Diagrama de Fases do Ferro

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Diagrama de Fases do 
Aço Carbono 
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Ferro 
• Símbolo Químico: Fe 
• Número Atômico (Z): 26 
• Peso Atômico: 55,845 
• Grupo da Tabela: 8(VIIIB) 
• Densidade: 7,874 g/cm3 
• Ponto de Fusão (PF): 1811,0 K ou 1537,85 ˚C 
• Ponto de Ebulição (PE): 3134,0 K ou 2860,85 ˚C 
• Possui 2 elétrons na ultima camada 
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• Minério de Ferro, 
 
• Contém pequenas quantidades de Cal, Sílica, Alumina, Enxofre, 
Manganês e Magnésio. 
• Alguns considerados impurezas. 
 
Tipo Designação 
Mineralógica 
Designação 
Química 
Formula Teor 
Metálico 
Obs. 
Carbonato Siderita Carbonato 
Ferroso 
FeCO3 25 a45% 
Escasso no Brasil 
Magnetita Óxido Ferroso-
férrico 
Fe3O4 40 a 70% 
Possui propriedades 
magnéticas 
Óxidos Limonita Óxido férrico 
hidratado 
Fe3O3 
3H2O 
40 a 6% Utilizado no auto- forno 
após Pelotização ou 
sinterização 
Hematita Óxido férrico Fe2O3 45 a 70% 
Abundante no Brasil 
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Fonte: http://www.vale.com 
Principais Minas de Ferro no Mundo 
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Sinterização e Pelotização 
• Sinterização: 
• Minério de ferro, carvão moído, calcário e água 
• Aquecidos entre 1.000ºC e 1.300ºC derretem superficialmente 
e formam Sínter. 
 
• Pelotização: 
• O minério de ferro é moído bem fino e umedecido formando 
um aglomerado. 
• O aglomerado gira em um moinho até formar pelotas. 
• Secagem e Queima para o endurecimento. 
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Ferro-gusa 
• Material duro e quebradiço, formado por uma liga de ferro e 
carbono 
• Matéria-prima para a fabricação do aço e do ferro fundido. 
• Constituído de minério de ferro mais: 
• Fundentes: calcário 
• Desoxidantes: Cal, manganês 
• Desfosforizantes: manganês 
 (materiais que ajudam a eliminar as impurezas) 
• Combustíveis: carvão vegetal e o mineral. 
 Coque, derivado da hulha (carvão betuminoso) 
 Produzido a partir do aquecimento do carvão mineral a altas 
temperaturas 
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500ºC 
1200ºC 
1650ºC 
Auto Forno: 
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• Minério de ferro, carvão e calcário (carbonato de cálcio) são 
colocado no alto-forno. 
 
• A combustão do carvão produz energia térmica necessária para 
a produção do monóxido de carbono (CO). 
2𝐶 + 𝑂2 → 2𝐶𝑂 
• O calcário, decompõe-se em óxido de cálcio (CaO) e gás 
carbônico. 
𝐶𝑎𝐶𝑂3 → 𝐶𝑎𝑂 + 𝐶𝑂2 
 
• Os óxidos de ferro sofrem redução; 
𝐹𝑒2 + 3𝐶𝑂 → 2𝐹𝑒 3𝐶𝑂2 
Produção do Ferro-gusa 
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• O óxido reage com as impurezas, areia (SiO2), alumina (Al2O3), 
etc., formando a escória 
 
𝐶𝑎𝑂 + 𝑆𝑖𝑂2 → 𝐶𝑎𝑆𝑖𝑂3 
 
• Reação global : 
 
2𝐹𝑒2𝑂3 + 6𝐶 + 3𝑂2 → 4𝐹𝑒 + 6𝐶𝑂2 
 
• Elementos da ganga são parcialmente reduzidos, algumas 
impurezas são incorporadas ao gusa. 
• 1,5 a 4,5% de carbono, de 0,7 a 3,0% de silício e de 0,1 a 0,3% de 
fósforo. 
• Essa composição torna o ferro extremamente quebradiço. 
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• Ferro Fundido: 
• Quando a quantidade de carbono presente no metal 
ferroso fica entre 2,0 e 4,5%. 
 
• Aço: 
• Quando a quantidade de carbono for menor do que 2%. 
Diferença entre o Aço e o Ferro Fundido. 
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• Alotropia: 
 Capacidade de um elemento químico formar diferentes 
substâncias simples, que diferem entre si no que diz respeito a 
suas estruturas cristalinas ou atomicidade . 
Alotropia do Ferro Puro 
• Carbono 
Diamante Grafite 
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• Até 912°C: Ferrita Alfa (α), apresenta estrutura cristalina Cúbica 
de Corpo Centrado (CCC). 
 
• De 912 a 1394°C: Ferro Gama (γ) ou Austenita, ocorre transição 
para a fase γ de estrutura Cúbica de Faces Centradas (CFC) . 
 
• De 1394 a 1538°C : Ferrita Delta (δ), estrutura cristalina Cúbica de 
Corpo Centrado (CCC). 
 
• Acima de 1538°C: Ferro Líquido. Torna-se amorfa, sem ordenação 
cristalina, caracterizando o estado líquido. 
 
• Acima de 2880°C: O ferro passa ao estado gasoso. 
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Alotropia do Ferro Puro 
Ferro 
Líquido Ferrita (δ) 
CCC 
Austenita (γ) 
CFC 
Ferrita (α) 
CCC 
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• Austenita 𝑭𝒆 − 𝜸: 
• Solução sólida de carbono em ferro gama. 
• É estável Somente a temperaturas superiores a 723ºC, em temperaturas 
inferiores forma ferrita e cementita por reação eutetóide. 
• É deformável como o ferro gama, pouco dura, apresenta grande resistência ao 
desgaste, 
• É magnética, e é o constituinte mais denso dos aços e não é atacada 
por reagentes. 
• Pode dissolver até 1,7 – 1,8 % de carbono. 
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• Ferrita 𝑭𝒆 − 𝜶: 
• Formado por uma solução sólida de inserção de carbono em ferro alfa. 
• É o constituinte mais mole dos aços porém é o mais tenaz, e o mais maleável, 
sua resistência a tração é de 28 daN/mm2 e alongamento de 35%. 
• Solubilidade máxima é de 0,008 %. 
• Apresenta-se nos aços como constituinte e misturada com a cementita para 
formar parte da perlita. 
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• Cementita: carboneto de ferro, Fe3C, 6,67% de carbono e 93,33% de ferro. 
• Estável na temperatura ambiente e não se decompõe. 
• Quando aquecido em altas temperaturas é uma fase metaestável, pode 
decompor-se em ferrita e em grafita. 
• Forma-se quando o limite de solubilidade para o carbono na ferrita é 
excedido a temperaturas abaixo de 727°C. 
 
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• Perlita: mistura eutetóide de duas fases, ferrita e cementita, a 723 °𝐶 com 
0,8 % de Carbono. 
• Estrutura constituída por lâminas alternadas de ferrita e cementita. 
• É mais dura e resistente que a ferrita, porém mais branda e maleável que a 
cementita. 
• Imagem obtida por 
Microscopia Eletrônica de 
Varredura (MEV) de uma 
perlita. 
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DIAGRAMA 𝐹𝑒 − 𝐹𝑒3𝐶 
• AUSTENITA 
– 𝐹𝑒 − 𝛾 - FCC 
• FERRITA 
– 𝐹𝑒 − 𝛼 - CCC 
• PERLITA 
– Microestrutura 
formada por finas 
camadas de 𝐹𝑒3𝐶 
numa matriz de 𝐹𝑒 − 𝛼 
• CEMENTITA 
– 𝐹𝑒3𝐶 
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Austenita 
Concentração de Carbono (%) 
Cementita (Fe3C) 
Austenita 
Austenita 
Cementita 
Cementita Ferrita Ferrita 
δ-Fe 
Temp. (°C) 
Austenita 
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EUTÉTICA 
l +Fe3C 
EUTETÓIDE 
 +Fe3C 
PERITÉTICA 
 +l  
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 LIGA EUTÉTICA: 
 corresponde à liga de mais baixo ponto de fusão 
 
 Líquido FASE  (austenita)+ cementita 
 
 Temperatura= 1148 C 
 Teor de Carbono= 4,3% 
 As ligas de Ferro fundido de 2,1-4,3% de C são chamadas de ligas 
hipoeutéticas. 
 As ligas de Ferro fundido acima de 4,3% de C são chamadas de 
ligas hipereutéticas 
 
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 LIGA EUTETÓIDE 
 
Austenita → FASE  (FERRITA) + Cementita 
 
 Temperatura= 727 C 
 Teor de Carbono= 0,77 % 
 Aços com 0,02-0,77% de C são chamados de aços 
hipoeutetóides. 
 Aços com 0,77-2,1% de C são chamadas de aços 
hipereutetóides. 
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Aço Hipoeutetóide abaixo de 0,8% C 
• Ponto A: austenitização do aço 
• Ponto B: início da formação da 
ferrita primária a partir da 
austenita 
• Ponto C: a reação Υ↔α+ Fe3C se 
inicia 
• Pontos D e E: microestrutura 
final de Perita e Ferrita pró 
eutetóide 
• São macios e apresentam elevada ductilidade, boa soldabilidade e 
baixa resistência mecânica. 
• Quando resfriados lentamente, consiste em ferrita e perlita 
primária 
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Aço Hipoeutetóide abaixo de 0,8% C 
Ferrita Perlita 
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TRANSFORMAÇÃO NOS AÇOS HIPOEUTETÓIDES 
Teor de carbono abaixo de 0,8% C 
a. Nucleação e crescimento da ferrita (𝐹𝑒 − 𝛼) 
nos contornos de grão da austenita (𝐹𝑒 − 𝛾). 
b. Crescimento da ferrita (𝐹𝑒 − 𝛼). 
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c. Crescimento de perlita a partir da austenita 
residual. 
 
d. Microestrutura de um aço 0,4% C 
resfriado lentamente. 
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Aço Eutetóide 0,8 %C 
• Ponto A: Austenitização do aço 
• Ponto B: início da formação da 
Perlita a partir da austenita; 
 (reação Υ↔α+ Fe3C) 
• Ponto C: microestrutura final 
(perlita) 
• São resistentes e muito pouco dúcteis. Quando resfriados 
lentamente do campo austenítico, apresentam uma 
microestrutura de 100% de perlita 
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Aço Eutetóide 0,8 %C 
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Aço Hipereutetóide 0,77 e 2,11% C 
• Ponto A: austenitização do aço 
• Ponto B: formação dos núcleos 
de Cementita pró-eutetóide 
nos contornos da Austenita; 
• Ponto C: início da formação da 
Perlita a partir da austenita; 
• Ponto D: a reação se completa 
• A microestrutura, obtida no resfriamento lento da austenita, é 
constituída de cementita em alguns contornos dos grãos de perlita 
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Aço Hipereutetóide 0,77 e 2,11% C 
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Hipereutetóide 
Eutetóide Hipoeutetóide