Amplie seus Conhecimentos 7

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Curso: ENGENHARIAS MECÂNICA/CIVIL/PRODUÇÃO 
Disciplina: PRINCÍPIO DE CIÊNCIAS DOS MATERIAIS 
Período: 5º 
Professor: DSc. VALTENCY FERREIRA GUIMARÃES 
 
"Amplie seus conhecimentos" 
Diagrama Fe-C 
Caro aluno, aproveite este material para observar e interagir de forma efetiva com as simulações disponíveis no site 
indicado, e ficar mais aptos para o desenvolvimento de atividades propostas sobre os diagramas Fe-C. Visite o 
endereço eletrônico: http://www.cienciadosmateriais.org/index.php?acao=exibir&cap=13&top=114 
Realize diversas simulações destacando as estruturas cristalinas. bons estudos! 
 
Fundamentação Teórica 
Estruturas Longe das Condições de Equilíbrio 
O Sistema Ferro-Carbono (I): O Diagrama Binário Fe-Fe3C 
Quando uma transformação invariante que, normalmente, ocorreria no estado sólido é inibida por um resfriamento 
rápido, fases fora de equilíbrio, completamente novas, podem se formar. O mais importante exemplo deste 
fenômeno são as fases fora de equilíbrio produzidas durante o tratamento térmico dos aços. 
As fases de equilíbrio em um aço-carbono (sem elementos de liga intencionalmente presentes), à temperatura 
ambiente, são o ferro (Fe) e a grafita (C). Experimentalmente, entretanto, nunca se forma a grafita; forma-se o 
composto longe de equilíbrio Fe3C, chamado de cementita, no lugar da grafita. 
O lado mais rico em ferro (Fe) do diagrama de fases para o sistema ferro(Fe)-carbono (C) está apresentado na 
Figura 1. O sistema ferro-carbono pode ser dividido em duas porções, que são: 
• porção rica em ferro; 
• porção para composições no intervalo (6,7-100) %p C (grafita pura). 
Os aços e ferros fundidos possuem teores de carbono inferiores a 6,7 %p (em peso) de carbono (C). O ferro 
puro comercial contém teores menores do que 0,008 %p de carbono (C); os aços contêm entre 0,008 e 2,11 %p de 
carbono (C); e os ferros fundidos contém entre 2,11 e 6,7 %p de C. 
O diagrama da Figura 9. f poderia ser, de uma maneira mais apropriada, identificado por diagrama de fases Fe3C, ou 
diagrama de fases ferro-carbeto de ferro, uma vez que o carbeto de ferro Fe-Fe3C, chamado de cementita, é agora 
considerado um componente. Mas, por convenção, as composições são expressas em %peso de C e não em %p 
de Fe3C, ou seja, no diagrama, a composição 6,7 %p de carbono (C) corresponde a 100 %p de Fe3C. 
O ferro puro tem alterada sua estrutura cristalina duas vezes antes de se fundir. No eixo vertical, à esquerda, no 
diagrama de fases Fe-Fe3C, estão presentes todas as transformações alotrópicas na estrutura cristalina do ferro puro 
antes de se fundir: 
• à temperatura ambiente a forma estável do ferro puro é a ferrita (ou ferro α), que possui uma estrutura cristalina 
CCC (cúbica de corpo centrado); 
• à temperatura de 912°C, a ferrita sofre uma transformação alotrópica para austenita (ou ferro γ), que possui uma 
estrutura cristalina CFC (cúbica de face centrada); 
• a fase austenita persiste até 1394 °C, quando ela reverte novamente para uma fase com estrutura CCC, 
denominada ferrita δ; 
• à temperatura de 1538 °C, a ferrita δ (ou ferro δ) se funde. 
 
Figura 1 - Diagrama de fases binário Fe-Fe3C 
 
O Sistema Ferro-Carbono (II): Reação Eutetoide 
Pode também ser observado no diagrama de fases Fe-Fe3C a existência de um ponto invariante eutético. Por 
essa reação eutética, um líquido de composição eutética (4,3 %p de carbono (C)) se solidifica - sob resfriamento 
lento - quando cruza a temperatura de 1147 °C, para formar as fases austenita e cementita. O resfriamento 
subseqüente promoverá as transformações de fase adicionais. A reação eutética é: 
 
A Equação acima mostra que a reação eutética ocorre no resfriamento e no aquecimento. 
 
Também pode ser observado no diagrama de fases Fe-Fe3C a existência de um ponto invariante eutetoide. Para 
essa reação eutetoide, uma austenita de composição eutetoide (0,76 %pC) se transforma em ferrita e cementita 
imediatamente abaixo da temperatura eutetoide de 727 °C. Deve frisar que isto ocorre somente quando se 
empregam taxas de resfriamento extremamente lentas. O nome eutetoide é uma analogia com a reação eutética e 
não é uma reação eutética verdadeira. A reação eutetoide é: 
 
Das três transformações invariantes (peritética, eutética e eutetoide), mostradas no diagrama de fases Fe-Fe3C, 
a única que ocorre completamente no estado sólido é a eutetoide. Como a difusão no estado sólido é relativamente 
lenta, esta transformação pode ser completamente inibida por uma têmpera do aço que comece numa temperatura 
superior a 727°C. 
Na reação eutetoide - que ocorre mediante resfriamento lento- a fase sólida γ (estrutura CFC) se transforma em 
ferrita (estrutura CCC) e em cementita (ortorrômbica). Há quase 12 % de cementita e pouco mais de 88 % de ferrita 
na mistura resultante da decomposição. A temperatura é suficientemente baixa para que a formação da grafita seja 
considerada desprezível. 
A microestrutura desse aço eutetoide consiste em camadas alternadas ou lamelas das duas fases (α e Fe3C), que se 
formam simultaneamente durante a transformação, e a razão entre as espessuras das camadas de ferrita e de 
cementita é de aproximadamente de 8 para 1. 
Essa microestrutura é conhecida por perlita, pois, quando vista ao microscópio, sob pequenas ampliações, ela possui 
uma aparência de pérola. Como a perlita provém da austenita de composição eutetoide, a quantidade de perlita 
presente é igual à da austenita eutetoide transformada. A Figura 2 apresenta uma representação esquemática do 
desenvolvimento das microestruturas, durante a solidificação em condições de equilíbrio, para uma liga ferro-
carbono de composição eutetoide, acima e abaixo da temperatura eutetoide. A segunda parte da Figura 2 é uma 
fotomicrografia de um aço de composição eutetoide mostrando uma microestrutura perlítica, que consiste em 
camadas alternadas de ferrita (fase clara) e Fe3C (camadas finas e escuras). 
 
Figura 2 - Representação esquemática do desenvolvimento das microestruturas, durante a solidificação em 
condições de equilíbrio, para uma liga ferro-carbono de composição eutetoide, acima e abaixo da temperatura 
eutetoide. A Fotomicrografia é de um aço de composição eutetoide mostrando a microestrutura da perlita, que 
consiste em camadas alternadas de ferrita e cementita (Fe3C, lamelas finas e claras). 
 
O Sistema Ferro-Carbono (III): Liga Hipoeutetoide 
Uma liga Fe-Fe3C com composição à esquerda do ponto eutetoide (que contenha entre 0,02 e 0,76 %p de C) é 
conhecida como liga hipoeutetoide. Aço hipoeutetoide é aquele que possui menos carbono que o previsto na 
composição eutetoide. O resfriamento de uma liga hipoeutetoide - em condições de equilíbrio, com resfriamento 
lento - até uma temperatura abaixo da eutetoide, produzirá uma microestrutura em que a ferrita estará 
presente tanto na perlita quanto como uma fase que se formou enquanto se resfriava ao longo da região das fases 
(α + γ). A ferrita nucleia-se no contorno de grão da austenita (ferro γ). Denomina-se ferrita eutetoide a ferrita 
presente na perlita, e ferrita proeutetoide a ferrita que se formou acima da temperatura eutetoide. A Figura 3 
mostra uma representação esquemática do desenvolvimento das microestruturas, durante a solidificação em 
condições de equilíbrio, para uma liga ferro-carbeto de ferro de composição hipoeutetoide C0. A segunda parte da 
Figura 3 é uma fotomicrografia de um aço com 0,38 %p de C (hipoeutetoide), que possui uma microestrutura 
composta por perlita e ferrita proeutetoide. 
 
Figura 3 - Representação esquemática do desenvolvimento da microestrutura durante a solidificação, em condições 
de equilíbrio, de uma liga ferro-carbono (Fe-C)de composição hipoeutetoide. Fotomicrografia de um aço com 
0,35 %pC (hipoeutetoide), que possui uma microestrutura composta por perlita e ferrita proeutetoide. 
 
O Sistema Ferro-Carbono (IV): Liga Hipereutetoide 
Uma liga Fe-Fe3C (ferro-carbeto de ferro) com composição à direita do ponto eutetoide (que contenha entre 0,76 e 
2,14 %p de C) é conhecida como liga hipereutetoide. Aço hipereutetoide é aquele que contém mais carbono do que 
a composição eutetoide. O resfriamento de uma liga hipereutetoide em condições de equilíbrio (resfriamento muito 
lento) até uma temperatura abaixo da eutetoide, produzirá uma microestrutura composta de ferrita e cementita. A 
cementita estará presente tanto na perlita quanto como numa fase que se formou enquanto se resfriava ao longo da 
região das fases (γ + cementita). Denomina-se cementita eutetoide a cementita presente na perlita e cementita 
proeutetoide a cementita que se formou em temperaturas superiores ao ponto eutetoide. A Figura 4 apresenta uma 
representação esquemática do desenvolvimento das microestruturas, durante a solidificação em condições de 
equilíbrio, para uma liga ferro-carbeto de ferro de composição hipereutetoide C0. A segunda parte da Figura 4 é uma 
fotomicrografia de um aço com 1,0 %pC, que possui uma microestrutura composta por uma cementita proeutetoide 
(clara), que envolve as colônias de perlita. 
 
Figura 4 - Representação esquemática do desenvolvimento da microestrutura durante a solidificação, em condições 
de equilíbrio, de uma liga ferro-carbono Fe-C de composição hipereutetoide. Fotomicrografia de um aço com 
1,0 %pC, que possui uma microestrutura composta por uma cementita proeutetoide (clara), e as colônias de perlita.