Cite as principais formas alotrópicas do ferro e suas principais características

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Cite as principais formas alotrópicas do ferro e suas principais características.
- FERRO a = FERRITA. Estrutura= ccc; Temperatura “existência” = até 912 °C; Fase Magnética até 768 °C (temperatura de Curie); Solubilidade máxima do Carbono= 0,02% a 727 °C).
- FERRO g = AUSTENITA. Estrutura= cfc (tem + posições intersticiais); Temperatura “existência”= 912 -1394°C, Fase Não-Magnética, Solubilidade máxima do Carbono= 2,14% a 1148°C.
- FERRO d = FERRITA d. Estrutura= ccc; Temperatura “existência” = acima de 1394°C; Fase Não-Magnética; É a mesma que a ferrita a; Como é estável somente a altas temperaturas não apresenta interesse comercial
Qual a estrutura do ferro que é magnética? Até que temperatura o ferro é magnético?
Ferro a ou ferrita. Sua fase magnética é até 768°C
A solubilidade do carbono é maior na ferrita ou na austenita? Explique.
Austenita é maior que a ferrita. Como na ferrita, os átomos de carbono estão dissolvidos intersticialmente, mas muito maior no arranjo CFC. Esta diferença na solubilidade do carbono na austenita e ferrita α é a base para o endurecimento da maioria dos aços.
Qual a composição dos aços quanto ao teor de carbono?
Menos de 0,15 %: Aço extra doce (Teor muito baixo de Carbono)
0,15 a 0,25 %: Aço doce (Baixo teor de Carbono)
0,25 a 0,40 %: Aço meio doce (Médio teor de Carbono)
0,40 a 0,60: Aço meio duro (Alto teor de Carbono)
0,60 a 0,80 %: Aço duro (Teor muito alto de Carbono)
0,80 a 1,20 %: Aço extra duro (Teor extra-alto de Carbono)
Como variam as propriedades mecânicas dos aços, como resistência, dureza e ductilidade, nos aços de acordo com o teor de carbono?
A dureza e a resistência mecânica aumentam com o aumento do conteúdo de carbono, por tanto nos processos de fabricação por conformação de metais que se precisa de material dúctil é mais fácil deformar com materiais de menor conteúdo de carbono. Para o processo de usinagem um conteúdo médio de carbono seria bom e também o aumento do conteúdo de carbono dificulta o processo de soldagem.
Qual a composição dos ferros fundidos quanto ao teor de carbono?
A maioria dos ferros-fundidos contém no mínimo 2% de carbono, mais silício (entre 1 e 3%) e enxofre, podendo ou não haver outros elementos de liga. Os cinco tipos de ferros fundidos comercialmente existentes são cinzento, maleável, dúctil, grafítico e compacto branco. Vale ressaltar que na composição do ferro fundido há muito outros elementos que influenciam na sua classificação.
Especifique quantas fases líquidas e sólidas estão presentes no sistema ferro-carbono.
Há uma fase líquida e uma sólida pura. Há também dois momentos onde coexistem uma fase líquida e outra sólida.
Com base no diagrama Fe-C, qual a solubilidade máxima do carbono nos aços e a que temperatura ocorre?
2,08% a 1148°C
Com base no diagrama Fe-C, especifique as temperaturas e composições das reações eutética e Eutetóide.
Eutético: corresponde à liga de mais baixo de fusão. Líquido ®FASE g (austenita) + Cementita
- Temperatura= 1148 °C
- Teor de Carbono= 4,3%
Eutetóide: corresponde à liga de mais baixa temperatura de transformação sólida. Austenita FASE a (FERRITA) + Cementita
- Temperatura= 725 °C
- Teor de Carbono= 0,8 %
Qual a diferença entre aços hipoeutetóides e hipereutetóides?
O teor de carbono. Aços com 0,02-0,8% de C são chamadas de aços hipoeutetóide. Aços com 0,8-2,1% de C são chamadas de aços hipereutetóides
Como são as microestruturas características dos aços eutetóides, hipo e hiper eutetóides?
LIGA EUTETÓIDE: corresponde à liga de mais baixa temperatura de transformação sólida. Austenita: FASE a (FERRITA) + Cementita. A temperatura= 725 °C tem-se um teor de Carbono= 0,8 %. Aços com 0,02-0,8% de C são chamadas de aços hipoeutetóide. Aços com 0,8-2,1% de C são chamadas de aços hipereutetóides. Consiste de lamelas alternadas de fase a (ferrita) e Fe3C (cementita) chamada de perlita. Na ferrita as lamelas são espessas e claras. Já a cementita tem lamelas finas e escuras
LIGA HIPOEUTETÓIDE: Teor de Carbono = 0.002- 0.8 %. Estrutura composta de Ferrita e Perlita. As quantidades de ferrita e perlita variam conforme a % de carbono e podem ser determinadas pela regra das alavancas. As partes claras são chamadas de pró eutetóide ferrita.
LIGA HIPEREUTETÓIDE: Teor de Carbono = 0,8-2,06 %. A estrutura é composta de cementita e Perlita. As quantidades de cementita e perlita variam conforme a % de carbono e podem ser determinadas pela regra das alavancas. As partes claras são chamadas de pró eutetóide cementita.
a- A formação da martensita depende do tempo?
Como a martensita não envolve difusão, a sua formação ocorre instantaneamente (independente do tempo, por isso na curva TTT a mesma corresponde a uma reta)
b- Por que a martensita não aparece no diagrama de equilíbrio Fe-C?
Tem estrutura tetragonal cúbica. Assim, é uma fase metaestável, por isso não aparece no diagrama.
Cite os principais microconstituintes dos aços e suas propriedades mecânicas.
Ferrite, Perlite, Cementite, Bainite, Martensite. (pesquise cada um, fiquei com preguiça)
Quais são as principais fases que podem estar presentes nos aços a temperatura ambiente, se resfriados lentamente? Cite as principais propriedades mecânicas dessas fases.
Diferencie as propriedades da martensita alfa e da martensita revenida, dizendo como podem ser obtidas.
Martensita: É uma solução sólida supersaturada de carbono (não se forma por difusão); microestrutura em forma de agulhas; é dura e frágil (dureza: 63-67 Rc); tem estrutura tetragonal cúbica (é uma fase metaestável, por isso não aparece no diagrama). Na martensita todo o carbono permanece intersticial, formando uma solução sólida de ferro supersaturada com carbono, que é capaz transformar-se em outras estruturas, por difusão, quando aquecida. É obtida quando se resfria aço austenítico rapidamente até a temperatura ambiente.
Martensita revenida: É obtida pelo reaquecimento da martensita (fase alfa + cementita). Neste processo, a dureza cai; os carbonetos precipitam e formam de agulhas escuras
Qual o microconstituinte mais mole dos aços?
Ferrita
Qual o microconstituinte mais duro dos aços?
Martensita
Quais são os principais fatores que modificam a posição das curvas TTT?
Teor de carbono; Tamanho do grão da austenita; Composição química (elementos de liga)
Alto teor de carbono favorece ou dificulta a formação da martensita? E da perlita?
Quanto menor o teor de carbono (abaixo do eutetóide) mais difícil de obter estrutura martensítica. A percentagem de perlita será tanto menor quanto menor for o teor de carbono, anulando-se quanto este cair abaixo de 0.020%.
Tamanho de grão grande favorece ou dificulta a formação da martensita? E da perlita? Justifique.
Quanto maior os tamanhos de grão mais para a direita deslocam-se as curvas TTT, e o tamanho de grão grande dificulta a formação da perlita, já que a mesma inicia-se no contorno de grão. Então, tamanho de grão grande favorece a formação da martensita
Quais os efeitos dos elementos de liga na formação da martensita e da perlita?
Quanto maior o teor e o número dos elementos de liga, mais numerosas e complexas são as reações. Todos os elementos de liga (exceto o Cobalto) deslocam as curvas para a direita, retardando as transformações. Facilitam a formação da martensita. Como conseqüência: em determinados aços pode-se obter martensita mesmo com resfriamento lento
É possível obter um aço com estrutura austenítica a temperatura ambiente?
No aço AISI 1321 cementado, as linhas Mi e Mf são abaixadas. Neste aço a formação da martensita não se finaliza, levando a se ter austenita residual a temperatura ambiente.
É possível obter um aço com estrutura martensítica por resfriamento lento?
Sim.
Use as curvas TTT para um aço eutetóide para especificar o(s) microconstituinte(s) final para cada um dos casos abaixo. Assuma que o resfriamento inicia-se a 760C.
Resfriamento rápido até 350 C, onde permanece por 103 segundos e então é resfriada até a temperatura ambiente
Bainita.
Resfriado rapidamente até 625 C, onde permanece por 10 segundos e então é resfriada atéa temperatura ambiente.
Ferrita e austenita.
Resfriado rapidamente até 600 C, onde permanece por 4 segundos, logo após é resfriada novamente rapidamente até 450 C, onde permanece por 10 segundos e então é resfriada até a temperatura ambiente.
Ferrita e austenita.
Reaquecimento da amostra “c” a 700C por 20 horas
Perlita grossa.
Resfriado rapidamente até 300C, permanecendo por 20 segundos e então resfriado rapidamente em água.
Martensita.
Qual a % de ferrita, austenita e cementita presente para um aço com 0,6% de Carbono a 725C?
%fer = 100*(0,6-0,02)/(0,77-0,02) = 77,33% ferrita
%cem = 100 - %fer = 100 – 77,33% = 22,66% austenita
Determinar a quantidade de perlita para um aço com 0,5% de Carbono, o qual foi resfriado lentamente a partir de 860C até a temperatura ambiente.
De 870° a 780°C: Austenita com 0,5%C; de 780° a 727°C(+): ferrita se separa da austenita, conteúdo de carbono desta aumenta para 0,76%C; a 727°C (+) a composição da austenita é de 0,76%C e a porcentagem no material é de 64,8%
A 727°C (-): quantidade de perlita = 64,8%
Calcular a % de ferrita, cementita e perlita a temperatura ambiente para os seguintes aços:
A solubilidade de carbono na ferrita à temperatura ambiente pode ser considerada nula. Com isso, abaixo do ponto eutetóide há uma precipitação de cementita na ferrita, porque a solubilidade do carbono nesta cai a quase zero.
0,2% de C
%cem = 100*(Ci-Cf)/(Cc-Cf) = 100*(0,2-0)/(6,67-0) = 2,99% cementita
%fer = 100 - %cem = 100*(Cc-Ci)/(Cc-Cf) = 100*(6,67-0,2)/(6,67-0) = 97,01% ferrita
1,0% de C
%cem = 100*(Ci-Cf)/(Cc-Cf) = 100*(1-0)/(6,67-0) = 14,99% cementita
%fer = 100 - %cem = 100*(Cc-Ci)/(Cc-Cf) = 100*(6,67-1)/(6,67-0) = 85,01% ferrita
1,5% de C
%cem = 100*(Ci-Cf)/(Cc-Cf) = 100*(1,5-0)/(6,67-0) = 22,44% cementita
%fer = 100 - %cem = 100*(Cc-Ci)/(Cc-Cf) = 100*(6,67-1,5)/(6,67-0) = 77,56% ferrita
A estrutura cristalina de um sólido é a designação dada ao conjunto de propriedades que resultam da forma como estão espacialmente ordenados os átomos ou moléculas que o constituem.
- Sólidos cristalinos: Uma substância pode ser considerada cristalina quando os átomos (ou moléculas) que a constitui estão dispostos segundo uma rede tridimensional bem definida e que é repetida por milhões de vezes. (Ordem de longo alcance) Exemplos: Todos os metais e a maior parte das cerâmicas
- Sólidos amorfos ou não-cristalinos: Em geral, não apresentam regularidade na distribuição dos átomos e podem ser considerados como líquidos extremamente viscosos. Exemplos: Vidro, piche e vários polímeros
- Para avaliarmos o grau de repetição de um estrutura cristalina é necessário definirmos qual a unidade estrutural que esta sendo repetida, que é chamada de célula unitária. A principal característica da célula unitária é que esta apresenta a descrição completa da estrutura como um todo, incluindo a estequiometria.
Algumas vezes os grãos colunares ramificam-se e estes ramos se ramificam de novo (ramificações secundárias), podendo surgir até mesmo ramificações terciárias a partir das secundárias. Os grãos resultantes são então chamados dendritas
Mistura eutéctica (alternativamente designada mistura eutética; do grego eutektos, "facilmente fundida") é uma mistura de compostos ou elementos químicos, (como uma liga metálica), em uma determinada proporção na qual o ponto de fusão é o mais baixo possível. Ou seja durante resfriamento uma fase líquida se transforma em, pelo menos, duas fases sólidas.[1] Essa composição é conhecida como composição eutéctica e sua temperatura como temperatura eutéctica.[2]
Uma das misturas eutécticas mais conhecida é a solda para componentes electrônicos, feita de estanho e chumbo, onde o ponto de fusão desta é menor que o de seus componentes isolados (183 °C, contra 232 °C e 327 °C, respectivamente), e sendo, por isso, chamado ponto eutéctico. Há também outras misturas eutécticas usadas em metalurgia, mesmo não-metálicas (para formar escória) e na indústria do vidro (na qual os componentes acrescentados, como o carbonato de sódio, são chamados "fundentes").