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MÓDULO 4: Diagrama de equilíbrio binário. Diagrama de equilíbrio ferro - 
carbono 
 
 
 O diagrama de equilíbrio de binário ou diagrama de fases dá informações 
sobre microestrutura e propriedades mecânicas em função da temperatura e 
composição, permite a visualização da solidificação e fusão, prediz as 
transformações de fases e pode dar informações sobre outros fenômenos que 
ocorrem nas ligas. 
 Uma LIGA pode ser definida como um material sólido metálico no qual há 
uma associação íntima de dois ou mais elementos, como o aço, que é constituído 
por ferro e carbono. 
 Em um diagrama de fases é possível ver as fases presentes em uma dada 
temperatura e composição. A FASE é uma porção de um sistema que possui 
características físicas e químicas definidas. A modificação da forma e 
distribuição das fases presentes permite modificar as propriedades da liga. 
 Ao se analisar uma mistura binária (liga metálica, por exemplo) define-se 
que o metal que está presente em maior proporção é denominado “SOLVENTE” 
ou metal base. E, o metal (ou não metal) que está presente na liga em menor 
proporção é denominado “SOLUTO”. 
 Quando a solução metálica líquida começa a se solidificar, o tipo de 
arranjo atômico que resulta na estrutura cristalina do material sólido é governado 
pelas afinidades entre os diversos tipos de átomos presentes na solução. 
 Assim quando dois elementos metálicos diferentes têm propriedades 
químicas similares, de maneira que os mesmos tenham pouca afinidade química 
entre si, ocorre a formação de “SOLUÇÕES SÓLIDAS”, que podem ser 
classificadas em soluções sólidas intersticiais, quando átomos do soluto 
assumem posições nos interstícios (espaços vazios dentro da célula unitária) do 
reticulado constituído por átomos do solvente e soluções sólidas substitucionais, 
quando átomos de soluto substituem os átomos de solvente no reticulado 
cristalino. 
 Quando os elementos diferem bastante com respeito às suas 
características químicas, os átomos serão atraídos uns pelos outros, de tal forma 
que ocorre a produção de um composto químico, frequentemente denominado 
de “COMPOSTO INTERMETÁLICO”. 
 
 
DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO 
 
Fase: pode ser definida como um corpo homogêneo de matéria que existe 
segundo alguma forma física definida. Exemplo: Água pode ocorrer em três 
fases: sólida, líquida e gasosa. 
 
Diagrama de Equilíbrio ou Diagrama de fases é uma representação gráfica 
das relações entre as restrições do ambiente (tais como a temperatura e algumas 
vezes a pressão) a composição e as regiões de estabilidade de fases, 
normalmente sob condições de equilíbrio. As fases sólidas são, em geral, 
representadas por letras gregas (α, β, δ, etc.). 
 
Algumas regras para interpretação dos diagramas de equilíbrio: 
1. As áreas do diagrama são referidas como “campos de fases” e ao atravessar 
qualquer linha inclinada de contorno, de um campo para o seguinte, sempre 
haverá uma mudança de unidade no número de fases. 
2. Num sistema binário, não é possível a existência de um campo de fases com 
mais de duas fases. 
3. Passando uma isoterma, verifica-se que a composição de uma fase (fase 
líquida) é dada pelo ponto que intercepta a isoterma com o líquido, enquanto 
que a composição da outra fase (fase sólida) é dada pela intersecção da 
isoterma com o sólido. B representa a composição da liga como um todo. 
4. As quantidades relativas das duas fases presentes a temperatura e 
composição representadas pelo ponto B são R e S. 
 
 
Diagrama de fases níquel – cobre 
 
����� =
	
 + 	
 	�� =
 + 	
 
 
5. Uma fase que, sozinha, não ocupa um campo, mas que aparece em campo 
de duas fases é um metal ou um composto intermetálico. 
 
 
Diagrama de equilíbrio Fe-C 
 
 O conhecimento do sistema ferro-carbono é essencial para a 
compreensão das ligas metálicas de maior uso em todo o mundo que são os 
aços carbono e os ferros fundidos comuns. 
 Entende-se por aço carbono uma liga ferro-carbono que não apresenta 
reação eutética, ou seja, uma liga com teor de carbono menor que 2,0% de 
carbono. Os aços carbono podem exibir além do ferro e do carbono, pequenos 
teores de manganês, silício, fósforo e enxofre. 
 O sistema ferro-carbono tem a particularidade de apresentar um equilíbrio 
estável e outro metaestável, de modo que na realidade temos dois diagramas de 
equilíbrio, sendo um entre o ferro e o carbono na forma de grafite (estável) e 
outro entre o ferro e o carboneto de ferro (Fe3C) que é um composto metaestável. 
No estudo dos aços carbono comuns utiliza-se o diagrama de equilíbrio Fe – 
Fe3C representado abaixo. 
 
Diagrama ferro – carbono 
 
 A temperatura ambiente o ferro puro tem estrutura cristalina Cúbica de 
Corpo Centrada (CCC) e é chamado de Ferro α, ou ferrita. 
 A 912ºC sofre uma transformação alotrópica ou polimórfica mudando sua 
estrutura para Cúbica de Face Centrada (CFC) e recebe o nome de Ferro γ, ou 
austenita, que tem estabilidade de 912ºC a 1394ºC, quando sofre outra mudança 
na estrutura cristalina, passando de CFC para CCC novamente e recebendo o 
nome de Ferro δ, que é estável até o ponto de fusão do ferro (1539 ºC). 
 No diagrama Fe – C verifica-se que entre 0,02% e 2% de carbono há a 
existência de aço e entre cerca de 2% e 6,7% de carbono há ferro fundido. 
 É possível verificar a existência de dois pontos característicos no 
diagrama Fe – C, representados pela concentração de carbono: a 0,8% de 
carbono há o ponto eutetóide e a 4,3% de carbono, o ponto eutéico. 
 
REAÇÃO EUTÉTICA: é uma reação onde, considerando o resfriamento a partir 
do material fundido, uma fase líquida se transforma de maneira isotérmica e 
reversível em duas fases sólidas que se encontram intimamente misturadas. No 
diagrama Fe – C representa a liga com menor ponto de fusão (1147 ºC, 4,3% C), 
onde o material fundido se transforma em austenita (γ) e cementita (Fe3C). 
 A equação geral do processo de transformação é dada por: 
� → � + � 
 
REAÇÃO EUTETÓIDE: é uma reação onde, considerando o resfriamento, uma 
fase sólida se transforma de maneira isotérmica e reversível em duas novas 
fases sólidas que se encontram intimamente misturadas. No diagrama Fe – C 
representa a liga com menor temperatura de transformação no estado sólido 
(727 ºC, 0,8% C), onde a austenita se transforma em ferrita (α) e cementita. 
 A equação geral do processo de transformação é dada por: 
� → � + � 
 
 
 
PONTOS IMPORTANTES DO DIAGRAMA Fe-Fe3C 
 
AÇO EUTETÓIDE: 
Austenita se decompõe produzindo uma mistura de FASE α (ferrita) e Fe3C 
(cementita) na forma lamelar que se denomina PERLITA. 
Temperatura = 723 °C 
Teor de Carbono = 0,8% de C 
Aços com 0,8% de C são denominados aços eutetóides 
Aços com 0,008 – 0,8% de C são chamadas de aços hipoeutetóide 
Aços com 0,8 – 2,0% de C são chamadas de aços hipereutetóides 
 
 
 
PROPRIEDADES DOS CONSTITUINTES DOS AÇOS 
 
Austenita: Consiste de uma solução sólida de carbono no Ferro γ e apresenta 
uma estrutura de grãos poligonais irregulares. Possui boa resistência mecânica 
e apreciável tenacidade. É não magnética. 
 
Ferrita: Ferro no estado alotrópico α, contendo traços de carbono. Apresenta 
também uma estrutura de grãos poligonais irregulares. Possui baixa dureza e 
resistência à tração, mas elevado alongamento. 
 
Cementita: É o carboneto de ferro (Fe3C) contendo 6,67% de C. Dureza 
elevada, frágil e é responsável pela elevada dureza e resistência dos aços de 
alto carbono, assim como pela sua menor ductilidade. 
 
Perlita: É a mistura mecânica de 88% de ferrita e 12% de cementita, na forma 
lamelar, dispostas alternadamente. As propriedades mecânicas da perlita são, 
portanto, intermediárias entre as da ferrita e da cementita. Por outro lado as 
propriedades da perlita dependem muito do espaçamento interlamelar e este por 
sua vez, da velocidade de resfriamento. 
 
 
EXERCÍCIOS: 
1.Qual a microestrutura resultante do resfriamento lento de um aço de 
composição hipoeutetóide que foi aquecido até 900 ºC e subsequentemente 
resfriado lentamente até a temperatura ambiente é basicamente constituída por: 
Resp.: O resfriamento lento de uma liga de um aço hipoeutetóide (%C < 0,8% 
de carbono) produz uma microestrutura constituída por ferrita e perlita. 
 
2. Quais as semelhanças e diferenças entre as reações eutéticas e eutetóides? 
Resp.: Ambas as reações mostram a coexistência de três fases distintas ao 
mesmo tempo. Enquanto a reação eutética mostra a transformação de uma fase 
líquida em duas fases sólidas a reação eutetóide mostra a transformação de uma 
fase sólida em duas outras fases sólidas distintas.