MCM_Diagrama_Ferro-Carbono

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DIAGRAMA DE 
FERRO-CARBONO
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O sistema ferro-carbono
n De todos os sistemas de ligas binárias 
indiscutivelmente o mais importante é o formado 
pelo ferro e carbono.
n Tanto os aços quanto os ferros fundidos são os 
principais materiais utilizados e ambos são essen- 
cialmente ligas de ferro e carbono. 
n .
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O diagrama das fases
n O ferro puro antes de se fundir experimenta duas 
alterações na sua estrutura cristalina.
 Estrutura Fase
1.Ferro a temperatura ambiente ccc ferrita (a)
2.Ferro a temperatura de 912°C cfc austenita(g) 
Obs: Essa austenita persiste até 1394°C, pois a partir desta 
temperatura a estrutura volta a ser ccc.
3.Ferro a temperatura de 1538°C ccc ferro d 
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O diagrama das fases Fe-C
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Diagrama Fe-Fe3C
n As linhas do diagrama 
Fe-Fe3C são 
denominadas pela letra A 
(do Francês arrêt, prisão).
n Quando a letra c for 
adicionada significa que 
se refere às condições de 
aquecimento (do Francês, 
chauffage, aquecimento). Acm
A1, A3
A1
A3
L + g
g + Fe C3
L+ Fe C3
g
a + FeC3 c
e
m
e
n
ti
ta
 F
e
C
3
a+g
a
L
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Diagrama Fe-Fe3C
n Acm: limite do campo de estabilidade da austenita 
com o campo de estabilidade das fases g+Fe3C.
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Diagrama Fe-Fe3C
n A1: limite dos campos de estabilidade a+g e g+Fe3C e 
o campo a+Fe3C.
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Diagrama Fe-Fe3C
n A3: limite do campo de estabilidade g e o campo g+a.
700
750
800
850
900
950
T
 (
C
)
O
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
%pC
g
a + g
A
3
9
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O diagrama das fases
n As ligas de ferro carbono utilizados possuem no 
máximo 6,7% de carbono, portanto só iremos 
trabalhar com o diagrama até 6,7% de C.
n O carbono é uma impureza intersticial no ferro e 
forma uma solução sólida tanto com a ferrita e 
também com austenita.
n Na ferrita, com estrutura ccc, somente pequenas 
concentrações de carbono são solúveis.
Obs: A solubilidade máxima de carbono é de 0,022%p a uma 
temperatura de 727°C. 
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A ferrita ou ferro a
n A fase ferrita, em 
particular, é 
relativamente macia, 
pode ser tornada 
magnética a 
temperaturas abaixo de 
768°C e possui uma 
densidade de 7,88g/cm³.
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A austenita ou ferro g
n Quando ligada somente ao 
carbono, não é estável a 
uma temperatura inferior a 
727°C.
n A solubilidade máxima do 
carbono na austenita é de 
2,14%p e ocorre a 1147°C.
n A austenita é não-
magnética.
n Veja a fotomicrografia da 
austenita ou ferro g.
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A cementita (Fe3C)
n A cementita se forma quando o limite de 
solubilidade para o carbono na ferrita a é 
excedido a temperaturas abaixo de 727°C.
n Mecanicamente, a cementita é muito dura e 
frágil, portanto a resistência de alguns aços é 
aumentada substancialmente pela sua 
presença. 
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n Fase intermetálica com composição de 6,71 %pC.
n A cementita apresenta estrutura ortorrômbica com 12 átomos 
de ferro e 4 átomos de carbono.
n Cada átomo de carbono faz ligações com 8 átomos de ferro.
n Cada átomo de ferro está conectado a 3 átomos de carbono.
Apresenta alta dureza (~800 HV) e 
comportamento frágil.
Tem um importante papel na resistência 
mecânicas dos aços.
Fundamental sua presença quando se necessita 
de resistência ao desgaste.
A cementita (Fe3C)
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A Perlita
n - A microestrutura para um aço eutetóide que é resfriado lentamente 
através da temperatura eutetóide consiste em camadas alternadas 
ou lamelas composta de duas fases (a + Fe
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C ).
- Sempre é formada no sistema Ferro-carbono.
- Pode formar a perlita grosseira e a perlita fina. 
- A perlita grosseira forma-se a temperaturas mais altas
- A perlita fina forma-se a temperatura mais baixas.
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A Perlita
n Fotomicrografia de um aço eutetóide mostrando a 
microestrutura perlita.
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BAINITA
n OCORRE A PARTIR DA AUSTENITA
n Tem a mesma composição que a perlita.
n A mudança está na estrutura.
n Ocorre a uma temperatura entre 215°C a 540°C.
n Possui um formato de agulha.
n Existe a bainita superior e a bainita inferior.
 
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Ponto eutético
n As regiões bifásicas estão identificadas no diagrama, portanto 
pode ser observado que existe um eutético para o sistema 
ferro-carbeto de ferro localizado a 4,30%p C e 1147°C.
n REAÇÃO EUTÉTICA
 O líquido se solidifica para formar as fases austenita e 
cementita
 AQUECIMENTO
 RESFRIAMENTO 
L g + Fe3C 
REAÇÕES DO SISTEMA Fe-C
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Ponto eutetóide
n Pode ser observado que existe um ponto invariante eutetóide 
para uma composição de 0,76%p C e a uma temperatura de 
727°C.
n REAÇÃO EUTETÓIDE
 Mediante resfriamento, a fase g, sólida, se transforma em ferro a e 
em cementita. 
 AQUECIMENTO
 RESFRIAMENTO 
g(0,76%C) a(0,022%C)+Fe3C(6,7%C) 
REAÇÕES DO SISTEMA Fe-C
n Ponto invariante eutetóide.
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Ligas Hipoeutetóides
n Ligas com composições entre 
0,022 e 0,76%pC (significa 
literalmente menos do que o 
eutetóide).
n Apresenta a ferrita como fase 
Proeutetóide.
n Durante o resfriamento a 
composição da ferrita se altera 
muito pouco (linha M N), 
tornando-se ligeiramente mais rica 
em carbono.
n Durante o resfriamento a variação 
da composição química da 
austenita é mais dramática (linha 
M O).
n Após a reação eutetóide a ferrita 
Proeutetóide não sofre nenhuma 
alteração.
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LIGAS HIPOEUTETÓIDES
n A ferrita formada no campo a + g é chamada de 
ferrita proeutetóide (ferrita na matriz).
n A ferrita presente nas lamelas é chamada de ferrita 
eutetóide (ferrita na perlita).
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Microestrutura Eutetóide
n Resfriamento lento visando 
manter o equilíbrio.
n Liga com 0,76%pC
n Representação esquemática 
das microestruturas para uma 
liga de Fe-C de composição 
eutetóide (0,76%C) acima e 
abaixo da temperatura 
eutetóide.
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Ligas Hipereutetóides
n Ligas com composições entre 
0,76 e 2,14%pC (significa 
literalmente mais do que o 
eutetóide).
n Apresenta a cementita como 
fase Proeutetóide.
n Durante o resfriamento a 
composição da cementita não se 
altera (fase intermediária Fe3C, 
6,70%pC).
n Durante o resfriamento a 
variação da composição química 
da austenita se moverá ao 
longo da linha P O.
n Após a reação eutetóide a 
cementita Proeutetóide não 
sofre nenhuma alteração.
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LIGAS HIPEREUTETÓIDES
n A microestrutura é constituída de cementita 
proeutetóide e perlita.
n A cementita aparece clara na micrografia, dessa 
forma, é difícil diferenciar as ligas 
hipo e hiper eutetóides somente 
pela microestrutura.
n OBS:
n Cementita na matriz: cementita proeutetóide
n Cementita na perlita: cementita eutetóide
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Desenvolvimento das 
microestruturas em ligas Fe-C
n Algumas de várias microestrutura que podem ser produzidas 
em ligas de aço e também suas relações com o diagrama de 
fases serão aqui discutidas.
n Veremos que a microestrutura que se desenvolve depende 
tanto do teor de carbono como do tratamento térmico, porém 
nossa discussão ficará restrita ao resfriamento muito lento de 
aços, para o equilíbrio é mantido continuamente. 
n Vale lembrar que uma exploração mais detalhada sobre a 
influência do tratamento térmico será realizada num outro 
tópico. 
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Pg. 376
Van Vlack
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QUANTIDADES RELATIVAS ENTRE A 
FASE PROEUTETÓIDE E PERLITA
n As quantidades das fases proeutetóide e perlita são dadas pela 
regra das alavancas.
LIGAS HIPOEUTETÓIDES
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Para uma liga composta por 99,50% Fe – 0,50% C, resfriada 
lentamente a partir de 870°C. Determine a quantidade de 
perlita. 
Exemplo
De 870° a 770°C: Austenita com 0,5%C
De 770° a 727°C(+): ferrita se separa da austenita, conteúdo de 
carbono desta aumenta para ~0,77%C;
A 727°C (+): composição da austenita = 0,77%C
quantidade de austenita = 62%
A 727°C (-): quantidade de perlita = 62% 
770ºC
870ºC
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Exercícios para determinar as 
frações das fases 
1º) Para uma liga composta por 99,50% Fe – 0,50% C, 
determine as frações deferrita total e cementita: 
a) A uma temperatura imediatamente abaixo do patamar 
eutetóide; 
C
c
=
Ci−Cf
C
c
−C
f
=
0,5−0 ,02
6,7−0 ,02
=7,2%
C
f
=
Cc−Ci
C
c
−C
f
=
6,7−0,5
6,7−0, 02
=92,8%
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b) Qual a quantidade de ferrita eutetóide e ferrita proeutetóide 
logo abaixo do patamar eutetóide; 
Com os resultados anteriores:
•62% perlita, consequentemente 38% ferrita 
•7,2% de cementita, 92,8% de ferrita total; 
•100 – 62 = 38% ferrita proeutetóide 
•62 – 7,2 = 54,8% de ferrita eutetóide
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c) A temperatura ambiente (a solubilidade de carbono na 
ferrita à temperatura ambiente pode ser considerada 
nula);
C
c
=
Ci−Cf
C
c
−C
f
=
0,5−0,0
6,7−0,0
=7,5%
C
f
=
Cc−Ci
C
c
−C
f
=
6,7−0,5
6,7−0,0
=92,5%
Abaixo do ponto eutetóide há uma precipitação de cementita da ferrita, 
porque a solubilidade do carbono nesta cai a quase zero.
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QUANTIDADES RELATIVAS ENTRE A FASE 
PROEUTETÓIDE E PERLITA
n As quantidades das fases proeutetóide e perlita são dadas pela 
regra das alavancas.
LIGAS HIPEREUTETÓIDES
W p=
X
V+X
6 ,70−C'1
6 ,70−0 ,76
=
6 ,70−C'1
0 ,74
WFe3C
=
V
V+X
C'1−0 ,76
6 ,70−0 ,76
=
C'1−0 ,76
5 ,94
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2º) Para uma liga composta por 99%pFe-1%pC, determine: 
 a) As frações de cementita e austenita a uma temperatura 
imediatamente acima do patamar eutetóide;
 b) As frações de cementita proeutetóide e perlita a uma 
temperatura imediatamente abaixo do patamar eutetóide; 
Exercícios para determinar as 
frações das fases