AULA_6_MAT_DE_CONST_MEC

Prévia do material em texto

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICAA6
OCB
Prof. Dr.Odney Carlos Brondino
1
Provérbio chinês: 
“Escuto e Esqueço, Vejo e Lembro, Faço e Aprendo.”
OCB
2011
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
LIGAS FERRO-CARBONO
De todos os sistemas de ligas binárias um dos mais importantes é o das 
LIGAS FERRO-CARBONO. (Fe-C)
Tanto os aços como os ferros fundidos,que são principais materiais estruturais, 
são essencialmente ligas de ferro-carbono.
2
IMPORTÂNCIA:
�O 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;
�Dá informações sobre outros fenômenos
OCB
2011
LIMITE DE SOLUBILIDADE: é a concentração máxima de átomos de soluto que pode 
dissolver-se no solvente, a uma dada temperatura, para formar uma solução sólida.
SOLUBILIDADE
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
3
�SOLUBILIDADE COMPLETA
�SOLUBILIDADE INCOMPLETA 
�INSOLUBILIDADE
Quando o limite de solubilidade é ultrapassado forma-se uma segunda fase com 
composição distinta
OCB
2011
FASES
�Fase é a porção homogênea de um sistema que tem características físicas e químicas 
definidas.
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
4
�Todo metal puro é considerado uma fase
�Uma fase é identificada pela composição química e microestrutura
�A interação de 2 ou mais fases em um material permite a obtenção de propriedades 
diferentes
�É possível alterar as propriedades do material alterando a forma e distribuição das 
fases
OCB
2011
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
DIAGRAMA DE FASES OU DE EQUILÍBRIO
É como um mapa para a determinação das fases presentes, para qualquer 
temperatura e composição, desde que a liga esteja em equilíbrio.
- termodinamicamente o equilíbrio é descrito em termos de energia livre
- um sistema está em equilíbrio quando a energia livre é mínima. ∆G = ∆H – T ∆S
5
FASES DE EQUILÍBRIO E FASES METAESTÁVEIS
�Fases de equilíbrio: suas propriedades ou características não mudam com o tempo. 
Geralmente são representadas nos diagramas por letras gregas
�Fases metaestáveis: suas propriedades ou características mudam lentamente com o 
tempo, ou seja, o estado de equilíbrio não é nunca alcançado. No entanto, não há 
mudanças muito perceptíveis com o tempo na microestrutura das fases metaestáveis.
- um sistema está em equilíbrio quando a energia livre é mínima. ∆G = ∆H – T ∆S
OCB
2011
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
6
Algumas bibliografias divergem nas temperaturas de transformação 
(variações muito próximas comparativamente).
OCB
2011
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
7
OCB
2011
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
8Weight = %peso 
OCB
2011
γγγγ+Fe3C
γγγγ+l
l+Fe3C
CFC
CCC
δδδδ+l
Sistema Fe-C ou Fe-Fe3C e microestruturas que se formam no resfriamento lento
9
γγγγ+Fe3C
αααα+Fe3C
CCC
αααα+ γγγγ
OCB
2011
Reações invariantes em diagramas de fase
10
OCB
2011
γγγγ+l
l+Fe3C
δδδδ+l
PERITÉTICA
δδδδ+l→→→→ γγγγ EUTÉTICA
l→→→→ γγγγ+Fe C
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
11DIAGRAMA DE FASE Fe-Fe3C - TRANSFORMAÇÔES
11
l→→→→ γγγγ+Fe3C
EUTETÓIDE
γγγγ →α→α→α→α+Fe3C
AÇO FOFO
OCB
2011FERRO PURO
FERRO α = FERRITA
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
12
FERRO γ = AUSTENITA
FERRO δ = FERRITA δ
Temperatura Fusão = 1534 °C
Nas ligas ferrosas as fases α, γ e δ FORMAM soluções sólidas com Carbono intersticial
CARBONO
OCB
2011
Ferro Puro /Formas Alotrópicas
FERRO αααα = FERRITA
Estrutura= ccc
Temperatura “existência”= até 912 °C
Solubilidade máxima do Carbono= 0,02% a 727 °C
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
13
FERRO γγγγ = AUSTENITA
Estrutura= cfc (tem + posições intersticiais)
Temperatura “existência”= 912 -1394°C
Fase Não-Magnética
Solubilidade máxima do Carbono= 2,14% a 1148°C
OCB
2011
FERRITA AUSTENITA
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
14
OCB
2011
FERRO δ
Estrutura= ccc 
Temperatura “existência”= acima de 1394°C
Ferro Puro /Formas Alotrópicas
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
15
Temperatura “existência”= acima de 1394°C
Fase Não-Magnética
Como é estável somente a altas temperaturas não apresenta interesse comercial
OCB
2011
Ferro Puro: solubilidade em até 0,02% de Carbono
O aço está compreendido entre 0,02 até 2,06% em peso de Carbono
O Ferro Fundido está compreendido entre 2,1 - 4,5% em peso de Carbono
Fe3C (CEMENTITA) é formada quando o limite de solubilidade do carbono no ferro é 
ultrapassado (6,7% de C)
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
16
CEMENTITA (Fe3C)
�Forma-se quando o limite de solubilidade do carbono é ultrapassado (6,7% de C)
�É dura e frágil
�É um composto intermetálico metaestável, embora a velocidade de decomposição em 
ferro α e C seja muito lenta
�A adição de Si acelera a decomposição da cementita para formar grafita
OCB
2011PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe3C (EUTÉTICO)
LIGA EUTÉTICA: corresponde à liga (composição química) de mais baixo de fusão
Líquido →FASE γ (austenita) + cementita
- Temperatura= 1148 °C
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
17
- Temperatura= 1148 °C
- Teor de Carbono= 4,3%
�As ligas de Ferro fundido de 2,1-4,3% de C são chamadas de ligas hipoeutéticas
�As ligas de Ferro fundido acima de 4,3% de C são chamadas de ligas hipereutéticas
OCB
2011
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
18
Weight = %peso 
OCB
2011PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe3C (EUTETÓIDE)
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
LIGA EUTETÓIDE → corresponde à liga de mais baixa temperatura de transformação 
sólida
α
19
Austenita FASE α (Ferrita) + Cementita
- Temperatura= 725 °C
- Teor de Carbono= 0,8 %
� Aços com 0,02-0,8% de C são chamadas de aços hipoeutetóide
� Aços com 0,8-2,1% de C são chamadas de aços hipereutetóides
OCB
2011
MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE
� Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio
�A microestrutura eutetóide, como veremos a seguir, 
consiste de lamelas alternadas de fase α (ferrita) 
E Fe3C (cementita) chamada de PERLITA
�FERRITA: lamelas + espessas e claras
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
�FERRITA: lamelas + espessas e claras
�CEMENTITA : lamelas + finas e escuras
�Propriedades mecânicas da perlita
�intermediária entre ferrita (mole e dúctil) e 
Cementita (dura e frágil)
20
OCB
2011
MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
21
OCB
2011 EUTETÓIDE
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
22
OCB
2011MICROESTRUTURA DO AÇO EUTETÓIDE RESFRIADO LENTAMENTE
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
23
SOMENTE PERLITA
OCB
2011
MICROESTRUTURAS /HIPOEUTETÓIDE
� Supondo resfriamento lento para manter o 
equilíbrio
� Teor de Carbono: 0,002- 0,8 %
� Estrutura formada por: Ferrita + Perlita
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
� Estrutura formada por: Ferrita + Perlita
� As quantidades de Ferrita e Perlita variam 
conforme a % de carbono e podem ser 
determinadas pela regra das alavancas
� Partes claras �pró eutetóide ferrita
24
Ferrita pro-eutetóide é a ferrita que se forma a uma temperatura 
maior que a temperatura eutetóide para uma composição hipo-
eutetóide, ou seja, menor que 0,77%C em peso. 
OCB
2011 HIPOEUTETÓIDE
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
25
OCB
2011
MICROESTRUTURA DOS AÇOS BAIXO TEOR DE CARBONO
AÇO: 0,2%C
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
26
Ferrita Perlita
OCB
2011 MICROESTRUTURA DOS AÇOS 
MÉDIO TEOR DE CARBONO RESFRIADOS LENTAMENTE
AÇO :0,45%C
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
27
Ferrita Perlita
OCB
2011
MICROESTRUTURAS /HIPEREUTETÓIDE
�Supondo resfriamento lento para 
manter o equilíbrio
�Teor de Carbono: 0,8-2,06 %
�Estrutura formada por: Cementita+ Perlita
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
�As quantidades de Cementita e Perlita variam 
conforme a % de carbono e podem ser 
determinadas pela regra das alavancas
�Partes claras � pró eutetóide cementita
28
Cemetita pro-eutetóide é a Cementita que se forma a uma 
temperatura maior que a temperatura eutetóide para uma 
composição hiper-eutetóide, ou seja, maior que 0,77%C em 
peso. 
OCB
2011 HIPEREUTETÓIDE
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
29
OCB
2011
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
Para a temperatura ambiente 
(0,77%de C) temos:
A quantidade de grãos com constituinte perlita 
será de 100% (que é a quantidade de grãos de 
austenita que sofreu reação eutetóide.
30
austenita que sofreu reação eutetóide.
OCB
2011
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
Para a temperatura ambiente e C1=1,2% de C, temos:
A quantidade de grãos com o constituinte perlita será 
de 92,7% de perlita e 7,3% (100-92,7) de cementita 
em contorno de grão)
31
em contorno de grão)
OCB
2011
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
32
OCB
2011
Além dos fenômenos térmicos na mudança de estrutura cristalina, há também 
variações de volume. 
�Variação do parâmetro a da rede cristalina do ferro em função da temperatura
�Densidade do ferro em função da temperatura
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
33
OCB
2011
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
34
OCB
2011
Lembrete
DIAGRAMA DE FASES - Fe‐‐‐‐C
35