Aula 08 Diagrama+de+Fases+Fe-Fe3C+-+Revisado

Prévia do material em texto

Ci
ên
ci
as
 
do
s M
at
er
ia
is
Pr
o
fª.
 
M
ár
ci
a 
R
o
ch
a
1
Diagrama de Fases
Fe-Fe3C
Diagrama de Equilíbrio Fe-C
� O diagrama de equilíbrio Fe-C é o ponto de partida para o
estudo da constituição e estrutura de qualquer aço ou ferro
fundido.
� Representa, na realidade, o equilíbrio metaestável, pois o
verdadeiro equilíbrio estabelece-se entre o ferro e a grafita.
Considera-se apenas o equilíbrio metaestável entre o ferro e o
carboneto de ferro (cementita).
� É obtido experimentalmente por pontos e apresenta as
temperaturas em que ocorrem as diversas transformações das
ligas Fe-C.
Às vezes o sistema não tem 
tempo suficiente para atingir o 
estado de equilíbrio.
Ci
ên
ci
as
 
do
s M
at
er
ia
is
Pr
o
fª.
 
M
ár
ci
a 
R
o
ch
a
2
Alotropia do Ferro
� ALOTROPIA: é um fenômeno químico que consiste em poder
um elemento químico cristalizar-se em mais de um sistema
cristalino e ter por isso diferentes propriedades físicas.
� SOLUBILIDADE: Capacidade do ferro de absorver maior
quantidade de carbono devido ao fenômeno da alotropia.
Ci
ên
ci
as
 
do
s M
at
er
ia
is
Pr
o
fª.
 
M
ár
ci
a 
R
o
ch
a
3
Soluções Sólidas Intersticiais de carbono em Ferro
� FERRITA-α: 
� Solução sólida de carbono em ferro alfa (Feα).
� Estrutura cristalina CCC.
� Limite de solubilidade: 0,022% em peso de carbono.
� AUSTENITA: 
� Solução sólida de carbono em ferro gama (Feγ).
� Estrutura cristalina CFC.
� Limite de solubilidade: 2,11% em peso de carbono.
� FERRITA-δ: 
� Solução sólida de carbono em ferro delta (Feδ).
� Estrutura cristalina CCC.
� Limite de solubilidade: 0,022% em peso de carbono.
Ferrita - α: Solução Sólida de Fe-C
� Na ferrita α CCC,
� Apenas pequenas concentrações de carbono são solúveis; a máxima
solubilidade é 0,022%C em peso a 727oC.
� A limitada solubilidade é explicada pela forma e tamanho das posições
intersticiais, que torna difícil acomodar os átomos de carbono.
� Mesmo embora presente em relativamente baixas concentrações, o
carbono afeta significativamente as propriedades mecânicas da ferrita.
� Esta particular fase ferro-carbono é relativamente macia, pode ser
tornada magnética em temperaturas inferiores a 768oC.
Ci
ên
ci
as
 
do
s M
at
er
ia
is
Pr
o
fª.
 
M
ár
ci
a 
R
o
ch
a
4
Austenita: Solução Sólida de Fe-C
� Austenita, ou a fase γ do ferro,
� Quando em liga justamente com o carbono, não é estável abaixo de
727oC.
� A máxima solubilidade de carbono na austenita é 2,11%C em peso a
1147oC.
� Esta solubilidade é aproximadamente 100 vezes maior do que a
máxima para a ferrita CCC, de vez que as posições intersticiais CFC
têm formato tal que quando os átomos de carbono os enchem, as
deformações impostas sobre os circunvizinhos átomos de ferro são
muito menores.
� As transformações de fase envolvendo austenita são muito importantes
no tratamento térmico dos aços.
� A austenita é não-magnética.
Ferrita - δ: Solução Sólida de Fe-C
� A ferrita δ
� É virtualmente igual à ferrita α, exceto para a faixa de temperaturas na 
qual cada uma existe. 
� A ferrita δ é estável apenas em temperaturas relativamente altas.
� Não apresenta importância tecnológica.
Ci
ên
ci
as
 
do
s M
at
er
ia
is
Pr
o
fª.
 
M
ár
ci
a 
R
o
ch
a
5
Cementita: (Fe3C)
� Cementita
� Carbeto de ferro ou carboneto de ferro.
� Estrutura cristalina ortorrômbica.
� Contêm 6,67 % de carbono e 93,33% de ferro.
� Se forma quando o limite de solubilidade de carbono no ferro α é
excedido abaixo de 727oC (para composições dentro da região de fase
α + Fe3C).
� Fe3C também coexistirá com a fase γ entre 727 e 1147oC.
� Mecanicamente cementita é muito dura e frágil; a resistência de alguns
aços é grandemente melhorada pela sua presença.
Ci
ên
ci
as
 
do
s M
at
er
ia
is
Pr
o
fª.
 
M
ár
ci
a 
R
o
ch
a
6
Diagrama de Fases Fe-Fe3C
γγγγ (0,77%C) → αααα(0,022%C) +Fe3C(6,67%C)
L(4,30%C) → γγγγ (2,11%C) +Fe3C(6,67%C)
Diagrama de Fases Fe-Fe3C: Aço
� Aço hipoeutetóide:
� Teor de carbono entre 0,022 e 0,77% em peso.
� Dureza e resistência mecânica inferiores ao aço eutetóide,
mas uma maior ductilidade e tenacidade.
� Aço eutetóide :
� Aço com teor de carbono de 0,77% em peso. Boa resistência
mecânica e boa resistência ao desgaste, com algum sacrifício
de ductilidade e tenacidade.
� Aço hipereutétóide:
� Teor de carbono entre 0,77 a 2,11% em peso.
Ci
ên
ci
as
 
do
s M
at
er
ia
is
Pr
o
fª.
 
M
ár
ci
a 
R
o
ch
a
7
Diagrama de Fases Fe-Fe3C: Aço Microestruturas
No final da transformação a estrutura do aço será formada por lamelas 
intercaladas de ferrita-α e cementita, estrutura essa que recebe o nome de Perlita.
Diagrama de Fases Fe-Fe3C: Aço Hipoeutetóide
Ci
ên
ci
as
 
do
s M
at
er
ia
is
Pr
o
fª.
 
M
ár
ci
a 
R
o
ch
a
8
Diagrama de Fases Fe-Fe3C: Aço Eutetóide
Diagrama de Fases Fe-Fe3C: Aço Hipereutetóide
Ci
ên
ci
as
 
do
s M
at
er
ia
is
Pr
o
fª.
 
M
ár
ci
a 
R
o
ch
a
9
Diagrama de Fases Fe-Fe3C: Ferro Fundido
� Ferro Fundido hipoeutético
� Liga com teor de carbono entre 2,11 e 4,3% p. Apresentar áreas de 
perlita, ledeburita e cementita.
� Ferro Fundido eutético
� Liga com teor de carbono de 4,3% p. Apresenta uma estrutura com 
glóbulos de austenita e fundo de cementita e, denominada ledeburita. 
Continuando o resfriamento, abaixo de 727°C não poderá mais existir a 
austenita e, portanto, a ledeburita será composta por glóbulos de 
perlita sobre fundo de cementita.
� Ferro Fundido hipereutético
� Liga com teor de carbono entre 4,3 e 6,67% p. Apresenta cristais de 
cementita em forma de agulhas sobre fundo de ledeburita.
Diagrama de Fases Fe-Fe3C: Ferro Fundido 
Microestruturas
Ci
ên
ci
as
 
do
s M
at
er
ia
is
Pr
o
fª.
 
M
ár
ci
a 
R
o
ch
a
10
Regra da Alavanca
� Considere uma liga cuja composição é 2,11% em peso de carbono a 1300 °C. 
Calcule a fração da fase líquida.