornando-se ligeiramente mais
rica em carbono. Por outro lado, a alteração
na composição da Austenita é mais
dramática, prosseguindo ao longo da
fronteira (α+γ)-γ, curva MO, à medida que a
temperatura é reduzida.
(6) O resfriamento do ponto d até o ponto e,
imediatamente acima do eutetóide, porém
ainda na região α+γ, produzirá uma
proporção maior da fase α, bem como uma
microestrutura semelhante àquela também
mostrada: as partículas α crescerão em
tamanho.
(7) À medida que a temperatura é abaixada
para imediatamente abaixo do Eutetóide,
até o ponto f, toda a fase γ que estava
presente à temperatura Te (e que possuía a
composição do eutetóide) se transformará
em Perlita, de acordo com a reação abaixo.
(8) Virtualmente não existirá qualquer
alteração na fase α que existia no ponto e
ao se cruzar a temperatura eutetóide — ela
estará normalmente presente como uma
fase matriz contínua ao redor das colônias
de Perlita isoladas.
(9) Assim, a fase Ferrita-α estará presente na Perlita e também como a fase que se formou
enquanto se resfriava ao longo da região das fases α+γ. A Ferrita-α que está presente na
Perlita é chamada de Ferrita Eutetóide, enquanto a outra, aquela que se formou a
temperaturas acima de Te, é conhecida por Ferrita Proeutetóide (significando pré-, ou
antes, do eutetóide).
(10) Também deve ser observado que dois microconstituintes — a Ferrita Proeutetóide e a
Perlita — estão presentes nessas micrografias e aparecerão em todas as ligas Ferro-
Carbono Hipoeutetóides que são resfriadas lentamente até uma temperatura abaixo da
Eutetóide.
A figura mostra uma Fotomicrografía de um aço com 0,38%p C.
As regiões brancas, com maiores dimensões, correspondem à Ferrita Proeutetóide.
Uma micrografia eletrônica de varredura que mostra a microestrutura de um aço carbono
simples com 0,44%p de C.
As grandes áreas escuras são Ferrita Proeutetóide.
As regiões que apresentam estrutura lamelar alternando entre claro e escuro são Perlita; as
camadas escuras e claras na perlita correspondem, respectivamente, às fases Ferrita-α e
Cementita.
As quantidades relativas de α-Proeutetóide e Perlita podem ser determinadas de maneira semelhante
àquela que foi descrita para os microconstituintes Primário e Eutético.
Uma vez que a Perlita é o produto da transformação da Austenita que possui essa composição.
Por Exemplo: Vamos considerar uma liga com composição C0’.
(1) A fração de Perlita, Wp, pode ser determinada de acordo com a relação:
(2) A fração de α-Proeutetóide, Wα., é calculada como a seguir:
As frações tanto de α Total (Eutetóide e Proeutetóide) como de Cementita são determinadas utilizando-se a
Regra da Alavanca, juntamente com uma Linha de Amarração que se estende através da totalidade da
região que compreende as fases α+Fe3C, desde 0,022 até 6,7%p C.
Resultam transformações e
microestruturas análogas