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Diagrama de equilíbrio de ligas não ferrosas Ligas não ferrosas são ligas metálicas (mistura de metais) que não contém ferro ou, se o tem, a quantidade é pequena. O bronze é um exemplo de liga não ferrosa, utilizada por indústrias de segmentos diferentes, desde o simples até o complexo, na fabricação de produtos variados. São ligas de cobre com vários outros elementos, incluindo o estanho. Essas ligas são relativamente mais resistentes do que os latões, porém ainda possui um elevado nível de resistência a corrosão Diagrama de equilíbrio de fases do bronze Cobre (Cu) – Estanho (Sn) Fase α - Estrutura CFC, ocorre até 36% de estanho em peso. Fase β - Fase intermediária, solução sólida (CCC), com 24,6 % de Sn, dureza maior que α decomposição eutetóide a 586ºC em fases α e γ. Fase γ - Solução sólida CCC,com 27,5% de Sn. Fase intermediária, a 520ºC decomposição eutetóide (α e γ). Fase δ - Composto intermetálico (Cu31Sn8) CCC, possui elevada dureza e, portanto, é um composto muito frágil. Fase ξ - Fase intermediária pseudo hexagonal (Cu3Sn). Ocorre entre 36,5 a 38% de Sn. Esta fase é dificilmente conseguida, pois requer resfriamento muito lento. https://prezi.com/ma6o45ozgha7/diagrama-de-fases-do-bronze/ http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm13/fcm13_3.html Sistema Ferro-Carbono O Carbeto de Ferro (Cementita, Fe3C) O carbeto ou carboneto de ferro, , na temperatura ambiente é estável e não se decompõe. Mas, se aquecido em altas temperaturas por períodos muito longos de tempo, é uma fase metaestável; neste caso a cementita pode decompor-se em ferrita e em grafita, a forma de equilíbrio do carbono. Consequentemente, o diagrama de fase é um diagrama longe do equilíbrio e metastável, pois a cementita não é um composto em condições de equilíbrio. Contudo, como a taxa de decomposição da cementita é extremamente lenta, potencialmente todo o carbono estará na forma de , e não de grafita. Na ferrita (CCC) somente pequenas concentrações de carbono são solúveis e a solubilidade máxima é de 0,02%p na temperatura de 727°C. Os interstícios de uma estrutura CCC da ferrita são pequenos para acomodar com facilidade o pequeno átomo de carbono (0,071nm). A cementita se forma quando o limite de solubilidade para o carbono na ferrita é excedido a temperaturas abaixo de 727°C (para composições dentro da região das fases). Se nenhum outro elemento de liga for adicionado, a austenita não é estável a temperaturas inferiores a 727°C. A estrutura CFC da austenita possui posições intersticiais maiores que os da ferrita e a solubilidade máxima do carbono na austenita é de 2,11%p na temperatura de 1147°C, valor quase 100 vezes maior que o máximo valor para a ferrita. A cementita também coexistirá com a fase entre as temperaturas 727°C e 1147°C. A Figura 9.g mostra um gráfico de solubilidade do carbono na ferrita (ferro ) e austenita (ferro ), para temperaturas até 1147°C. A nomenclatura para a cementita não significa que o carbeto de ferro forme moléculas, mas, simplesmente, que o reticulado cristalino contém átomos de ferro (Fe) e de carbono (C) numa proporção de 3 átomos de Fe para 1 de C. O possui célula unitária ortorrômbica, com 12 átomos de ferro e 4 átomos de carbono por célula unitária. Reação Eutetóide Pode também ser observado no diagrama de fases 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 a existência de um ponto invariante eutetóide. Para essa reação eutetóide, uma austenita de composição eutetóide (0,76%p C) se transforma em ferrita e cementita imediatamente abaixo da temperatura eutetóide de 727°C. Deve frisar que isto ocorre somente quando se empregam taxas de resfriamento extremamente lentas. O nome eutetóide é uma analogia com a reação eutética e não é uma reação eutética verdadeira. A reação eutetóide é: Das três transformações invariantes (peritética, eutética e eutetóide), mostradas no diagrama de fases , a única que ocorre completamente no estado sólido é a eutetóide. 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 eutetóide -que ocorre mediante resfriamento lento- a fase sólida se transforma em ferrita 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 eutetóide consiste em camadas alternadas ou lamelas das duas fases ( e ), 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 eutetóide, a quantidade de perlita presente é igual à da austenita eutetóide transformada. Liga Hipoeutetóide Uma liga com composição à esquerda do ponto eutetóide (que contenha entre 0,02 e 0,76%p de C) é conhecida como liga hipoeutetóide. Aço hipoeutetóide é aquele que possui menos carbono que o previsto na composição eutetóide. O resfriamento de uma liga hipoeutetóide - em condições de equilíbrio, com resfriamento lento - até uma temperatura abaixo da eutetóide, 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 (). A ferrita nucleia-se no contorno de grão da austenita (ferro ). Denomina-se ferrita eutetóide a ferrita presente na perlita, e ferrita proeutetóide a ferrita que se formou acima da temperatura eutetóide Liga Hipereutetóide Uma liga (ferro-carbeto de ferro) com composição à direita do ponto eutetóide (que contenha entre 0,76 e 2,14%p de C) é conhecida como liga hipereutetóide. Aço hipereutetóide é aquele que contém mais carbono do que a composição eutetóide. O resfriamento de uma liga hipereutetóide em condições de equilíbrio (resfriamento muito lento) até uma temperatura abaixo da eutetóide, 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 (). Denomina-se cementita eutetóide a cementita presente na perlita e cementita proeutetóide a cementita que se formou em temperaturas superiores ao ponto eutetóide. Bainita e Martensita Se o aço for temperado em vez de normalizado, duas microestruturas, diferentes da perlita, podem ser produzidas pela inibição da transformação eutetóide: 1. bainita é o constituinte que pode ser formado quando a austenita é resfriada rapidamente até uma certa temperatura, usualmente na faixa entre 200 e 400°C, e aí mantida. A bainita é uma dispersão de carbetos submicroscópicos em uma matriz altamente deformada e que contém mais de 0,02% C; 2. martensita é o constituinte que pode ser formado quando a austenita é resfriada rapidamente até temperaturas inferiores àquelas em que se formaria a bainita. É uma fase extremamente dura e frágil, na qual todo o carbono fica aprisionado em solução sólida supersaturada. O carbono em excesso distorce a estrutura cristalina, tornando-a tetragonal de corpo centrado (TCC), sendo a quantidade de distorção (medida pelo valor médio da relação c/a, sendo c a altura e a o lado da célula unitária tetragonal) aproximadamente proporcional ao teor de carbono.A transformação da austenita em perlita e bainita, bem como em ferrita e cementita proeutetóides, parece ocorrer por processo de nucleação e crescimento e desta forma é controlada pela velocidade de difusão. Estas transformações são dependentes tanto do tempo como da temperatura. A transformação da austenita em martensita, por outro lado, se dá sem difusão e ocorre tão rapidamente que é quase independente do tempo. Ocorre por um mecanismo de cisalhamento que é semelhante ao que é responsável pela maclação mecânica. A fração de austenita que se transforma em martensita é determinada quase unicamente pela temperatura; quanto mais baixa a temperatura, maior a fração transformada, até que só se tenha martensita. apenas aos aços comuns ao carbono, cujo eventual conteúdo de elementos de liga constitui um mínimo relevante. A UNS utiliza para a nomenclatura um sistema de uma letra (G) seguida de quatro algarismos, nos quais os dois penúltimos indicam os centésimos percentuais do conteúdo de carbono e os dois primeiros algarismos, à direita da letra G, codificam o elemento de liga adicionado ao ferro e ao carbono; o último algarismo à direita é zero. Por exemplo, um aço 1050 (nomenclatura AISI/SAE) ou G10500 (nomenclatura UNS) é um aço comum ao carbono com 0,5% em peso de carbono. http://www.cienciadosmateriais.org/index.php?acao=exibir&cap=13