APS DE CIÊNCIAS DOS MATERIAIS

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Nome RA 
Amanda Maria da Silva 21064041 
Ana Caroline Garcia 21041154 
Geisa Gomes de Oliveira 20751346 
Nádia Hacl Lourenço 21002484 
Tamires Rodrigues 20572232 
 
 
Prof. Guilherme Duarte de Barros 
 
São Paulo 
2020 
 
 
 
 
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SUMÁRIO 
 Resumo .................................................................................................................................. 3 
 Introdução ............................................................................................................................. 4 
 Criação da estrutura cristalina no programa Crystal Walk .................................................... 8 
 Propriedades químicas e mecânicas ...................................................................................... 9 
 Aplicabilidade da Fe-a mediante as suas propriendades mecânicas ................................... 12 
 Considerações ..................................................................................................................... 14 
 Referências Bibliográficas .................................................................................................. 15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3 
 
 
RESUMO 
O ferro é um material uso pelo homem desde a antiguidade. A abundância dos 
minerais desse material, o custo baixo de sua produção e as múltiplas propriedades físico-
químicas que podem ser obtidas com adição de outros elementos de liga são fatores que dão 
uma extensa variedade de aplicação para o uso deste material. O ferro (símbolo químico Fe, 
número atômico 26) é o primeiro elemento na oitava coluna da tabela periódica. É 
classificado como um metal de transição sendo que os átomos de ferro têm 26 elétrons e 26 
prótons com 30 nêutrons que ocorrem no isótopo mais abundante. É o sexto elemento mais 
abundante no universo. A seguir será apresentado um relatório sobre o ferro alfa e seu uso 
no setor tecnológico. 
 
 
 
 
4 
 
INTRODUÇÃO 
O ferro alfa é um termo de ciência dos materiais para o ferro puro com estrutura 
cristalina cúbica de corpo centrado. É esta estrutura cristalina que da ao aço e ao ferro fundido 
as suas propriedades magnéticas, sendo o exemplo clássico de um material ferro magnético. A 
ferrita possui um Módulo de Young de 280 N / mm² e uma dureza aproximada de 80 Brine ll. 
O aço macio (aço carbono com cerca de até 0,02% em peso C) consiste principalmente de 
ferrita, com quantidades crescentes de perlita. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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DESCRIÇÃO DO FERRO ALFA (FE-A) E SEU USO NO SETOR TECNOLÓGICO 
ORIGEM DO FERRO ALFA 
O ferro encontrado na natureza não em estado livre ou elementar, mas sim em forma 
de pirita FeS, hematita Fe2O3 e Fe3O4, que é transportada para um forno aquecido a uma 
temperatura de 2000 °C, sendo obtido da redução destes compostos. Apresenta 3 formas 
alotrópicas alfa, gama e delta, sendo a mais estável em temperaturas normais, o ferro alfa. 
Figura 1 - (Pirita FeS) 
Fonte: Acervo de imagens da Wikipedia 
Figura 2 – Hematita Fe2O3 e Fe3O4 
Fonte: Acervo de imagens da Wikipedia 
 
 
 
6 
 
USO DO FERRO ALFA NO SETOR TECNOLÓGICO 
 
É utilizado na maioria das vezes na fabricação de aço, usada na Engenharia Civil 
(vigas, concreto armado e etc.). Existem muitos tipos diferentes de aço com diferentes 
propriedades de utilizações. Aço carbono comum é uma liga de ferro com carbono (de 0,1% 
para o aço se leva a 2% para os aços de alto carbono), com pequenas quantidades de outros 
elementos. 
As ligas de aço são aços de carbono com outros aditivos, tais como níquel, crómio, 
vanádio, tungsténio e manganês. Que são mais forte e mais resistente do que o aço carbono e 
têm uma enorme variedade de aplicações, incluindo pontes, postes de eletricidade, correntes 
de bicicleta, ferramentas e canos das espingardas de corte. O aço inoxidável é muito resistente 
à corrosão. Ele contém pelo menos 10,5% de crómio. 
Outros metais, tais como níquel, molibdénio, titânio e cobre, são adicionados para 
melhorar a sua resistência e trabalhabilidade. Ele é usado em arquitetura, rolamentos, 
cutelaria, instrumentos cirúrgicos e joias. Ferro fundido contém 3-5% de carbono. 
 
 
 
7 
 
ESTRUTURA CRISTALINA DO FERRO ALFA 
A estrutura do ferro alfa consiste em uma estrutura tipo CCC (Cúbica de Corpo 
Centrado), onde esta estrutura tem um átomo em cada um dos seus vértices e um no centro. 
 A expressão abaixo representa os cálculos e valor característico de átomos para este 
tipo de estrutura: 
 
 
 
 
Figura 3 – Representação de Célula com estrutura CCC 
Fonte: Site ediciplinas da USFonte: Acervo de imagens da Wikipedia 
Fonte: Site edisciplinas USP 
 
 
 
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CRIAÇÃO DA ESTRUTURA CRITALINA NO PROGRAMA CRYSTAL WALK 
 
 
 
 
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PROPRIEDADES QUÍMICAS E MECÂNICAS 
 
A ferrita é um constituinte formado por uma solução sólida de inserção de carbono em 
ferro alfa. É considerado o mais mole dos aços, porém é o mais tenaz, e o mais maleável, sua 
resistência a tração é de 28 daN/mm2 e alongamento de 35%. Sua solubilidade máxima é de 
0,008 %. Pode também manter em solução de substituição a outros elementos tais como Si, P, 
Ni, Cr, Cu, que aparecem nos aços, bem como impurezas como elementos de ligação. A 
ferrita ou ferro alfa apresenta-se nos aços como constituinte e misturada com a cementita para 
formar parte da perlita. Se o aço é muito pobre em carbono, sua estrutura está formada quase 
que totalmente por grãos de ferrita cujos limites podem ser revelados facilmente com o 
microscópio, depois de um ataque com ácido nítrico diluído. Os grãos são equiaxiais. 
O ferro apresenta três variedades: ao se solidificar (temperatura de aproximadamente 
1540°C), o ferro apresenta estrutura cúbica de corpo centrado, chamada de ferro delta (Fe δ). 
Permanece nessa condição até cerca de 1390°C e, abaixo dessa temperatura, transforma-se 
em ferro gama (Fe γ), cuja estrutura é cúbica de face centrada. Abaixo de 912°C, readquire a 
estrutura cúbica de corpo centrado, agora chamada de ferro alfa (Fe α). Continuando o 
resfriamento, a 770°C ocorre o ponto de Curie, isto é, ele passa a ter propriedades magnéticas. 
Entretanto, isso não se deve a um rearranjo da disposição atômica, mas sim à mudança do 
direcionamento da rotação dos elétrons (spin). 
A adição do carbono altera as temperaturas de transição das variedades alotrópicas em 
relação ao ferro puro, dependendo do seu teor. Exemplo: para um aço com cerca de 0,5% C, 
representado pela linha vertical I no diagrama abaixo, o ferro gama contido na austenita 
começa a se transformar em alfa na interseção com a linha A3 e está totalmente transformado 
no cruzamento com a linha A1, a 727°C, inferior aos 912°C do ferro puro. 
Importante lembrar que, abaixo de 727°C, não pode haver ferro gama. Somente a variedade 
alfa está presente. O ponto F corresponde ao máximo teor de carbono que a austenita pode 
conter, isto é, 2,11%. 
 
 
 
 
 
 
 
10 
 
Figura 4– Diagrama de equilíbrio ferro-carbono 
 
 
 
 
 
 
A solubilidade do carbono na ferrita é muito pequena (máximo 0,008%) e pode ser 
considerada nula em muitos casos práticos. 
 
 O ponto E (eutetóide) é a menor temperatura de equilíbrio entre a ferrita e a austenita, 
correspondendo cerca de 0,77% C. E os aços podem ser eutetóides, hipoeutetóides ou 
hipereutetóides. Obs: otermo eutético se refere ao equilíbrio entre fases líquida e sólida. 
Nesse caso, é usado o sufixo oide (= semelhante a) para indicar que o equilíbrio ocorre entre 
fases sólidas. 
 Figura 5– Microfotografia do aço 
 
 
Fonte: Site Mscp Engenharia 
 
 
O teor de carbono do aço afeta seu aspecto granulométrico. Um aço com muito pouco 
carbono (por exemplo, menos de 0,01%), se resfriado lentamente, deverá apresentar uma 
aparência razoavelmente uniforme, pois a maior parte será representada pela ferrita. Na 
Figura acima, um possível aspecto de uma microfotografia de um aço desse tipo. 
 
Fonte: Site Mscp Engenharia 
 
 
 
 
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 Supõe-se agora um aço hipoeutetóide com 0,5% de carbono, representado pela linha 
vertical I no diagrama. Quando o resfriamento atinge a interseção com A3, começa a 
separação da austenita em austenita e ferrita. Logo acima da linha A1, haverá ferrita mais 
austenita, esta última, com o máximo teor de carbono que pode conter (0,77%). Logo abaixo 
da linha A1, toda a austenita deverá se transformar em ferrita mais cementita. Entretanto, 
desde que o processo é rápido, fisicamente a separação se dá em forma de lâminas bastante 
finas, somente visíveis ao microscópio com elevadas ampliações. Tal estrutura, isto é, a ferrita 
e a cementita em forma laminar, é denominada perlita. Na figura 6, uma estrutura laminar 
típica da perlita, observada com elevada ampliação (as linhas escuras correspondem à 
cementita). 
 
 Figura 6– Estrutura laminar da perlita 
 
Fonte: Site Mscp Engenharia 
 
Na figura 6-b, o aspecto típico de um aço hipoeutetóide visto com uma ampliação 
menor. As áreas claras representam a ferrita e as escuras, a perlita. Entretanto, a estrutura 
laminar desta última não pode ser observada devido à reduzida ampliação. 
 
 Um aço hipereutetóide (linha II no diagrama, com cerca de 1,5% C, por exemplo) tem, 
na interseção com A1, austenita com o máximo teor de carbono (0,77%) e cementita. A 
mudança brusca abaixo de A1 faz a austenita transformar-se em perlita conforme já visto. E a 
cementita envolve os grãos de perlita em forma de uma teia conforme acima (b), formando 
uma espécie de rede de cementita. 
 
 Um aço eutetóide, isto é, com 0,77% de carbono, deve apresentar somente perlita na 
sua estrutura granular. 
 
 O teor de carbono exerce significativa influência nas propriedades mecânicas do 
aço.Quanto maior, maiores a dureza e a resistência à tração. Entretanto, aços com elevados 
teores de carbono são prejudicados pela maior fragilidade devido à maior quantidade de 
cementita, uma substância bastante dura, mas quebradiça. É comum o uso da expressão aço 
doce para aços de baixa dureza, com teores de carbono menores que 0,25%. 
 
 
 
 
 
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APLICABILIDADE DA α-FE MEDIANTE SUAS PROPRIEDADES MECÂNICAS 
Contexto histórico 
No Brasil, após a expansão da linha ferroviária D. Pedro II de encontro à região 
produtora de ferro e, ainda, com as inovações trazidas por professores estrangeiros para a 
Escola de Minas de Ouro (Pioneira no estudo de extração e processamento de minérios no 
território brasileiro), construiu-se uma base para a construção de indústrias e refinarias para o 
tratamento de ferros e aços.[1] 
As ligas derivadas do ferro puro ou, ainda, Ferro alfa, contém um grande leque de 
aplicabilidade no meio siderúrgico, pois é possível obter as mais variadas propriedades 
mecânicas através de custos relativamente baixos. 
A partir do ferro alfa, podemos construir ligas como o ferro fundido cinzento (Fácil 
fusão e solidificação), fundido branco (Alta dureza e baixa ductibilidade), fundido nodular 
(Maior ductibilidade com características semelhantes ao aço), fundido maleável (Alta 
resistência mecânica e alta usinabilidade), fundido austemperado (Altura ductibilidade e 
resistência mecânica elevada) e as mais variadas ligas de aço. 
 
Propriedades mecânicas 
 
 Materiais que apresentam alta dureza
 [2]
 e baixa ductibilidade
 [3]
 (A exemplo do ferro 
fundido branco) são interessantes para as aplicações que submetem o material a um ambiente 
de alto desbaste, pois retarda o desgaste mecânico por fadiga. 
Dureza
 [2]
: Resistencia ao desgaste abrasivo que um material 
apresenta em contato com outro. 
Ductibilidade
 [3]
: Capacidade que o material tem de se deformar 
plasticamente. 
 As ligas constituídas de ferro que apresentam alta resiliência
 [4]
 (A exemplo do aço AISI 
5120) são indicadas para confecção de molas, que devem atuar sempre no regime elástico e 
devem suportar condições extremas de tração/compressão.
[5] 
 
 
 
13 
 
Resiliência
 [4]
: Energia armazenada por unidade de volume e 
devolvida ao descarregar a amostra. 
Compressão
 [5]
: Pressão exercida por uma força sobre um corpo, 
tendendo a aproximar as partes que o compõem; ato ou efeito de 
reduzir o volume de uma substância por meio de pressão. 
 
 Para os profissionais que dependem de equipamentos de segurança é interessante que 
todo o conjunto que garantirá sua vida tenha um alto valor no módulo de tenacidade
 [6]
, pois o 
material deve aguentar grandes impactos com elevadas cargas, sem exercer muito peso para o 
portador.
 
Tenacidade
 [6]
: Energia absorvida por unidade de volume até a 
fratura. 
 Para aplicações que exigem alta resistência mecânica
 [7]
 e a corrosão (A exemplo das 
variadas ligas de inox), é necessário processar ligas compostas de ferro alfa, cromo, níquel e 
alguns outros materiais, a fim de mesclar suas propriedades mecânicas. Tais combinações são 
extremamente necessárias nas indústrias náutica, aeronáutica e, inclusive, no cotidiano da 
população civil, através de facas, navalhas, cobertura externa de eletrodomésticos, entre 
outros exemplos.
[8] 
Resistência mecânica
 [7]
: Capacidade que o material tem de resistir a 
uma deformação plástica. 
 
 
 
14 
 
CONSIDERAÇÕES 
 Dessa forma, podemos observar que o elemento extraído da ferrita é bastante versátil e 
pode se adequar às mais diversas necessidades humanas. Extremamente necessário para o 
avanço da civilização moderna, o ferro alfa tem uma alta compatibilidade com impurezas 
introduzidas intencionalmente como, por exemplo, o carbono. 
No que tange à construção civil, é grande a demanda por materiais de alta resistência 
mecânica para suportar grandes esforços exercidos pela aceleração gravitacional agindo sobre 
os corpos suspensos e sobre o próprio peso da estrutura. 
 É requerido, ainda, materiais com valores elevados de resiliência para não deformar 
plasticamente com os esforços cotidianos. Ademais, a tenacidade é uma propriedade 
fundamental para garantir um bom coeficiente de segurança para os habitantes de qualquer 
instalação civil, pois evita a ruptura desprecavida de uma estrutura (Vide o exemplo das 
armações metálicas no concreto armado). 
 Dessa forma, mostra-se fundamental a presença do ferro alfa no cotidiano da 
humanidade, bem como sua extração e processamento. Sua versatilidade e alta 
compatibilidade com outros materiais, unidos ao custo relativamente baixo de fabricação, 
tornam-no um elemento coringa nos mais variados setores existentes. 
 
 
 
 
15 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
Pirita: Saiba tudo sobre a pedra, seus usos e significados. Disponível em: 
<https://pedrasecristais.com/pedra-pirita/> Acesso em: 28 Abr. 2020. 
FERRO. Disponível em: <https://www.portalsaofrancisco.com.br/quimica/ferro> Acesso em: 28 Abr. 
2020. 
Características das fases do ferro. Disponível em: 
<http://engenhariamecanicanaweb.blogspot.com/2010/02/caracteristicas-das-fases-do-ferro.html > 
Acesso em: 28 Abr. 2020. 
CALLISTER, William D. Jr. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução, 5a ed. Rio de 
Janeiro: LTC, 2002. 612 p. /[2] [3] [4] [6] [7] 
CHIAVERINI, Vicente. Aços e Ferros Fundidos. Academia.edu, São Paulo, 1996. Disponível em: < 
https://scholar.google.com.br/scholar?cluster=6091458623574867668&hl=pt-BR&as_sdt=0,5 >. 
Acesso em 28 Abr. 2020. 
PELEZ, Carlos. O Desenvolvimento da Indústria do Aço no Brasil. Biblioteca FGV. Disponível em: < 
http://bibliotecadigital.fgv.br/ojs/index.php/rbe/article/viewFile/15/6071 >. Acesso em 28 Abr. 2020. 
[1] p. 2 
PINTAÚDE, Giuseppe. Análise dos Regimes Moderado e Severo de Desgaste Abrasivo utilizando 
Ensaios Instrumentados de Dureza. Poli-USP, São Paulo, 2002. Disponível em: 
<https://www.researchgate.net/profile/Giuseppe_Pintaude/publication/279751662_Analise_dos_regim
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55fc52dd08aeba1d9f3dd87e.pdf>. Acesso em 29 Abr. 2020. [2] p. 1 
AÇOS PARA MOLAS. Revista Geologia e Metalurgia. Poli-USP, São Paulo, 2011. Disponível em: < 
http://sites.poli.usp.br/geologiaemetalurgia/Revistas/Edi%C3%A7%C3%A3o%2011/artigo11.12.pdf>. 
Acesso em 29 Abr. 2020. [5] 
MELO, Elis. Estudo Da Influência Do Tamanho De Grão Na Nucleação Cinética De Formação De 
Fases Intermetálicas Em Aço Inoxidável Dúplex. Repositório do Centro Universitário FEI, São Paulo, 
2015. Disponível em: < https://repositorio.fei.edu.br/bitstream/FEI/137/1/fulltext.pdf>. Acesso em 29 
Abr. 2020. [8] p. 62 
 
https://pedrasecristais.com/pedra-pirita/
https://www.portalsaofrancisco.com.br/quimica/ferro
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https://www.researchgate.net/profile/Giuseppe_Pintaude/publication/279751662_Analise_dos_regimes_moderado_de_severo_de_desgaste_abrasivo_utilizando_ensaios_instrumentados_de_dureza/links/55fc52dd08aeba1d9f3dd87e.pdf
https://www.researchgate.net/profile/Giuseppe_Pintaude/publication/279751662_Analise_dos_regimes_moderado_de_severo_de_desgaste_abrasivo_utilizando_ensaios_instrumentados_de_dureza/links/55fc52dd08aeba1d9f3dd87e.pdf
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http://sites.poli.usp.br/geologiaemetalurgia/Revistas/Edi%C3%A7%C3%A3o%2011/artigo11.12.pdf
https://repositorio.fei.edu.br/bitstream/FEI/137/1/fulltext.pdf