Sistema Ferro Carbono

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Profª. Me. Fernanda Dias Troysi
INTRODUÇÃO
De todos os sistemas de ligas binárias, talvez o mais importante seja o formado pelo ferro e
pelo carbono. Tanto os aços quanto os ferros fundidos, que são os principais materiais
estruturais em toda cultura tecnologicamente avançada, são essencialmente ligas ferro-
carbono.
Pontos importantesFerro 
comercialmente 
puro: até 
0,008%C
Aços: 0,008%C 
a 2,06-2,11%C
Ferros fundidos: acima 
de 2,06-2,11%C
Pontos importantes
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Ponto peritético: 0,51%C a 1493ºC (L + δ → γ)
Ponto eutetóide: 0,76-0,8%C a 727ºC (γ → α + Fe3C)
Ponto eutético: 4,3%C a 1147ºC (L → γ + Fe3C)
Pontos importantes
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FERRITA (Ferro α)
O Ferro puro ao ser aquecido, apresenta duas mudanças de 
estrutura cristalina antes de fundir à 1538°C.
0 – 912°C : Forma estável 
conhecida como FERRITA, ou 
FERRO α, apresenta 
estrutura cristalina CCC.
Ferrita α (ampliação 90x) - Callister
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FERRITA (Ferro α)
- É a forma estável do Fe puro para temperaturas até 912ºC;
- Possui estrutura cristalina CCC;
- Estrutura macia e dúctil;
- Baixa capacidade de dissolver carbono (máximo de 0,022% a 727ºC);
- É uma solução sólida de C em Fe (com teor variando entre 0 e 0,022%);
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AUSTENITA (Ferro )
912 –1394 °C : A ferrita
apresenta uma 
transformação polimórfica 
para AUSTENITA, ou FERRO 
. Apresentando estrutura 
cristalina CFC.
Austenita  (ampliação 325x) - Callister
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AUSTENITA (Ferro )
- Forma estável do Fe puro para temperaturas superiores a 912ºC;
- Possui estrutura cristalina CFC;
- Nas temperaturas em que é estável, também é macia e dúctil;
- Moderada capacidade de dissolver carbono (2,11% a 1147ºC);
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AUSTENITA (Ferro )
* Observação:
- A diferença nos limites de solubilidade de carbono na ferrita e austenita
se devem ao tipo de estrutura cristalina de cada fase.
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1394 –1538 °C : Austenita CFC reverte novamente a 
uma fase de ferrita CCC, conhecida como FERRITA .
FERRITA 
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CEMENTIITA Fe3C
O eixo das composições se estende apenas até 
6,70 %p C; nessa concentração se forma o 
composto intermediário carbeto de ferro, ou 
cementita (Fe3C), representado por uma linha 
vertical no diagrama de fases.
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CEMENTIITA Fe3C
Fase θ, Cementita, Carbeto ou Carboneto de Ferro, Fe3C:
- Precipitado rico em carbono (frequentemente em forma de lamelas);
- Possui estrutura cristalina ortorômbica;
- Material cerâmico, muito duro e frágil;
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CEMENTIITA Fe3C
Fração rica em Ferro
100%
GRAFITA PURA!!!
Na prática, todos os aços e ferros fundidos apresentam teores de carbono inferiores a 6,70 
%p C; portanto, consideramos apenas o sistema ferro-carbeto de ferro.
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Análise transformação do ferro puro no 
Diagrama Fe-Fe3C
O carbono é uma impureza
intersticial no ferro e forma uma
solução sólida tanto com a
ferrita α quanto com a ferrita δ,
e também com a austenita.
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LIGAS EUTETÓIDES (0,76 ~ 0,80%C)
Austenita γ (0,76%C) → ferrita α (0,02%C) +
cementita Fe3C (6,67%C)
A estrutura formada pelo resfriamento lento de
um aço eutetóide, constituída de ferrita e
cementita, recebe o nome de PERLITA.
Micrografia de um aço eutetoide mostrando a microestrutura 
da perlita, a qual consiste em camadas alternadas de ferrita α
(fase clara) e Fe3C (camadas finas, cuja maioria aparece 
escura). Ampliação de 470x.
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• Perlita (α + Fe3C) : microconstituinte presente em aços formado por lamelas de
cementita dispostas em uma matriz de ferrita;
• A perlita é composta por aproximadamente 12% de cementita (Fe3C) e 88% de ferrita
(α) (regra da alavanca);
• A formação de perlita (α + Fe3C) a partir da austenita () é um processo que ocorre por
nucleação e crescimento;
• Esse processo de nucleação e crescimento, por sua vez, depende da transformação de
austenita () em ferrita (α) : o Fe CFC (contendo 0,8%C dissolvido em solução sólida)
deve transformar-se em Fe CCC (que é capaz de reter apenas 0,02%C em solução
sólida);
• O processo de expulsão do C da estrutura cristalina da austenita () ocorre por difusão,
portanto demanda tempo e temperatura;
LIGAS EUTETÓIDES (0,76 ~ 0,80%C) -
PERLITA
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LIGAS EUTETÓIDES (0,76 ~ 0,80%C)
• A precipitação do C a partir da austenita (), sob a forma de cementita (Fe3C), ocorre por
difusão. Portanto, demanda tempo e temperatura. Consequentemente, caso o resfriamento
ocorra fora do equilíbrio, não haverá formação de perlita (α + Fe3C) mas de outras estruturas.
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LIGAS EUTETÓIDES (0,76 ~ 0,80%C)
Representação esquemática da formação da 
perlita (α + Fe3C ) a partir da austenita (); a 
direção da difusão do carbono está indicada 
por setas.
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LIGAS EUTETÓIDES (0,76 ~ 0,80%C)
Austenita () contendo 0,76%C a 727ºC
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LIGAS HIPOEUTETÓIDES (%C < 0,76)
Considere uma composição C0, à
esquerda do eutetoide, entre 0,022
%p C e 0,76 %p C; ela é denominada
liga hipoeutetoide (“menos que o
eutetoide”).
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LIGAS HIPOEUTETÓIDES (%C < 0,76)
A aproximadamente 875 ºC,
ponto c, a microestrutura
consistirá inteiramente em
grãos da fase  (austenita).
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LIGAS HIPOEUTETÓIDES (%C < 0,76)
• Resfriamento até o ponto d, em 
aproximadamente 775ºC;
• Região das fases α (ferrita) + γ
(austenita);
• A maioria das pequenas 
partículas α irá se formar ao 
longo dos contornos originais 
dos grãos γ. 
• As composições das fases α e γ
podem ser determinadas usando 
a linha de amarração 
apropriada;
• Essas composições 
correspondem, respectivamente, 
a aproximadamente 0,020 %p C 
e 0,40 %p C.
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LIGAS HIPOEUTETÓIDES (%C < 0,76)
• O resfriamento do ponto d até o 
ponto e, região α + γ ;
• as partículas α (ferrita) terão 
crescido. 
• As composições das fases α e γ
(austenita) são determinadas 
pela construção de uma linha de 
amarração na temperatura Te; 
• A fase α conterá 0,022 %p C, 
enquanto a fase γ terá a 
composição eutetoide, 0,76 %p 
C.
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LIGAS HIPOEUTETÓIDES (%C < 0,76)
• Com a redução da temperatura até 
imediatamente abaixo do eutetoide, 
ponto f, toda fase γ (austenita) que 
estava presente na temperatura Te
(e que possuía a composição 
eutetoide) se transformará em 
perlita (ferrita α + cementita Fe3C);
• A fase ferrita (α ) estará presente 
tanto na perlita quanto na fase que 
se formou enquanto se resfriava 
pela região das fases α + γ (ferrita + 
austenita). 
• A ferrita que está presente na perlita
é chamada de ferrita eutetoide, 
enquanto a outra, a que se formou 
acima de Te, é denominada ferrita
proeutetoide
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LIGAS HIPOEUTETÓIDES (%C < 0,76)
Austenita ()
Ferrita (α) Austenita ()
Transforma 
em PERLITA 
(α + Fe3C)
Ferrita eutetoide, pois 
transformou na 
temperatura eutetoide
Ferrita 
proeutetoide
(𝜶𝒑𝒓𝒐)
Ferrita formada acima da 
temperatura eutetoide.
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LIGAS HIPOEUTETÓIDES (%C < 0,76)
micrografia de um aço com 0,38 %p C; as regiões brancas e maiores correspondem à ferrita
proeutetoide (𝜶𝒑𝒓𝒐).Para a perlita, o espaçamento entre as camadas α e Fe3C (ferrita e
cementita) varia de grão para grão.
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LIGAS HIPOEUTETOIDES (%C < 0,76)
A quantidade relativa de ferrita proeutetoide (𝜶𝒑𝒓𝒐) e de perlita (α + Fe3C) pode ser
determinada através da regra da alavanca em conjunto com uma linha de amarração que
se estende da fronteira entre fases α (0,022 %p C) até a composição eutetoide (0,76 %p
C), uma vez que a perlita (α + Fe3C) é o produto da transformação da austenita () com
essa composição.
Fração mássica de 
perlita (α + Fe3C)
Fração mássica de 
ferrita proeutetoide
(𝜶𝒑𝒓𝒐) 
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LIGAS HIPEREUTETOIDES
(0,76 < %p C > 2,14)
ligas hipereutetoides, que são
aquelas que contêm entre 0,76 e
2,14 %p C, quando resfriadas a
partir de temperaturas no campo
da fase γ (austenita).
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LIGAS HIPOEUTETÓIDES (%C < 0,76)
• No ponto g, apenas a fase γ
(austenita) está presente, com
uma composição C1;
• A microestrutura apresentará
apenas grãos da fase γ
(austenita).
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LIGAS HIPOEUTETÓIDES (%C < 0,76)
• Com o resfriamento para o campo das
fases γ (austenita) + Fe3C (cementita),
ponto h — a fase cementita começará a
se formar ao longo dos contornos dos
grãos da fase γ inicial.
• Essa cementita é chamada de
cementita proeutetoide — aquela que
se forma antes da reação eutetoide.
• A composição da cementita permanece
constante (6,70 %p C) conforme a
temperatura varia.
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LIGAS HIPOEUTETÓIDES (%C < 0,76)
• A composição da fase γ (austenita)
move-se ao longo da linha em direção à
composição eutetoide.
• Conforme a temperatura é reduzida por
meio da eutetoide, até o ponto i, toda a
austenita () restante, com composição
eutetoide, é convertida em perlita (α+
Fe3C);
• Dessa forma, a microestrutura resultante
consistirá em perlita (α+ Fe3C) e
cementita proeutetoide (Fe3C pro) como
microconstituintes;
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LIGAS HIPOEUTETÓIDES (%C < 0,76)
Austenita ()
Cementita (Fe3C) Austenita ()
Transforma 
em PERLITA 
(α + Fe3C)
Ferrita eutetoide, pois 
transformou na 
temperatura eutetoide
Cementita
proeutetoide
(Fe3C pro)
Cementita formada acima 
da temperatura eutetoide.
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LIGAS HIPOEUTETÓIDES (%C < 0,76)
Na micrografia de um aço com 1,4 
%p C, observe que a cementita
proeutetoide aparece clara. Uma vez 
que ela tem aparência semelhante à 
da ferrita proeutetoide, existe 
alguma dificuldade em distinguir 
entre os aços hipoeutetoides e 
hipereutetoides com base na 
microestrutura.
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LIGAS HIPOEUTETÓIDES (%C < 0,76)
Quantidade relativa dos microconstituintes perlita (α+ Fe3C) e Fe3C proeutetoide pode ser calculada
para os aços hipereutetoides de maneira análoga à empregada para os materiais hipoeutetoides; a
linha de amarração apropriada estende-se entre 0,76 %p C e 6,70 %p C. Assim, as frações de
perlita, Wp, e cementita proeutetoide, WFe3C′, são determinadas a partir das seguintes expressões:
EXEMPLO
Determinação da Quantidade Relativa dos Microconstituintes Ferrita, Cementita e Perlita
para uma liga com 99,65 %p Fe-0,35 %p C em uma temperatura imediatamente abaixo da
eutetoide.
0,760,35
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EXEMPLO
a) As frações das fases ferrita (α) total e cementita (Fe3C).
0,760,35
T X
𝛼𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 =
𝑋
𝑋 + 𝑇
𝛼𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 =
6,70 − 0,35
6,70 − 0,022
𝛼𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 0,95
Fe3C =
𝑇
𝑋 + 𝑇
Fe3C =
0,35 − 0,022
6,70 − 0,022
Fe3C = 0,05
Ou seja dentro da minha composição resultante 
= 𝛼′ + perlita (𝛼𝑒+ Fe3C), 95% corresponde a 
ferrita (𝛼) e 5% a cementita (Fe3C).
𝛼𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝛼
′+ 𝛼𝑒
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EXEMPLO
(b) As frações de ferrita proeutetoide e perlita
0,760,35
T U
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EXEMPLO
c) A fração de ferrita eutetoide.
Toda ferrita está como proeutetoide ou como eutetoide (na perlita). Portanto, a soma dessas
duas frações de ferrita será igual à fração total de ferrita, ou seja,
Wα′ + Wαe = Wα
em que Wαe representa a fração da totalidade da liga composta por ferrita eutetoide. Os
valores para Wα e Wα′ foram determinados nos itens (a) e (b) como 0,95 e 0,56,
respectivamente. Portanto,
Wαe = Wα – Wα′ = 0,95 – 0,56 = 0,39
Ou seja dentro da minha composição perlita
(𝛼𝑒+ Fe3C), 39% corresponde a ferrita
eutetoide (𝛼𝑒) e 41 a cementita (Fe3C).