Resumo sistema Fe-C

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CARIRI
CENTRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA
ENGENHARIA DE MATERIAIS
TRATAMENTOS TÉRMICOS E TERMOQUÍMICOS
PROF: MARLEY
LAURA NUNES DE MENEZES
RESUMO:
SISTEMA FERRO-CARBONO
JUAZEIRO DO NORTE
2021
Nas aplicações mais gerais são utilizadas ligas de ferro e carbono, geralmente denominadas aços não ligados ou por causa da produção em larga escala, aços comuns. São vendidos com base em sua resistência mecânica e não conforme sua constituição química; contém pequenos teores, inevitáveis e às vezes até desejáveis de outros elementos tais como manganês e silício, e não necessitam de nenhum tratamento térmico especial após a laminação ou forjamento, exceto um eventual recozimento. Estes aços comuns têm grande aplicação na construção civil em geral, em estruturas de aços, na indústria naval e na fabricação de tubos.
Aços não ligados ou poucos ligados que são comercializados de acordo com sua composição química, têm elementos de liga adicionados ao metal em fusão, com estreita tolerância de teor e necessitam de um tratamento térmico para melhoria de suas propriedades. São designados como aço de qualidade e aplicados, por exemplo, na construção de máquinas e veículos.
Aço nobre é a denominação dada aos aços ligados que são produzidos e controlados com alta precisão e atingem um alto grau de pureza química e uniformidade de propriedades. Exemplos de aços nobres são: aços-ferramenta, aços resistentes à corrosão e aços com alta resistência à oxidação.
A combinação de aço carbono (elemento intersticial) e o ferro (diâmetro de suas esferas atômicas ~ 2,5Å), em equilíbrio termodinâmico dará origem a diferentes fases para as diversas temperaturas avaliadas. Isto é indicado no diagrama de equilíbrio Fe-C (grafita), figura 2a. A temperatura ambiente, os constituintes do sistema Fe-C seriam ferrita (α) e gratita.
Na produção industrial do aço, entretanto, a solidificação e o resfriamento são muito rápidos para que o equilíbrio termodinâmico seja alcançado. Ocorre, então, a formação de uma fase metaestável, a cementita (carboneto de ferro), no lugar da grafita. Embora esta fase seja termondinamicamente metaestável, em termos de aplicações práticas ela é considerada estável, pois a temperatura ambiente, a difusão do carbono de ferro é muito baixa (Dc = 2,9 x 10-19 cm2/s), e a transformação de cementita em grafita é praticamente nula.
Os diagramas de fase ou diagramas de equilíbrio como também são denominados têm como finalidade mostrar alterações de estado físico e de estrutura que sofrem as ligas metálicas, em decorrência de aquecimentos ou resfriamentos lentos.
De todos os sistemas de ligas binárias, talvez o mais importante seja o formado pelo ferro e pelo o carbono. Tantos os aços quanto os ferros fundidos, que são os principais materiais estruturais em toda cultura tecnologicamente avançada, são essencialmente ligas ferro-carbono. 
	O estudo do diagrama de fases permite-nos compreender porque variações do teor de carbono nos aços resultam na obtenção de diferentes propriedades, e dessa maneira, possibilitam a fabricação de aços de acordo com propriedades desejadas, fato facilmente explicado já que os aços carbono apresentam variadas e interessantes transformações no estado sólido.
Figura 1: Diagrama de fases Ferro-Carbono
O diagrama Fe-C mostrado acima não é um diagrama completo, já que são mostradas somente concentrações de carbono inferiores a 6,67%, porcentagem de carbono da cementita (Fe3C). O sistema ferro-carbono pode ser dividido em suas parte: uma fração rica em ferro como mostra o diagrama acima, e outra (que não está mostrado na figura) para composições entre 6,67%C e 100%C (Grafita pura). As fases importantes encontradas no diagrama são ferrita α (CCC), austenita γ e o composto intermetálico carbeto de ferro (Fe3C). Com base na composição, as ligas ferrosas tem três classificações: Ferros (<0,008%C), Aços (0,008%C à 2,14%C) e Ferros fundidos (>2,14%C), no diagrama podemos destacar:
Fase α: Esse campo é o ferrítico, mostra a solução sólida de carbono no ferro α, possui estrutura atômica CCC.
Fase γ: Campo austenítico que mostra a solução sólida de carbono no ferro γ, possui estrutura atômica CFC.
Fase δ: Para pequenos teores de carbono acima de 1394 ˚C, o ferro muda novamente para cúbico de corpo centrado, dando origem à ferrita delta (ferro delta), que é uma solução sólida de carbono em ferro (CCC).
Fe3C: A cementita é um microconstituinte composto de ferro e carbono, possui estrutura atômica ortorrômbica.
Perlita: é uma combinação de ferro (α) e cementita (Fe3C).
Linha Liquidus:  é a curva temperatura-composição para a fase líquida que está em equilíbrio com o sólido e acima dela, todo aço está na forma líquida.
Linha Solidus: é a curva temperatura-composição para a fase sólida que está em equilíbrio com o líquido. Abaixo dessa linha, todo o material está no estado sólido.
Dentro do diagrama de fases existem reações invariantes, esses pontos ocorrem em temperatura e pressão constante. 
Figura 2: Algumas das reações invariantes no diagrama Fe-C
Ponto eutetóide: Ponto correspondente à composição de carbono de 0,8%. Ligas dessa composição, elevadas até o campo austenítico (fase γ) e em seguida resfriadas lentamente, atravessam a reação eutetóide, reação onde a austenita transforma-se em perlita, microestrutura constituída de lamelas de cementita (Fe3C) envoltas em uma matriz ferrítica (fase α).
Ponto eutético: Ponto correspondente à composição de carbono de 4,3%. Trata-se do ponto de mais baixa temperatura de fusão ou solidificação, 1147°C. Ligas dessa composição são denominadas ligas eutéticas.
Os aços com porcentagem de carbono acima de 0,8% (composição eutetóide) são denominados aços hipereutetóides, enquanto que os aços com porcentagem de carbono inferior a 0,8% são denominados aços hipoeutetóides. Os ferros fundidos com porcentagem de carbono acima de 4,3% (composição eutética) são denominados ferros fundidos hipereutéticos, e os ferros fundidos com porcentagem de carbono inferior a 4,3% são denominados ferros fundidos hipoeutéticos.
Durante a solidificação de uma liga, se forma diferentes microestruturas que dependem da temperatura, tempo de resfriamento e porcentagem dos componentes. No resfriamento da liga, cruza-se essas linhas e microestruturas começam a ser formar, para determinar a fração volumétrica das fases que constitui a liga, utiliza-se a regra da alavanca, que a partir do teor de carbono e o teor de ferro, tem-se as frações de cada microestrutura presente, em uma temperatura específica.
O diagrama Fe-C é um diagrama dependente somente da temperatura e da porcentagem de carbono, e as transformações microestruturais que ocorrem sob aquecimento e resfriamento lentos são transformações ditas de equilíbrio.