ciencias dios materiais, unidade 4

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CIÊNCIAS DOS MATERIAISCIÊNCIAS DOS MATERIAIS
OS DIAGRAMAS DE FASESOS DIAGRAMAS DE FASES
Autor: Dr. Gabriel Alves Gomes
Revisor : Luc iano Gald ino
IN IC IAR
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introdução
Introdução
O objetivo desta unidade está em estudarmos os princípios das análises dos
diagramas de fase de engenharia, apresentando as regras da interpretação dos
diagramas e os conceitos de fases e reações de fases. Classi�caremos os
diagramas de acordo com as estruturas dos constituintes, apresentando os
princípios das formações das ligas metálicas.
O sistema ferro-carbono será estudado a partir do desenvolvimento das
microestruturas das ligas ferrosas, buscando identi�car os microconstituintes e
esclarecendo a in�uência dos elementos de liga na interpretação do diagrama
ferro-carbono. Avaliaremos, ainda, a in�uência dos microconstituintes nas
propriedades mecânicas, analisando a fragilidade e dureza do material a partir
da sua estrutura.
Por �m, identi�caremos as características dos aços-carbono, dos aços de liga e
inoxidáveis, além dos ferros fundidos. Serão abordados os conceitos físicos das
ligas metálicas de cobre, alumínio, zinco, níquel e chumbo, buscando exemplos
de aplicações destes materiais nos casos concretos.
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Se pudermos interpretar qualitativamente, um diagrama de fases é o “mapa
conceitual” dos microconstituintes de um material, sendo capaz de fornecer
informações sobre a cristalização e as temperaturas de fusão para cada
composição de liga. A correta interpretação dos diagramas de fases para as ligas
e os sistemas de ligas estabelece a correlação entre a microestrutura do
material e as propriedades mecânicas.
Nesse aspecto, os componentes serão os metais ou compostos que compõem
uma liga, enquanto fase estará relacionado a uma região homogênea do
sistema que possui características físicas e químicas uniformes. Embora fases
possam ser formadas por composições químicas diferentes, também podem se
apresentar para materiais quimicamente idênticos, porém com propriedades
físicas distintas. Água e gelo, por exemplo, são substâncias formadas a partir da
junção de moléculas de H2O, quimicamente iguais, porém quando juntos em
um recipiente, duas fases separadas (sólido e líquido) coexistem para uma
mesma temperatura.
A partir daqui, analisaremos as características gerais dos sistemas compostos
por duas ou mais fases, chamados de heterogêneos. Para os metais e
cerâmicos, esses sistemas de misturas são particularmente interessantes em
Análise dos Diagramas deAnálise dos Diagramas de
FaseFase
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virtude dos estudos das fases presentes em um material, e como estas se
relacionam com a performance aplicada ao composto.
Diagramas de Equilíbrio
O primeiro exemplo de diagrama que relaciona as propriedades das substâncias
envolvidas é o de um sistema com apenas um componente, onde a composição
é mantida constante. Ilustramos esse tipo de diagrama de um componente
onde a pressão é uma função da temperatura, também chamado de diagrama
P-T devido às grandezas envolvidas. No grá�co da Figura 4.1, temos o diagrama
de fases da água (H2O), onde as regiões para as fases sólida, líquida e gasosa
estão discriminadas em regiões do grá�co.
As três curvas que vemos no grá�co representam as fronteiras entre as fases,
ou seja, a região limite em que, para um determinado valor de pressão, duas
fases em ambos os lados da curva coexistem (existem em equilíbrio). Podemos
Figura 4.1 - Diagrama de equilíbrio da água. 
Fonte: Elaborado pelo autor.
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identi�car, portanto, que ao cruzar uma fronteira, a substância muda de fase,
como no exemplo do aquecimento a pressão de 1 atm.
Nessa pressão, a fase de gelo sólido tende a se transformar na fase de água
líquida - processo que chamamos de fusão - no ponto correspondente à
interseção da linha tracejada vertical com o eixo horizontal, efetivamente a
temperatura de 0°C.Ainda nessa pressão, a fase líquida se transforma em vapor
d’água na temperatura de 100°C. Perceba que as transformações inversas
(lendo o grá�co agora da direita para a esquerda), como a solidi�cação e
  condensação, ocorre no mesmo pontos durante o resfriamento para as
mesmas temperaturas.
Repare que todas as curvas se encontram em um ponto comum,
correspondente à pressão de 0,06 atm e temperatura de 0,01°C (273,16 K),
chamado de ponto triplo. Neste ponto, todas as três fases encontram-se em
equilíbrio entre si, coexistindo em três estados físicos: no caso da água, o gelo,
líquido e vapor. Esse ponto é invariante, já que sua posição é bem de�nida no
diagrama de fases da substância, em termos de sua pressão e temperatura.
Acima de um valor de temperatura e presssão onde vapor e água podem
coexistir, existe o chamado ponto crítico líquido-vapor, que designa a não
existência de limites de fase entre as fases.
Como os materiais da engenharia práticos normalmente não são puros, sempre
havendo um percentual de impurezas ou outras fases sólidas, a seguir
discutiremos os diagramas de fases em um sentido mais geral, para o caso de
mais de um componente.
Diagramas de Fase Binários
Quando lidamos com uma substância que possui uma composição mista, como
os sistemas de ligas que veremos adiante, temos que representar o composto
resultante em termos da solubilidade de suas partes integrantes. Segundo
Shackelford (2008), o tipo mais simples de diagrama binário é aquele onde
ambos os componentes exibem solução sólida completa entre si nos estados
sólido e líquido, chamado de sistema isomorfo. Uma referência desse tipo de
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sistema com solução sólida completa é a liga de cobre-níquel (Cu-Ni),
representada na Figura 4.2.
Neste grá�co, a temperatura é representada na ordenada e na abscissa temos a
composição da liga, em porcentagem em peso, entre 0 e 100% de níquel
(correspondentes, respectivamente, a 100 e 0% de cobre). Três regiões de fases
diferentes aparecem representadas no diagrama, com composições delimitadas
pelas curvas de fronteira entre as fases: o campo inferior mostra uma solução
sólida (SS), normalmente representada por uma letra grega, um campo líquido
(L) e uma região bifásica intermediária (L+SS).
Enquanto o líquido é uma solução homogênea contendo níquel e cobre, a fase
sólida contém átomos de Cu e Ni em quantidades diferentes, porém ambos com
a mesma estrutura cristalina CFC. Em temperaturas próximas a 1080°C, o cobre
e o níquel são mutuamente solúveis entre si no estado sólido para todas as
composições. Devido a isso, as duas extremidades de composição permitem a
delimitação das regiões sólida (linha solidus ), líquida (linha liquidus ) e da região
intermediária SS+L (entre as linhas solidus e liquidus ). Esses pontos
correspondem às temperaturas de fusão dos componentes puros,
Figura 4.2 - Diagrama binário da liga cobre-níquel. 
Fonte: Elaborado pelo autor.
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respectivamente 1085°C para o cobre puro (esquerda do grá�co) e 1455°C para
o níquel puro (direita do grá�co).
Repare que para qualquer composição distinta daquela dos componentes
puros, haverá uma coexistência das fases sólida e líquida, onde a fusão dos
compostos ocorrerá ao longo de uma faixa de temperaturas entre as linhas
solidus e liquidus . Veremos a seguir como podemos determinar as composições
das fases de uma liga para concentrações intermediárias de uma maneira
simples e usual, usando a regra da alavanca.
Interpretação dos Diagramas de Fases
Algumas informaçõesimportantes de uma liga podem ser extraídas da simples
análise de um diagrama binário com composição e temperaturas conhecidas.
Uma das informações úteis é o estabelecimento das fases presentes, que pode
ser feito localizando o ponto de temperatura e composição no diagrama,
observando as fases correspondentes ao ponto identi�cado.
Determinação das Composições das Fases
Tomando como exemplo o diagrama Cu-Ni da Figura 4.3, podemos observar que
para uma liga com 60% de níquel e 40% de cobre, em peso (60%p.Ni-40%p.Cu) a
1100°C, está relacionada a fase sólida, já que se encontra na região de solução
sólida (ponto A). Contudo, para uma liga 35%p.Ni-65%p.Cu a 1250°C, a análise
recai em outra região (ponto B), que contém tanto a fase sólida quanto a líquida.
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É usual utilizarmos uma estratégia para a determinação das composições de
fases, tanto em regiões monofásicas quanto em regiões bifásicas. Se após a
localização do ponto temperatura composição, apenas uma fase estiver
presente, a solução é obtida diretamente: a composição dessa fase será a
mesma que a composição global da liga, como o ponto A do exemplo anterior.
Neste ponto, a solução é completamente sólida, possuindo composição de
60%p.Ni-40%p.Cu.
Determinação das Quantidades de Fases
Contudo, se a liga analisada possuir o ponto de composição e temperatura
localizado na região bifásica, logo não há uma homogeneidade de composição
na mesma fase. Dessa forma, para calcular as concentrações de equilíbrio das
duas fases, precisamos primeiramente desenhar uma linha isotérmica (na
temperatura que se deseja analisar), que se estenderá pela região bifásica e terá
como extremidades as curvas de fronteira entre as fases. A partir dessas
interseções, são traçadas linhas perpendiculares à isoterma até o eixo das
composições da liga, onde são lidas as concentrações das fases líquida e sólida
Figura 4.3 - Diagrama de fases Cu-Ni, mostrando as linhas liquidus e solidus. 
Fonte: Elaborado pelo autor.
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associadas respectivamente às linhas solidus e liquidus do diagrama, como
ilustra a Figura 4.4.
Se considerarmos novamente a liga de composição C dada por 35%p.Ni-
65%p.Cu a 1250°C, referente ao ponto B do nosso grá�co, teremos que a linha
perpendicular traçada a partir da interseção da isoterma com a fronteira liquidus
encontra o eixo de composições em 31,5%p.Ni-68,5%p.Cu, sendo o ponto C_L
correspondente à composição da fase líquida. Da mesma forma, o encontro da
isoterma com a fronteira solidus nos dá uma composição da fase de solução
sólida C_S igual a 42,5%p.Ni-57,5%p.Cu.
Podemos também calcular o percentual de fase em uma região bifásica a partir
de uma relação que considere as quantidades das fases relativas às fronteiras
das duas regiões (interseção com as linhas liquidus e solidus ) e a composição
geral da liga para a temperatura considerada no traçado da linha isotérmica
correspondente. Esse procedimento é comumente chamado de regra da
alavanca, e auxilia no cálculo direto das composições de fases em uma liga
bifásica. O procedimento é idêntico ao que �zemos anteriormente, com uma
Figura 4.4 - Um recorte do diagrama de fases Cu-Ni, onde as composições e
quantidades de fases estão determinadas para o ponto B. 
Fonte: Elaborado pelo autor.
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relação matemática que descreva as frações de cada uma das fases sólida e
líquida.
Assim, sabendo que a composição geral da liga pode se manter constante em
uma faixa de temperaturas da região bifásica, escrevemos as equações gerais
para as frações mássicas da fase líquida ( ) e sólida ( ):
e
(1)
De acordo com Callister (2018), o procedimento da regra da alavanca é usual
sempre que se deseja determinar as quantidades ou frações relativas das fases
em qualquer região bifásica, desde que a temperatura e a composição forem
conhecidas e exista um equilíbrio de composições.
No exemplo da liga 35%p.Ni-65%p.Cu, temos: , e
. Assim, a fração mássica da fase líquida nos dá:
mL mS
=mL
− CCS
−CS CL
=mS
C − CL
−CS CL
reflita
Re�ita
Os cálculos também podem ser feitos com as composições
expressas em porcentagem em peso de cobre em vez do níquel,
obtendo resultados idênticos aos realizados com a composição
de níquel. Faça o teste!
Fonte: Elaborado pelo autor.
C = 35 = 42, 5CS
= 31, 5CL
= = 0, 68mL
42, 5 − 35
42, 5 − 31, 5
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Da mesma forma, para a fase de solução sólida, temos:
ou seja, aproximadamente 32% de fase de solução sólida. O uso da regra da
alavanca con�gura um dispositivo prático quando muitas regiões binárias tem
de ser analisadas, já que por meio de uma leitura direta de três dados principais,
se extraem as informações das frações mássicas das fases presentes.
praticar
Vamos Praticar
Um diagrama de fases mostra as fases e as composições em qualquer combinação de
temperatura e composição de liga dentro dos limites do diagrama. Quando somente
dois elementos ou dois compostos estão presentes em um material, pode ser
construído um diagrama de fases binário, muito usado em práticas de engenharia.
ASKELAND, Donald R. Ciência e Engenharia de Materiais. 3 ed. São Paulo: Cengage
Learning, 2014.
Sobre as análises de diagramas de fase, são feitas as seguintes associações:
i. O ponto triplo, corresponde à posição de pressão e temperatura onde a
substância possui a mesma fase.
ii. No diagrama binário, existem fronteiras que delimitam as fases líquida e
sólida, chamadas respectivamente de liquidus e solidus .
iii. A concentração de uma determinada fase, pode ser encontrada pela
interceptação da isoterma com a fronteira desta fase.
Está correto o que se a�rma em:
= = 0, 32mS
35 − 31, 5
42, 5 − 31, 5
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a) I e II, apenas.
b) I e III, apenas.
c) II e III, apenas.
d) I, II e III, apenas.
e) Todas as a�rmativas estão incorretas.
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Um outro tipo comum de diagrama de fases para ligas binárias é o diagrama
eutético binário, representado pela Figura 4.5 para a liga cobre-prata (Cu-Ag).
Neste diagrama, podemos observar três regiões monofásicas de interesse: uma
região alfa (𝛼), fase sólida rica em cobre de estrutura CFC, uma região beta (𝛽),
também sólida e rica em prata de estrutura CFC, além de uma região de fase
líquida. 
Diagramas BináriosDiagramas Binários
EutéticosEutéticos
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Nesses casos, a solubilidade de cada um dos elementos da liga é limitada,
existindo um limite de solubilidade determinado pelas linhas fronteiriças
chamadas de solvus e solidus , entre as regiões de fase 𝛼/(𝛼+𝛽) e 𝛼/(𝛼+L),
conforme indicado. Nas temperaturas abaixo de 779°C, a linha solvus representa
o limite de solubilidade da prata no cobre, assim como ocorre no outro extremo
do diagrama entre as fases 𝛽 e (𝛼+𝛽). A linha solidus , portanto, designa a
fronteira entre o campo totalmente sólido (𝛼 ou 𝛽) e a mistura de fases sólido-
líquido.
A linha liquidus representada no grá�co ilustra as temperaturas nas quais a liga
se torna completamente líquida. Perceba que esta linha decresce a partir da
composição 100%p.Cu até um ponto E, o que caracteriza a redução das
temperaturas de fusão do cobre devido às adições de prata. O procedimento é
análogo para a solubilidade do cobre na prata. Vemos ainda uma outra linha
solidus horizontal, isoterma, que se estende entre as posições de solubilidades
máximas, correspondente à temperatura mais baixa na qual pode existir
uma fase líquida para qualquer que seja a liga cobre-prata em equilíbrio.Figura 4.5 - Diagrama de fases cobre-prata. 
Fonte: Elaborado pelo autor.
TE
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Reação Eutética
O ponto E de interceptação das duas linhas liquidus com o patamar de
temperatura de equilíbrio é chamado de ponto invariante, designado pela
composição e , correspondente, para o sistema cobre-prata, aos valores
71,9%p.Ag e 779°C, respectivamente.
Para esses sistemas, uma importante reação ocorre para uma liga de
composição conforme muda de temperatura ao passar por . Para o
sistema cobre-prata, temos que a composição da fase 𝛼 nesta temperatura é
8,0%p.Ag e, por sua vez, a composição da fase 𝛽 é 91,2%p.Ag. Assim, as reações
químicas eutéticas desta liga podem ser escritas por:
L (71,9%p.Ag) ⟶ 𝛼(8,0%p.Ag) + 𝛽(91,8%p.Ag), para o resfriamento;
𝛼(8,0%p.Ag) + 𝛽(91,8%p.Ag) ⟶ (71,9%p.Ag), para o aquecimento.
De acordo com Callister (2018), a reação eutética no resfriamento é semelhante
à solidi�cação dos componentes puros, já que a reação continua até uma
temperatura constante de equilíbrio . A diferença para os sistemas puros, é
que o produto sólido da solidi�cação eutética consiste sempre de duas fases
sólidas em vez de apenas uma. Por este motivo, os diagramas de fases
semelhantes aos da Figura 4.5 são chamados de diagramas de fases eutéticos,
onde uma ou duas fases podem encontrar o equilíbrio ao longo da linha
isotérmica, correspondente à temperatura eutética.
Reações Eutetóide e Peritética
Alguns sistemas binários contém um estado sólido semelhante à reação eutética
que vimos anteriormente. Assim, além do eutético, existirão em algumas ligas
outros pontos invariantes envolvendo três fases diferentes.
Durante o resfriamento, em uma reação eutetóide (que signi�ca “do tipo
eutética”) temos que uma fase sólida (𝛿) se transforma em duas outras fases
sólidas (𝛾 + 𝜖) segundo a reação: 𝛿 ⟶ 𝛾 + 𝜖, com a reação inversa no
aquecimento.
CE TE
CE TE
L
TE
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Na Figura 4.6 podemos observar o comportamento de uma liga eutetóide no
sistema cobre-zinco. Aqui o ponto invariante E, que ocorre a 560°C e para
74%p.Zn-26%p.Cu, é chamado de eutetóide e a linha isotérmica a 560°C, de
isoterma eutetóide. Perceba que a característica que distingue a reação
eutetóide da eutética é o simples fato das duas fases sólidas resultarem de uma
outra fase sólida, e não de uma fase líquida, em uma mesma temperatura.
As reações eutetóides são particularmente importantes na tecnologia de
fabricação e tratamento térmico dos aços, sendo comumente encontrada no
sistema ferro-carbono.
Outra reação invariante envolvendo três fases em equilíbrio é a reação
peritética, onde, durante o aquecimento, uma fase sólida se transforma em uma
fase líquida e outra sólida: 𝜖 ⟶ 𝛿 + L. Diferentemente dos diagramas binários
analisados até então, onde os componentes puros apresentavam pontos de
fusão distintos, no sistema peritético os componentes formarão compostos
estáveis que podem ou não apresentar um diferente ponto de fusão.
Figura 4.6 - Região do diagrama de fases cobre-zinco, com os pontos invariantes
eutetóide (E) e peritético (P). 
Fonte: Elaborado pelo autor.
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Na �gura anterior do sistema cobre-zinco, o ponto peritético é de�nido em P, à
temperatura de 598°C e composição de liga 78,6%p.Zn-21,4%p.Cu. Neste ponto,
a fase sólida 𝜖 sofrerá uma fusão incongruente ou transformação incongruente,
ou seja, o líquido formado na fusão possui composição diferente do sólido que o
originou.
Além da reação peritética, outros tipos de transformações incongruentes, onde
pelo menos uma das fases envolvidas apresentará mudança de composição,
incluem a fusão de ligas em um sistema isomorfo e as reações eutéticas e
eutetóides.
ti
saiba mais
Saiba mais
A fase sólida à baixa temperatura pode ser
uma solução sólida, como a que vimos, ou
uma solução sólida terminal, na qual o
aquecimento da solução sólida se transforma
em outra fase sólida e uma fase líquida. No
diagrama cobre-zinco, três outros peritéticos,
além da fase 𝜖, podem ser encontrados.
Acesse o link abaixo e veja as fases formadas
ao longo da distribuição de temperatura-
composição na liga Cu-Zn. Você consegue
identi�car as composições e temperaturas
referentes aos pontos eutético, eutetóide e
peritéticos do diagrama?:
Fonte: adaptado de Kejzlar, P., Machuta, J.
(2016)
ACESSAR
https://www.researchgate.net/profile/Pavel_Kejzlar/publication/316598481/figure/fig2/AS:616354306588689@1523961726879/Equilibrium-Cu-Zn-phase-diagram-5_W640.jpg
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praticar
Vamos Praticar
Os diagramas binários eutéticos, eutetóides e peritéticos são marcados pelo
surgimento de pelo menos duas regiões de fase sólida, com composições e/ou
estruturas cristalinas distintas. A respeito da interpretação desses diagramas de fases,
é possível a�rmar:
a) A linha liquidus representa o limite de solubilidade entre os elementos da
liga, se estendendo do ponto de fusão até o ponto de equilíbrio.
b) A linha solvus estabelece a fronteira entre os campos totalmente sólidos e as
misturas de fases sólido-líquido.
c) A solubilidade de cada um dos elementos da liga é limitada pelas linhas
fronteiriças chamadas de liquidus e solidus .
d) Nos diagramas de fases eutéticos, uma ou duas fases podem encontrar o
equilíbrio ao longo da linha isotérmica.
e) A reação eutetóide difere da eutética no fato de, durante o resfriamento,
uma fase sólida se transformar em fase líquida.
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O sistema ferro-carbono (Figura 4.7) possivelmente seja o sistema de ligas
binárias mais importante comercialmente, contendo todos os aços e os ferros
fundidos. Segundo Shackelford (2008), é o sistema ferro-carbeto de ferro (Fe-
Fe3C) quem fornece a principal base cientí�ca para as indústrias de ferro e aço.
Além disso, esse diagrama representa o desenvolvimento microestrutural em
muitos sistemas relacionados com três ou mais componentes (como alguns aços
inoxidáveis que incluem grandes quantidades de cromo). 
O Sistema Ferro-CarbonoO Sistema Ferro-Carbono
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Antes de fundir, o ferro puro (eixo vertical à esquerda do diagrama) apresenta
duas mudanças de estrutura cristalina: à temperatura ambiente, a fase ferrita 𝛼
é estável com estrutura CCC, quando, a 912°C, apresenta uma transformação
polimór�ca para a fase austenita (𝛾), de estrutura CFC. Essa fase se mantém até
1394°C, quando a austenita CFC se transforma em ferrita 𝛿, que �nalmente se
funde em 1538°C.
Na composição 6,70%p.C, forma-se o composto intermediário de carbeto de
ferro (Fe3C), chamado de cementita, entre os componentes das ferritas
formadas pelo ferro puro. No caso dos diagramas de ferro-carbono, nossa
análise �ca limitada até a região de carbeto de ferro, já que na prática, todos os
aços e ferros fundidos apresentam composições de carbono inferiores a
6,70%p.C.
A priori, a ferrita 𝛿 corresponde à mesma estrutura da ferrita 𝛼, diferindo apenas
na faixa de temperaturas na qual existem. A cementita é formada quando o
limite de solubilidade para o carbono é alcançado em torno de 727°C (abaixo
dessa temperatura para a solubilidade na ferrita 𝛼 ou acima dessa temperatura
Figura 4.7 - Diagrama de fases ferro-carbeto de ferro. 
Fonte: Elaborado pelo autor.
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até 1147°C para a coexistência com a fase austenita). Pela cementita ser
mecanicamente muito dura e frágil, esse composto é usado, algumas vezes, no
aumento da resistência de alguns aços.
Neste diagrama, as áreas de interesse prático estão ao redor dasreações
eutética e eutetóide. É possível observar o ponto eutético para o sistema Fe-
Fe3C em 4,30%p.C a 1147°C, produzindo a reação eutética para o resfriamento
dada por:
L(4,30%p.C) ⟶ 𝛾(2,14%p.C) + Fe3C(6,70%p.C),
em que o líquido se solidi�ca para formar as fases austenita (𝛾) e cementita
(Fe3C).
Repare que existe um ponto invariante eutetóide para a composição de
0,76%p.C e temperatura 727°C, dada pela reação:
𝛾(0,76%p.C) ⟶ 𝛼(0,022%p.C) + Fe3C(6,70%p.C),
em que a fase sólida austenita se transforma em ferrita 𝛼 e cementita.
As mudanças de fases descritas pela reação eutetóide são fundamentais no
tratamento térmico dos aços.  De acordo com Askeland (2014, p. 406), “quase
todos os tratamentos térmicos de aços são realizados para produzir uma
combinação de ferrita e cementita que proporcione propriedades
interessantes”.
Três combinações importantes dos microconstituintes ferrita e cementita são: a
perlita, bainita e martensita. De forma simpli�cada, a perlita é a estrutura
formada a partir de uma mistura de ferrita e cementita. A estrutura bainita é
obtida pela transformação da austenita com resfriamento controlado, contendo
cementita com morfologia diferente da presente na perlita. A martensita é uma
mistura de cementita muito �na presente em uma matriz de ferrita, que se
desenvolve quando a martensita é reaquecida em tratamento térmico posterior
à sua formação.
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praticar
Vamos Praticar
O sistema ferro-carbono compõe o sistema de ligas mais importantes comercialmente,
as ligas ferrosas como os aços e as superligas usadas na aviação. Esse sistema é
descrito pelo comportamento do ferro-carbeto de ferro, o qual possui algumas
características que o difere de outros diagramas binários. Sobre os microconstituintes
de um diagrama binário ferro-carbono, é possível a�rmar:
a) O composto intermediário cementita é formado por carbeto de ferro (Fe3C)
na composição de aproximadamente 6,7%p.C entre as fases ferritas.
b) A ferrita 𝛿 difere da ferrita 𝛼 na faixa de temperaturas na qual elas existem e
na estrutura cristalina cúbica formada pela solubilidade do carbono.
c) A cementita é um composto mecanicamente resistente, podendo ser usada
muitas vezes como substitutivo de alguns aços comerciais.
d) Quase todos os tratamentos térmicos de aços são realizados visando evitar
uma combinação das propriedades da ferrita e da cementita.
e) O ponto invariante de temperatura eutética para o sistema ferro-carbono
permite a transformação das fases sólidas ferrita e austenita em líquido.
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As ligas metálicas podem ser classi�cadas de acordo com o seu percentual de
carbono (ligas metálicas ferrosas) ou outros elementos ligantes (ligas não
ferrosas). As ligas ferrosas são classi�cadas em aços (com altos ou baixos teores
de carbono) e ferros   fundidos, de acordo com as composições químicas ou
forma como foram produzidos.
Aços-Carbono
Os aços-carbono são ligas ferrosas que contém até cerca de 2% de carbono em
sua composição �nal, que podem conter ainda outros elementos químicos,
como silício, cobre e manganês. De acordo com Askeland (2014, p. 409), “os aços
podem ainda ser descarbonetados, �cando com teor de carbono abaixo de
0,005%p.C, ou apresentarem teores ultrabaixos, com no máximo 0,03%p.C,
podendo ainda conter níveis muito baixos de outros elementos”.
Aços com Baixo Teor de Carbono
Os aços de baixo carbono contém normalmente de 0,04% a 0,25% de carbono,
podendo ser facilmente usinados e com baixo custo de produção. Em geral,
Principais Metais e LigasPrincipais Metais e Ligas
MetálicasMetálicas
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esses materiais possuem relativa dureza e baixa resistência, porém sua elevada
ductilidade e tenacidade confere a essas ligas aplicações na indústria
automotiva (carrocerias e peças de veículos) e de construção civil (vigas e
elementos estruturais, como cantoneiras e canaletas). A Tabela 4.1 apresenta as
composições e propriedades mecânicas de alguns aços baixo carbono comuns.
Todos os códigos das ligas apresentadas a partir desta tabela são padronizações
do Instituto Americano do Ferro e do Aço (AISI - American Iron and Steel
Institute), da Sociedade de Engenheiros Automotivos (SAE - Society of
Automotive Engineers) e do Sistema de Numeração Uniforme (UNS - Uniform
Numbering System).
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Tabela 4.1 - Características mecânicas e aplicações típicas para aços com baixo teor
de carbono. 
Fonte: Elaborado pelo autor.
Aços com Médio Teor de Carbono
Os aços de médio carbono apresentam concentrações de carbono entre
aproximadamente 0,30 até 0,6%, podendo ser fabricados com adições de
cromo, níquel e molibdênio. Essas ligas, quando tratadas termicamente,
costumam apresentar maior resistência que os aços de baixo carbono, porém
são menos dúcteis e tenazes. Aplicações típicas desses materiais incluem
AISI ou
SAE/SNU
Composição
(%p.)
Limite de
resistência
à tração
(MPa)
Limite de
escoamento
(MPa)
Aplicações
comuns
1010/G10100
0,10 C; 0,45
Mn
325 180
Painéis de
automóveis,
pregos e
arames
1020/G10200
0,20 C; 0,45
Mn
380 210
Tubos e
chapas
A36/K02600
0,29 C; 1,0
Mn
400 220
Aço
estrutural
para pontes
e
edi�cações
A656/K11804
0,18 C; 1,60
Mn
655 552
Chassis de
caminhões
e vagões de
trem
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engrenagens e peças de máquinas e tratores, trilhos de ferrovias e
componentes estruturais de alta resistência.  Veja a Tabela 4.2:
Tabela 4.2 - Características mecânicas e aplicações típicas para aços com médio teor
de carbono. 
Fonte: Elaborado pelo autor.
A Tabela 4.2 apresentou as composições e propriedades mecânicas de alguns
aços médio carbono.
Aços com Alto Teor de Carbono
Os aços de alto carbono contém concentrações acima de 0,6%, até cerca de
1,4%p.C, sendo usados geralmente como ferramentas de corte e como matrizes
de conformação e na fabricação de facas, lâminas e arames de alta resistência.
Segundo Callister (2018) esses materiais são os mais duros e resistentes, porém
menos dúcteis, entre os aços-carbono.
AISI/SNU
Composição
(%p.)
Limite de
resistência
à tração
(MPa)
Limite de
escoamento
(MPa)
Aplicações
comuns
1040/G10400
0,40 C; 0,75
Mn
605-780 430-585
Virabrequins
e parafusos
1095/G10950
0,95 C; 0,5
Mn
760-1280 510-830
Facas e
lâminas de
serras
4063/G40630
0,63 C; 0,3
Mo
786-2380 710-1770
Molas e
ferramentas
manuais
6150/G61500
0,5 C; 0,5 -
1,10 Cr
815-2170 745-1860
Pistões e
engrenagens
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Os aços-ferramenta e para matrizes são ligas com alto teor de carbono,
contendo geralmente cromo, vanádio, tungstênio e molibdênio. Veja a Tabela
4.3:
Tabela 4.3 - Características mecânicas e aplicações típicas para aços com alto teor de
carbono. 
Fonte: Elaborado pelo autor.
Aços Inoxidáveis
Os aços inoxidáveis demandam a adição de elementos de liga para resistir à
corrosão, sobretudo em atmosfera ambiente. Para exibir um comportamento
anticorrosivo, a quantidade de cromo nestes aços deve ser superior a 11%p. até
cerca de 30%p.Cr. A resistência à corrosão também pode ser melhorada com
adição de níquel e molibdênio.
AISI/SNU Composição (%p.) Aplicações comuns
M1/T11301
0,85 C; 3,75 Cr; 0,3 Ni (máx); 8,7
Mo; 1,75 W; 1,2 V
Brocas, serras e
ferramentas de
torno
A2/T30102
1,0 C; 5,15 Cr; 0,3 Ni (máx); 1,15
Mo; 0,35 V
Matrizes para
relevo
O1/T31501
0,95 C; 0,5 Cr; 0,3 Ni (máx); 0,5 W;
0,3 V (máx)
Lâminas de
tesouras e
ferramentas de
corte
W1/T72301
1,1 C; 0,15 Cr (máx); 0,2 Ni (máx);
0,1 Mo (máx); 0,15 W (máx); 0,1 V
(máx)
Ferramentas de
ferreiro emarcenaria
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De acordo com Askeland (2014) e Shackelford (2008), alguns aços inoxidáveis
são empregados frequentemente em temperaturas elevadas e ambientes
críticos, já que são altamente resistentes à oxidação e mantém sua integridade
mecânica mesmo sob condições severas. Algumas aplicações desses aços
incluem turbinas a gás, fornos para tratamento térmico, aeronaves e
componentes do núcleo de reatores nucleares. Na Tabela 4.4 são apresentadas
as composições e propriedades mecânicas de alguns aços inoxidáveis de
interesse.
Tabela 4.4 - Características mecânicas e aplicações típicas para aços inoxidáveis. 
Fonte: Elaborado pelo autor.
AISI/SNU
Composição
(%p.)
Limite de
resistência
à tração
(MPa)
Limite de
escoamento
(MPa)
Aplicações
comuns
446/S44600
0,2 C; 25 Cr;
1,5 Mn
515 275
Válvulas (alta
temperatura),
moldes para
vidro
316L/S31603
0,03 C; 17
Cr; 12 Ni; 2,5
Mo; 
2 Mn
485 170
Construções
com solda
440A/S44002
0,7 C; 17 Cr;
0,75 Mo; 1,0
Mn
725-1790 415-1650
Cutelaria e
instrumentos
cirúrgicos
17-
7PH/S17700
0,09 C; 17
Cr; 
7 Ni; 1 Al; 1
Mn
1450 1310
Molas, facas
e vasos de
pressão
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Outras ligas, chamadas de superligas, incluem uma grande classe de materiais
que apresentam resistência especialmente alta em temperaturas acima de
1.000°C. De acordo com Shackelford (2008) esses materiais possuem preços
bastante elevados (em alguns casos extremamente caros) mas os rigorosos
requisitos da tecnologia moderna constantemente justi�cam esses custos. Entre
1950 e 1980, por exemplo, o uso de superligas em motores a jato de aeronave
subiu de 10% para 50% em peso.
praticar
Vamos Praticar
As ligas metálicas ferrosas normalmente são divididas em categorias de acordo com o
teor de carbono presente, sua resistência mecânica, propriedades térmicas e/ou
anticorrosivas. Faça as associações dos tipos de ligas com suas características:
1. Aço baixo-carbono
2. Aço ferramenta
3. Aço inoxidável
(  ) São os mais duros e resistentes entre os aços-carbono, sendo usados como
ferramentas de corte e como matrizes de conformação.
(  ) Estes aços são empregados frequentemente em temperaturas elevadas e
ambientes críticos, com alta resistência à oxidação.
(   ) Possuem baixa resistência, elevada ductilidade e tenacidade, com aplicações na
indústria automotiva e de construção civil.
A partir das relações feitas anteriormente, assinale a alternativa que apresenta a
sequência correta:
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a) 1, 2, 3.
b) 2, 3, 1.
c) 3, 1, 2.
d) 3, 2, 1.
e) 1, 3, 2.
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conclusão
Conclusão
Em geral, toda análise que compete a classi�cação e de�nição das propriedades
de materiais requer uma interpretação dos diagramas de fases para os
compostos analisados. Nessa unidade, entendemos um pouco mais sobre as
características próprias, mecânicas e termodinâmicas, de diferentes tipos de
materiais metálicos a partir da leitura dos diagramas de fases. Nos casos mais
simples, abordamos os diagramas de equilíbrio e alguns diagramas binários
representativos, entendendo como determinar as composições e quantidades
de fases presentes em uma liga. Passamos aos diagramas eutéticos, eutetóides
e peritéticos, buscando exempli�car as transformações de fases por meio de
diagramas reais de ligas metálicas. Por �m, �zemos uma leitura sobre as
principais ligas metálicas, exempli�cando algumas ligas comerciais em relação à
sua estrutura de fases e estabilidade mecânica e térmica em determinadas
aplicações.
referências
Referências
Bibliográ�cas
ASKELAND, Donald R., WRIGHT, Wendelin J. Ciência e engenharia dos
materiais. 3 ed. São Paulo: Cengage Learning, 2014.
05/06/22, 16:45 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 32/34
CALLISTER, Willian D. Jr., RETHWISCH, David G. Ciência e engenharia dos
materiais: uma introdução. 9 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2018.
SHACKELFORD, James F. Introdução à ciência e engenharia dos materiais
para engenheiros. 6 ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008.
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