Cap 9 - Sistema Ferro Carbono
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Cap 9 - Sistema Ferro Carbono


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9 - SISTEMA FERRO CARBONO
\ufffd 9.1 Introdução
\ufffd 9.2 Ferro Puro - Ferrita
\ufffd 9.3 Austenita
\ufffd 9.4 Ferro \u3b4
\ufffd 9.5 Cementita
\ufffd 9.6 Perlita
\ufffd 9.7 Ligas Hipoeutetóides
\ufffd 9.8 Ligas Hipereutetóides
\ufffd 9.9 Ligas Eutetóides
\ufffd 9.10 Quantidade de Microestrutura
\ufffd 9.11 Influência de Elementos de Liga
9.1 Introdução
\ufffd De todos os sistemas de ligas binárias, o mais 
importante é formado pelo ferro e carbono;
\ufffd Formam os aços e os ferros-fundidos;
Carbono
\ufffd O carbono (do latim carbo, carvão) é um elemento 
químico, símbolo C de número atômico 6;
\ufffd É o pilar básico da química orgânica;
\ufffd Suas formas alotrópicas incluem uma das substâncias 
mais frágeis e baratas (o grafite) e uma das mais caras 
e duras (o diamante);
\ufffd Seu pequeno raio atômico permite-lhe formar cadeias 
múltiplas: com o oxigênio forma o dióxido de carbono, 
com o hidrogênio forma numerosos compostos 
denominados hidrocarbonetos. Combinado com ambos 
forma uma grande variedade de compostos como, por 
exemplo, os ácidos graxos, essenciais para a vida, e os 
ésteres que dão sabor às frutas. Além disso, fornece, 
através do ciclo carbono-nitrogênio, parte da energia 
produzida pelo Sol e outras estrelas.
\ufffd Uso amplo resultado de três fatores:
\ufffd Compostos de Fe em quantidade abundante;
\ufffd Técnicas de extração, beneficiamento e fabricação 
relativamente econômicas;
\ufffd Grande versatilidade (variedade de propriedades mecânicas 
e físicas);
\ufffd Principal desvantagem \u2192 Corrosão
Ligas Ferrosas
9.1 Introdução
\ufffd Liga Fe-C com 2,11%pC máximo (teórica).
\ufffd Na prática, as concentrações de carbono raramente excedem 
1,0%pC;
\ufffd Aços doces - 0,15 a 0,25%C;
\ufffd Aços meio duros - 0,25 a 0,50% C;
\ufffd Aços duros - 0,50 a 1,40.
\ufffd Contém sempre Mn, S e P e, eventualmente, Si, Al e Cu.
Aços
9.1 Introdução
9.1 Introdução
Aço liga:
\ufffd Aço carbono de baixo teor em liga: teor de elementos 
entre 3,0 e 3,5%;
\ufffd Aço carbono de alto teor em liga: no mínimo 10% de 
elementos de liga;
\ufffd Aço carbono de médio teor em liga: intermediário 
entre os aços de alta e baixa liga.
9.1 Introdução
Figura 9.1 \u2013 Diagrama de fases ferro-cementita.
9.1 Introdução
\ufffd O eixo de composição na Figura 9.1 se estende apenas 
até 6,70%pC. Nesta concentração há 100% do composto 
intermediário carboneto de ferro (ou carbeto de ferro), ou 
cementita (Fe3C);
\ufffd O sistema ferro-carbono pode ser dividido em duas partes: 
uma porção rica em ferro, como na Figura 9.1 e a outra 
(não mostrada) para composições entre 6,70%C e 100%C 
em peso (grafita pura);
\ufffd Na prática, todos os aços e ferros-fundidos possuem 
teores de carbono inferiores a 6,70%pC. 
9.1 Introdução
\ufffd O carbono é uma solução sólida intersticial no ferro;
\ufffd Na ferrita, somente pequenas concentrações de 
carbono são solúveis; a máxima solubilidade é 
0,022%pC a 727ºC;
\ufffd Abaixo de 768ºC, o metal formado pelo ferro-carbono 
pode ser magnético.
9.1 Introdução
\ufffd Existem 3 tipos de ligas ferrosas: ferro, aço e ferro 
fundido;
\ufffd O ferro comercialmente puro contém menos do que 
0,008%pC e é composto quase que exclusivamente 
de fase ferrita à temperatura ambiente;
\ufffd As ligas ferro-carbono que contém entre 0,008 e 
2,11%pC, são classificadas como aços;
\ufffd Os ferros fundidos são classificados como ligas 
ferrosas que contêm entre 2,11 e 6,70%pC;
\ufffd Entretanto, os ferros fundidos comerciais 
normalmente contêm menos do que 4,5%pC.
DEFINIÇÕES:
REAÇÃO EUTÉTICA
Transformação de fase na qual, por resfriamento, toda a fase líquida se 
transforma isotermicamente em duas fases sólidas.
TEMPERATURA EUTÉTICA
Temperatura à qual a reação eutética ocorre.
COMPOSIÇÃO EUTÉTICA
Composição da fase líquida que na temperatura eutética reage para formar 
duas novas fases sólidas.
PONTO EUTÉTICO
Ponto determinado pela composição e temperatura eutéticas.
COMPOSIÇÃO HIPOEUTÉTICA
Composição à esquerda do ponto eutético.
COMPOSIÇÃO HIPEREUTÉTICA
Composição à direita do ponto eutético.
AÇO HIPO-EUTETÓIDE
Aço com teor de carbono menor do que 0,76%.
AÇO HIPER-EUTETÓIDE
Aço com teor de carbono superior a 0,76% e inferior a 2,11%.
FERRITA PRÓ-EUTETÓIDE
Ferrita que se forma por decomposição da austenita a temperaturas 
superiores à temperatura eutetóide.
CEMENTITA PRÓ-EUTETÓIDE
Cementita que se forma por decomposição da austenita a temperaturas 
superiores à temperatura eutetóide.
DEFINIÇÕES:
COMPOSIÇÃO EUTETOIDE
Aço que possui 0,76%pC.
9 - SISTEMA FERRO CARBONO
\ufffd 9.1 Introdução
\ufffd 9.2 Ferro Puro - Ferrita
\ufffd 9.3 Austenita
\ufffd 9.4 Ferro \u3b4
\ufffd 9.5 Cementita
\ufffd 9.6 Perlita
\ufffd 9.7 Ligas Hipoeutetóides
\ufffd 9.8 Ligas Hipereutetóides
\ufffd 9.9 Ligas Eutetóides
\ufffd 9.10 Quantidade de Microestrutura
\ufffd 9.11 Influência de Elementos de Liga
9.2 Ferro Puro - Ferrita
\ufffd A ferrita ou ferro \u3b1, ao ser aquecido, apresenta mudanças 
de estrutura cristalina antes de se fundir;
\ufffd À temperatura ambiente, a forma estável, chamada ferrita 
ou ferro \u3b1, tem uma estrutura cristalina CCC;
\ufffd A 912ºC, a ferrita sofre uma transformação para a 
austenita, ou ferro \u3b3, que possui estrutura cristalina CFC;
\ufffd A 1394ºC se torna CCC, transformando em Fe-\u3b4;
\ufffd Baixa dureza e baixa resistência à tração;
\ufffd Alta tenacidade e alongamento.
9.2 Ferro Puro - Ferrita
Figura 9.2 \u2013 Fotomicrografia da ferrita (ampliação 90x).
9 - SISTEMA FERRO CARBONO
\ufffd 9.1 Introdução
\ufffd 9.2 Ferro Puro - Ferrita
\ufffd 9.3 Austenita
\ufffd 9.4 Ferro \u3b4
\ufffd 9.5 Cementita
\ufffd 9.6 Perlita
\ufffd 9.7 Ligas Hipoeutetóides
\ufffd 9.8 Ligas Hipereutetóides
\ufffd 9.9 Ligas Eutetóides
\ufffd 9.10 Quantidade de Microestrutura
\ufffd 9.11 Influência de Elementos de Liga
9.3 Austenita
\ufffd A austenita, ou a fase \u3b3, não é estável abaixo de 
727ºC;
\ufffd A máxima solubilidade de carbono na austenita, 
2,11%C, ocorre a 1147ºC;
\ufffd Esta solubilidade é aproximadamente 100 vezes 
maior do que a máxima para a ferrita, uma vez que as 
posições intersticiais na estrutura CFC são maiores. 
\ufffd A austenita é não-magnética;
\ufffd Boa resistência mecânica e tenacidade.
9.3 Austenita
Figura 9.3 \u2013 Fotomicrografia da austenita (ampliação 325x).
9 - SISTEMA FERRO CARBONO
\ufffd 9.1 Introdução
\ufffd 9.2 Ferro Puro - Ferrita
\ufffd 9.3 Austenita
\ufffd 9.4 Ferro \u3b4
\ufffd 9.5 Cementita
\ufffd 9.6 Perlita
\ufffd 9.7 Ligas Hipoeutetóides
\ufffd 9.8 Ligas Hipereutetóides
\ufffd 9.9 Ligas Eutetóides
\ufffd 9.10 Quantidade de Microestrutura
\ufffd 9.11 Influência de Elementos de Liga
9.4 Ferro \u3b4
\ufffd A ferrita \u3b4 é virtualmente idêntica à ferrita \u3b1;
\ufffd A ferrita \u3b4 é estável apenas em temperaturas 
relativamente altas;
\ufffd Ela não tem importância tecnológica.
9 - SISTEMA FERRO CARBONO
\ufffd 9.1 Introdução
\ufffd 9.2 Ferro Puro - Ferrita
\ufffd 9.3 Austenita
\ufffd 9.4 Ferro \u3b4
\ufffd 9.5 Cementita
\ufffd 9.6 Perlita
\ufffd 9.7 Ligas Hipoeutetóides
\ufffd 9.8 Ligas Hipereutetóides
\ufffd 9.9 Ligas Eutetóides
\ufffd 9.10 Quantidade de Microestrutura
\ufffd 9.11 Influência de Elementos de Liga
9.5 Cementita
\ufffd A Cementita (Fe3C) se forma quando o limite de 
solubilidade de carbono no ferro é excedido abaixo de 
727ºC (para composições dentro da região das fases 
\u3b1 + Fe3C);
\ufffd O Fe3C também coexistir com a fase \u3b3 entre 727e 
1147ºC;
\ufffd Muito dura e frágil;
\ufffd Aumenta a dureza e resistência, mas diminui a 
tenacidade dos aços.
9 - SISTEMA FERRO CARBONO
\ufffd 9.1 Introdução
\ufffd 9.2 Ferro Puro - Ferrita
\ufffd 9.3 Austenita
\ufffd 9.4 Ferro \u3b4
\ufffd 9.5 Cementita
\ufffd 9.6 Perlita
\ufffd 9.7 Ligas Hipoeutetóides
\ufffd 9.8 Ligas Hipereutetóides
\ufffd 9.9 Ligas Eutetóides
\ufffd 9.10 Quantidade de Microestrutura
\ufffd 9.11 Influência de Elementos de Liga
9.6 Perlita
\ufffd A reação eutetóide do sistema Fe-C envolve a 
formação simultânea de ferrita e cementita a partir da 
austenita;
\ufffd Há cerca de 11% de cementita e 89% de ferrita na 
mistura resultante (razão entre as espessuras das 
camadas de ferrita e de cementita na perlita é de 
aproximadamente 8:1);
\ufffd Como se formam simultaneamente, a ferrita e a 
cementita estão intimamente misturadas. 
9.6 Perlita
Figura 9.4 \u2013 Perlita.
9.6 Perlita
\ufffd A mistura é caracteristicamente lamelar, isto é, 
composta de camadas alternadas de ferrita e 
cementita;
\ufffd Propriedades mecânicas intermediárias entre as duas 
fases.
9.6 Perlita
Figura 9.5 \u2013
Representação 
esquemática da