DIAGRAMA DE FASES E PROP MEC

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Diagrama de fases Fe-C
A compressão do diagrama Fe-C é extremamente importante, pois através dele é possível obter informações sobre a microestrutura das ligas de Fe-C em função da temperatura e composição. 
Existe uma forte correlação entre a microestrutura e as propriedades mecânicas das ligas.
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Diagrama de fases Fe-C
De todos os sistemas de ligas binários o mais importante é o formado pelo ferro e o carbono
AÇOS E FERROS FUNDIDOS! 
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O sistema ferro-carbono
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Ferrita α
FERRO  = FERRITA
Estrutura - CCC
Temperatura de “existência”= até 912 C
Solubilidade máx. do carbono = 0,022% a 727C
É mole e dúctil.
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Ferrita α-visualização
Aparência da ferrita α fotomicrografia. 
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Ferrita- - Austenita 
FERRO  = AUSTENITA
Estrutura= CFC 
Temperatura de “existência”= 912-1394C
Solubilidade máx. do carbono = 2,14% a 1147 C
É mais dura.
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Ferrita -  visualização
Aparência da ferrita -Austenita fotomicrografia. 
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Ferrita - 
A FERRITA  é virtualmente a mesma que a FERRITA , exceto pela faixa de temperatura em que cada uma existe. Como é estável somente a altas temperaturas, não tem interesse comercial.
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Ponto a = somente austenita até 727oC.
Ao cruzar 727oC e até o ponto b, a austenita se transforma de acordo com a reação: 
   + Fe3C.
Microestrutura – camadas alternadas ou lamelas compostas pelas duas fases  e Fe3C, que se formam simultaneamente.
Desenvolvimento das microestruturas: liga Fe-C de composição eutetóide (0,76% de C)
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liga Fe-C de composição eutetóide (0,76% de C)
Essa microestrutura é conhecida por PERLITA.
Desenvolvimento das microestruturas: liga Fe-C de composição eutetóide (0,76% de C)
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Microestrutura PERLITA 
As camadas claras mais grossas representam a fase ferrita, enquanto a fase cementita aparece como lamelas finas, a maioria apresentando cor escura. 
Mecanicamente, a PERLITA apresenta propriedades intermediárias entre a macia e dúctil ferrita e a dura e frágil cementita. 
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Agora, vamos ver o desenvolvimento das microestruturas para uma liga Fe-C que possui entre 0,022 e 0,76% de C. Esta é conhecida como liga hipoeutetóide (menos que o eutetóide) 
Ponto c (875oC)= somente austenita.
Ponto d (775oC) = fases  + .
Ponto e = maior proporção da fases .
Ponto f = a fase austenita se transforma em perlita de acordo com a reação:
    + Fe3C.
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Agora, vamos ver o desenvolvimento das microestruturas para uma liga Fe-C que possui entre 0,022 e 0,76% de C. Esta é conhecida como liga hipoeutetóide (menos que o eutetóide) 
= é chamada ferrita eutetóide (ferrita presente na perlita). Nova formada
= acima de Te, é chamada ferrita proeutetóide (ferrita antes do eutetóide).
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Fotomicrografia de um aço com 0,38 %C que possui uma microestrutura composta por perlita e ferrita proeutetóide.
Ampliação 635X
Aço hipoeutetóide!
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Ligas hipereutetóides (mais que o eutetóide): liga Fe-C que possui entre 0,76 e 2,14% de C. 
Ponto g = somente austenita.
Ponto h = a fase cementita começa a se formar. É chamada cementita proeutetóide (não muda - antes do eutetóide).
Ponto i = toda a austenita é convertida em perlita.
A microestrutura restante consistirá em perlita + cementita.
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Fotomicrografia de um aço com 1,4 %C que possui uma microestrutura composta por uma rede de cementita proeutetóide que envolve as colônias de perlita.
Ampliação 1000X
Aço hipereutetóide!
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Glossário
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Considere novamente a reação eutetóide:
Tranformação na perlita!
Alterações Microestruturais e das Propriedades em Ligas ferro- carbono
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Universidade Federal do Piauí - UFPI
Campus Petrônio Portela -Teresina
Centro de Tecnologia – CT
 
Engenharia e Ciência dos Materiais 
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Propriedades mecânicas: por que estudar?
1. Determinação e/ou conhecimento das propriedades mecânicas é muito importante para a escolha do material para uma determinada aplicação.
2. Definem o comportamento do material quando sujeito a esforços mecânicos.
3. Evitar que ocorram níveis inaceitáveis de deformação e/ou falhas.
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Como determinar as propriedades mecânicas?
A determinação das propriedades mecânicas é feita através de ensaios mecânicos.
Utilizam-se normalmente corpos de prova (amostra representativa do material). 
Usam-se normas técnicas para o procedimento das medidas e confecção dos corpos de prova para garantir que os resultados sejam comparáveis.
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Dentre os diversos tipos de ensaios disponíveis para a avaliação das propriedades mecânicas dos materiais, os mais utilizados são: 
 
-ensaio de tração para os materiais metálicos e poliméricos;
-ensaio de compressão para os materiais cerâmicos.
Ensaios relativamente simples e rápido. 
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Ensaio de Tração
Máquina de Tração EMIC DL 60000
Fonte : http://www.labmat.com.br/ae_mecanic.html
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CORPOS DE PROVA
 ASTM D638
-Para materiais 
poliméricos
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CORPOS DE PROVA
 -Para materiais metálicos
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Ensaio de tração
Resistência à tração
É medida submetendo-se o material à uma carga ou força de tração, paulatinamente crescente, que promove uma deformação progressiva de aumento de comprimento.
É obtida através da curva tensão-deformação.
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PROPRIEDADES MECÂNICAS
Simulação!
VÍDEO
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Como se definem tensão e deformação?
Tensão
Deformação
Sendo:
 = tensão (Pa);
F = carga instantânea aplicada (N) e
Ao = área da seção reta original antes da aplicação da carga – seção reta transversal(m2).
Sendo:
 = deformação (adimensional);
li = comprimento instantâneo e
lo = comprimento original.
Como efeito da aplicação de uma tensão, tem-se a deformação.
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Relação entre temperatura de fusão e módulo de elasticidade
O módulo de elasticidade é fortemente dependente das forças de ligação entre os átomos.
As forças de ligação entre os átomos, e consequentemente o módulo de elasticidade, são maiores para metais com temperaturas de fusão mais elevadas.
Fonte: Garcia, Spim e Santos, 2000.
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Deformação plástica
(a)
(b)
(a) Curva tensão x deformação para um material típico. A transição do comportamento elástico para o plástico é uma transição gradual para a maioria dos metais.
(b) Curva tensão x deformação típica para o aço. A transição elastoplástica é muito bem definida (ocorre de forma abrupta).
Fonte: Callister, 2002.
Limite de proporcionalidade
Tensão de escoamento (y)
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Em uma escala atômica...
Deformação elástica
É manifestada por pequenas alterações no espaçamento interatômico e na extensão de ligações interatômicas.
 Deformação plástica
Corresponde à quebra de ligações com os átomos vizinhos originais e em seguida formação de novas ligações com novos átomos vizinhos, uma vez que um grande número de átomos ou moléculas se move em relação aos outros; com a remoção da tensão, eles não retornam às suas posições originais.
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Esboço da curva obtida no ensaio de tração
Fonte: Garcia, Spim e Santos, 2000.
 AO – região de comportamento elástico.
 AB – região de escoamento – se caracteriza por um aumento relativamente grande na deformação, acompanhado por uma pequena variação da tensão.
 BF – região de comportamento plástico - a partir de B o material entra na região plástica, que é caracterizado pela presença de deformações permanentes.
UF – estricção – região ocorre o empescoçamento do corpo de prova, até a fratura.
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Módulo de elasticidade ou módulo de Young
 É o quociente entre a tensão aplicada e a deformação elástica resultante – Lei de Hooke. 
 Está relacionado com a rigidez do material.
 Está relacionado diretamente com as forças das ligações interatômicas.
E =  /
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Módulo de Elasticidade  é determinado pela inclinação (coeficienteangular) do segmento linear na região elástica da curva tensão x deformação.
Determinação do Módulo de Elasticidade
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Módulo de elasticidade (E)
Deformação ()
Tensão ()
  = E 
A lei de Hooke é válida até este ponto.

Máxima tensão que o material suporta sem sofrer deformação permanente.
E =  /
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Módulo de elasticidade 
Quanto maior o módulo de elasticidade mais rígido é o material ou menor é a sua deformação elástica quando aplicada uma dada tensão.
Fonte: Callister, 2002.
MÓDULO DE ELASTICIDADE [E]
GPa
106 Psi
Magnésio
45
6.5
AlumÍnio
69
10
Latão
97
14
Titânio
107
15.5
Cobre
110
16
Níquel
207
30
Aço
207
30
Tungstênio
407
59
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Outras informações que podem ser obtidas das curvas tensãoxdeformação
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Tensão de escoamento
y= tensão de escoamento (corresponde a tensão máxima relacionada com o fenômeno de escoamento)
 De acordo com a curva “a”, onde não observa-se nitidamente o fenômeno de escoamento
Alguns aços e outros materiais exibem o comportamento da curva “b”, ou seja, o limite de escoamento é bem definido (o material escoa- deforma-se plasticamente-sem praticamente aumento da tensão). Neste caso, geralmente a tensão de escoamento corresponde à tensão máxima verificada durante a fase de escoamento
Não ocorre escoamento propriamente dito
Escoamento
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Limite de Escoamento
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quando não observa-se 
nitidamente o fenômeno
de escoamento, a tensão de 
escoamento corresponde 
à tensão necessária para promover 
uma deformação permanente de 
0,2% ou outro valor especificado
 (obtido pelo método gráfico 
indicado na fig. Ao lado)
Fonte figura: Prof. Sidnei Paciornik do Departamento de Ciência dos Materiais 
e Metalurgia da PUC-Rio
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Além destas, outras informações ainda podem ser obtidas da curva tensão x deformação:
Ductilidade
Tenacidade
Resiliência
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Ductilidade
Representa uma medida do grau de deformação plástica que foi suportado quando da fratura.
Corresponde à elongação total do material devido à deformação plástica.
Fonte: Callister, 2002.
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A ductilidade pode ser expressa quantitativamente como:
Alongamento percentual (AL%)
Estricção (RA%)
A maioria dos metais possui pelo menos um grau moderado de ductilidade à temperatura ambiente.
Materiais relativamente dúcteis são tidos como generosos.