Aula: Diagrama Ferro - Carbono

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DIAGRAMAS DE FASES 
É COMO UM MAPA PARA A DETERMINAÇÃO DAS 
FASES PRESENTES, PARA QUALQUER TEMPERATURA 
E COMPOSIÇÃO, DESDE QUE A LIGA ESTEJA EM 
EQUILÍBRIO 
- Termodinamicamente o equilíbrio é descrito em termos de 
energia livre (G) 
- Um sistema está em equilíbrio quando a energia livre é 
mínima 
 
DIAGRAMAS DE FASES OU DE EQUILÍBRIO 
 
- Permite a visualização da fusão e solidificação 
- Indica as transformações de fases 
- Dá informações sobre microestrutura em função 
da temperatura e composição 
 
TODO O PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE PEÇAS METÁLICAS VIA FUSÃO TEM 
INÍCO EM UM PROCESSO DE SOLIDIFICAÇÃO 
LIMITES DE SOLUBILIDADE 
 
1. SOLUBILIDADE COMPLETA 
2. SOLUBILIDADE INCOMPLETA 
3. INSOLUBILIDADE 
 
LIMITE DE SOLUBILIDADE: é a concentração máxima de átomos de soluto que 
pode dissolver-se no solvente, a uma dada temperatura, para formar uma solução sólida. 
 
 Quando o limite de solubilidade é ultrapassado forma-se uma segunda 
fase com composição distinta 
FASES 
 
- FASE É A PORÇÃO HOMOGÊNEA DE UM SISTEMA QUE TEM CARACTERÍSTICAS 
FÍSICAS E QUÍMICAS DEFINIDAS 
 
•Todo metal puro e uma considerado uma fase 
•Uma fase é identificada pela composição química e microestrutura 
•A interação de 2 ou mais fases em um material permite a obtenção de propriedades 
diferentes 
•É possível alterar as propriedades do material alterando a forma e distribuição das 
fases 
Fases de equilíbrio: suas propriedades ou características não mudam 
com o tempo. 
Geralmente são representadas nos diagramas por letras gregas 
 
Fases metaestáveis: suas propriedades ou características mudam 
lentamente com o tempo, ou seja, o estado de equilíbrio não é 
nunca alcançado. No entanto, não há mudanças perceptíveis com 
o tempo na microestrutura das fases metaestáveis. 
FASES 
Solidificação de um metal 
DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO PARA 
SISTEMAS BINÁRIOS E ISOMÓRFOS 
Isomorfo quando a solubilidade é completa (Exemplo: 
Sistema Cu-Ni) 
INTERPRETAÇÃO DO DIAGRAMA DE 
EQUILÍBRIO 
(CONSTITUIÇÃO DA LIGA) 
- Fases presentes localiza-se a temperatura e 
composição desejada e verifica-se o número de fases 
presentes 
 
- Composição química das fases usa-se o método da linha 
de conecção/amarração (isoterma) 
 Para um sistema monofásico a composição é a mesma da 
liga 
 
- Percentagem das fases quantidades relativas das 
fases - regra da alavanca 
Comp. Liq= 32% de Ni e 68% de Cu 
Comp. Sol. = 45% de Ni e 55% de Cu 
SISTEMA Cu-Ni 
DETERMINAÇÃO DAS FASES PRESENTES E DA 
COMPOSIÇÃO QUÍMICA DAS FASES 
SISTEMA Cu-Ni 
Determinação das quantidades relativas das fases 
• Composição das fases 
 
 
• Percentagem das fases 
Fase líquida 
 
 
Fase sólida 
Comp. Liq= 31,4% Ni e 68,9%Cu 
Comp. Sol. = 42,5,4 %Ni e %57,5Cu 
L = S 
 R+S 
L = C-C0 
 C-CL 
S = R 
 R+S 
L = Co-CL 
 C-CL 
Mudança na composição das fases 
durante o processo de solidificação 
SOLUBILIDADE 
É dada pela linha solvus 
SISTEMAS EUTÉTICOS BINÁRIOS 
Reação eutética: 
Líquido  +  
 
Neste caso a solidificação processa-se como num metal 
puro, no entanto o produto são 2 fases sólidas distintas. 
 
Microestrutura do eutético: 
LAMELAR - camadas alternadas de fase  e . 
 
REAÇÃO EUTÉTICA 
Líquido  +  
HIPOEUTÉTICO E HIPEREUTÉTICO 
HIPOEUTÉTICO COMPOSIÇÃO MENOR QUE O EUTÉTICO 
HIPEREUTÉTICO COMPOSIÇÃO MAIOR QUE O EUTÉTICO 
 
 
 
• Região preta é a fase primária  
rica em Pb 
• Lamelas são constituídas de fase  
rica em Pb e fase rica em Sn 
 
REAÇÃO EUTETÓIDE: 
  +  
 ( a diferença do eutético é que uma fase sólida, ao invés de uma 
líquida, transforma-se em duas outras fases sólidas. 
 
REAÇÃO PERITÉTICA: 
 + Líquido  
Uma fase sólida mais uma fase líquida transforma-se numa outra 
fase sólida 
DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO TENDO 
FASES INTERMEDIÁRIAS 
PERITÉTICO E EUTÉTICO 
 PERITÉTICO 
PERITÉTICO DUPLO 
EUTÉTICO, EUTETOIDE E PERITÉTICO 
Ponto de 
fusão 
congruente 
GRÁFICO ESQUEMÁTICO: PONTO DE FUSÃO E 
TRANSFORMAÇÕES ALOTRÓPICAS 
Sistema Fe-Fe3C 
CCC 
CFC 
CCC 
Sistema Fe-Fe3C 
As fases ,  e  são soluções sólidas 
com Carbono intersticial 
Sistema Fe-Fe3C 
PERITÉTICA 
 +l  EUTÉTICA 
l +Fe3C 
EUTETÓIDE 
 +Fe3C 
AÇO FOFO 
Sistema Fe-Fe3C 
 Ferro Puro= até 0,02% de Carbono 
Aço= 0,02 até 2,06% de Carbono 
 Ferro Fundido= 2,1-4,5% de Carbono 
 Fe3C (CEMENTITA)= Forma-se quando o 
limite de solubilidade do carbono é 
ultrapassado (6,7% de C) 
 
CEMENTITA (Fe3C) 
 Forma-se quando o limite de solubilidade do 
carbono é ultrapassado (6,7% de C) 
 É dura e frágil 
Cristaliza no sitema ortorrômbico (com 12 
átomos de Fe e 4 de C por célula unitária) 
PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe3C (EUTÉTICO) 
 LIGA EUTÉTICA: corresponde à liga de mais baixo 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 
 
 LIGA EUTETÓIDE  corresponde à liga de mais 
baixa temperatura de transformação sólida 
Austenita FASE  (FERRITA) + Cementita 
- Temperatura= 725 C 
- Teor de Carbono= 0,8 % 
 Aços com 0,02-0,8% de C são chamadas de aços 
hipoeutetóides 
 Aços com 0,8-2,1% de C são chamadas de aços 
hipereutetóides 
 
PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe3C (EUTÉTICO) 
MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE 
 Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio 
 É similar ao eutético 
Consiste de lamelas alternadas de fase  (ferrita) e Fe3C 
(cementita) chamada de 
 PERLITA 
 
 FERRITA lamelas + espessas e claras 
 CEMENTITA lamelas + finas e escuras 
 Propriedades mecânicas da perlita 
• intermediária entre ferrita (mole e dúctil) e cementita 
(dura e frágil) 
 
MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE 
MICROESTRUTURA DO AÇO EUTETÓIDE RESFRIADO LENTAMENTE 
Somente Perlita 
MICROESTRUTURAS /HIPOEUTETÓIDE 
 Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio 
 Teor de Carbono = 0,002- 0,8 % 
Estrutura - Ferrita + Perlita 
 As quantidades de ferrita e perlita 
variam conforme a % de carbono e 
podem ser determinadas pela regra 
das alavancas 
 Partes claras ferrita pró eutetóide 
Ferrita Perlita 
AÇO COM ~0,2%C 
Ferrita Perlita 
AÇO COM ~0,45%C 
MICROESTRUTURAS /HIPEREUTETÓIDE 
 Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio 
 Teor de Carbono = 0,8-2,06 % 
 Estrutura 
 cementita+ Perlita 
 As quantidades de cementita e 
perlita variam conforme a % de 
carbono e podem ser 
determinadas pela regra das 
alavancas 
 Partes claras cementita pró 
eutetóide