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* Diagramas de fase em condições de equilíbrio – Ferro PROF. MsC: EVERALDO CESAR DE CASTRO * * SOLIDIFICAÇÃO TODO O PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE PEÇAS METÁLICAS TEM INÍCO EM UM PROCESSO DE SOLIDIFICAÇÃO * Diagrama de fases * * * DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILIBRIO IMPORTÂNCIA: - Permite a visualização da fusão e solidificação Prediz as transformações de fases Dá informações sobre microestrutura e propriedades mecânicas em função da temperatura e composição * * 2. SOLUBILIDADE DO SOLUTO E FASES SOLUBILIDADE COMPLETA SOLUBILIDADE INCOMPLETA 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 * * 3. 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 * * 4. DIAGRAMA DE FASES OU DE EQUILÍBRIO 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 O equilíbrio de fases é o reflexo da constância das características das fases com o tempo * * 4. FASES DE EQUILÍBRIO E FASES METAESTÁVEIS 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 muito perceptíveis com o tempo na microestrutura das fases metaestáveis. * * SOLIDIFICAÇÃO DE UM METAL PURO * * SOLIDIFICAÇÃO DE UMA LIGA BINÁRIA * * CONSTRUÇÃO DOS DIAGRAMAS DE FASE A PARTIR DAS CURVAS TÉRMICAS São obtidas curvas térmicas para diferentes teores de soluto * * 4.1. DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO PARA SISTEMAS BINÁRIOS E ISOMÓRFOS Isomorfo quando a solubilidade é completa (Exemplo: Sistema Cu-Ni) * * CURVA DE SOLIDIFICAÇÃO PARA UMA LIGA BINÁRIA ISOMORFA Remoção do calor latente de fusão Curva de solidificação * * 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 (isotérma) Para um sistema monofásico a composição é a mesma da liga - Percentagem das fases (quantidades relativas das fases) regra das alavancas * * SISTEMA Cu-Ni DETERMINAÇÃO DAS FASES PRESENTES E DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DAS FASES Comp. Liq= 32% de Ni e 68% de Cu Comp. Sol. = 45% de Ni e 55% de Cu B * * Mudança na composição das fases durante o processo de solidificação Ex: o centro do grão mais rico do elemento com o elemento de maior ponto de fusão) centro do grão A distribuição dos 2 elementos no grão não é uniforme. * * Mudança na composição das fases durante o processo de solidificação * * DESENVOLVIMENTO DA MICROESTRUTURA A microestrutura só segue o diagrama de equilíbrio para velocidades de solidificação lentas Na prática, não há tempo para a difusão completa e as microestruturas não são exatamente iguais às do equilíbrio O grau de afastamento do equilíbrio dependerá da taxa de resfriamento Como conseqüência da solidificação fora do equilíbrio tem-se a segregação (a distribuição dos 2 elementos no grão não é uniforme). * * SOLUBILIDADE É dada pela linha solvus LINHA SOLVUS () () + LINHA SOLVUS + l l + * * SISTEMAS EUTÉTICOS BINÁRIOS Reação eutética: Líquido + Neste caso a solidificação processa-se como num metal puro, no entanto o produto é 2 fases sólidas distintas. Microestrutura do eutético: LAMELAR camadas alternadas de fase e . Ocorre desta forma porque é a de menor percurso para a difusão * * REAÇÃO EUTÉTICA Líquido + LINHA SOLVUS () + () Indica solubilidade * * HIPOEUTÉTICO E HIPEREUTÉTICO HIPOEUTÉTICO COMPOSIÇÃO MENOR QUE O EUTÉTICO HIPEREUTÉTICO COMPOSIÇÃO MAIOR QUE O EUTÉTICO * * Sistema Fe-C ou Fe-Fe3C e microestruturas que se formam no resfriamento lento * * DIAGRAMA DE FASE Fe-Fe3C TRANSFORMAÇÃO ALOTRÓPICA +Fe3C +l l+Fe3C +Fe3C CCC CFC CCC + +l As fases , e são soluções sólidas com Carbono intersticial * * FERRO PURO FERRO = FERRITA FERRO = AUSTENITA FERRO = FERRITA TF= 1534 C Nas ligas ferrosas as fases , e FORMAM soluções sólidas com Carbono intersticial CARBONO * * DIAGRAMA DE FASE Fe-Fe3C TRANSFORMAÇÔES +l l+Fe3C +l PERITÉTICA +l EUTÉTICA l +Fe3C EUTETÓIDE +Fe3C AÇO FOFO * Reação eutética * * Reação peritética * * * Ferro Puro /Formas Alotrópicas FERRO = FERRITA Estrutura= ccc Temperatura “existência”= até 912 C Fase Magnética até 768 C (temperatura de Curie) Solubilidade máx do Carbono= 0,02% a 727 C FERRO = AUSTENITA Estrutura= cfc (tem + posições intersticiais) Temperatura “existência”= 912 -1394C Fase Não-Magnética Solubilidade máx do Carbono= 2,14% a 1148C * * Ferro Puro /Formas Alotrópicas FERRITA AUSTENITA * * Ferro Puro /Formas Alotrópicas FERRO = FERRITA Estrutura= ccc Temperatura “existência”= acima de 1394C Fase Não-Magnética É a mesma que a ferrita Como é estável somente a altas temperaturas não apresenta interesse comercial * * 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) é um composto intermetálico metaestável, embora a velocidade de decomposição em ferro e C seja muito lenta A adição de Si acelera a decomposição da cementita para formar grafita * * MICROESTRUTURA DOS AÇOS BAIXO TEOR DE CARBONO Ferrita Perlita AÇO COM ~0,2%C * * MICROESTRUTURA DOS AÇOS MÉDIO TEOR DE CARBONO RESFRIADOS LENTAMENTE Ferrita Perlita AÇO COM ~0,45%C * * É uma solução sólida de carbono em ferro gama. Somente é estável as temperaturas superiores a 723 ºC, desdobrando-se por reação eutetóide, a temperaturas inferiores, em ferrita e cementita. Austenita * Ferrita Este constituinte está 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. A ferrita apresenta-se nos aços como constituinte e misturada com a cementita para formar parte da perlita. * * Perlita Formada por uma mistura eutetóide de duas fases, ferrita e cementita, produzida a 723 ºC quando a composição é de 0,8 %. Sua estrutura está constituída por lâminas alternadas de ferrita e cementita, sendo a espessura das lâminas de ferrita superior ao das de cementita, estas últimas ficam em relevo depois do ataque com ácido nítrico. * * Cementita É o constituinte que aparece em fundições e aços. É o carboneto de ferro, de fórmula Fe3C. É muito frágil e duro,apresentando mais de 840 Vickers, e é muito resistente ao cisalhamento. Em baixas temperaturas é ferromagnético e perde esta propriedade a 212 ºC (ponto de Curie). * * * * * FIM
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