Felipe 3°d diagrama de ferro-carbono
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Felipe Rodrigues de Moura Eng. Prod. 3ºD
DIAGRAMA DE FASES FERRO – CARBONO
LIGAS FERROSASFERRO COMERCIALMENTE PURO: %C < 0,008%p.
AÇOS: teor de carbono até 2,11%p. Dividem-se em:a. AÇOS-CARBONO.b. AÇOS-LIGA
FERROS FUNDIDOS:
a. FERRO FUNDIDO CINZENTO: liga Fe-C-Si (%C > 2,0%p, %Si de 1,2%p a 3,0%p). Apresenta C livre (lamelas ou veios de grafita).
b. FERRO FUNDIDO BRANCO: %Si menor do que ferro fundido cinzento, apresenta C quase todo combinado.
c. FERRO FUNDIDO MALEÁVEL: apresenta grafita na forma de rosetas, devido a um tratamento térmico especial (MALEABILIZAÇÃO) aplicado no ferro fundido branco.
d. FERRO FUNDIDO NODULAR: apresenta grafita na forma esferoidal, devido a um tratamento de NODULIZAÇÃO, realizado com o material ainda líquido.
SISTEMA FERRO-CARBONO
• Sistema de liga binário mais importante, sendo os materiais mais utilizados pelo homem.
• O diagrama de equilíbrio Fe-C permite uma melhor compreensão desses materiais e dos tratamentos térmicos a que são submetidos normalmente.
• Os diagramas de equilíbrio mostram as estruturas que se formam sob condições de resfriamento LENTO.
• Os diagramas de fases não indicam o tempo necessário para que uma transformação ocorra
• As taxas de resfriamento encontradas na prática provocam o SURGIMENTO DE ESTRUTURAS ADICIONAIS, não previstas nestes diagramas.
O DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO-CARBONO• Representa ligas com teor de carbono de até 6,7%p.
• FASES SÓLIDAS PRESENTES:
• FERRITA: solução de carbono em FERRO- (CCC). Apresenta solubilidade de 0,008%p de C a temperatura ambiente e de no máximo , 0,02%p a 727 ºC. Apresenta boa plasticidade.
• AUSTENITA: solução de carbono em FERRO-γ (CFC). Consegue dissolver um teor de C muito mais alto do que a ferrita (até 2,11%p a 1148 ºC). Não-magnético.
• CEMENTITA: (Fe3C) composto intermediário, o CARBETO DE FERRO, é representado por uma linha vertical passando pela composição de 6,7%p C. É muito DURO e FRÁGIL.
• FERRO-δ: solução de carbono em ferro com estrutura CCC, existente a altas temperaturas.
O DIAGRAMA DE FASES FERRO - CARBETO DE FERRO (FE-FE3C)T
emp
erat
ura
, ºC
Composição, %p C
1 2 3 4 5 6 6,70
1600
1400
1200
1000
800
600
400
L
Fe3C
γ + LL + Fe3C
+ Fe3C
γ + Fe3C
γ, austenita
+ γ
δ
4,302,14
0,76
912 ºC
1394 ºC
1538 ºC
727 ºC
AB
CD
E
1148 ºCF
G
SP
N
J
K
Solidus
LiquidusLiquidus
A1
A cm
A3
Q
0,022
AÇOS0,08 ≤ %C ≤ 2,11
FERROS FUNDIDOS%C ≥ 2,11F
e
O DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO-CARBONO
Tem
per
atu
ra,º
C
Composição, %p C
1 2 3 4 5 6 6,70
1600
1400
1200
1000
800
600
400
CD
EF
SP K
4,30
LiquidusLiquidus
L
2,14 1148 ºCSolidus
Solidusγ + L L + Fe3C
0,76
A3
A cm
γ, austenita
, ferrita
0,022
727 ºCA1
Fe3C,
cementita
+ γ
γ + Fe3C
+ Fe3C
A
B
G
Q
1394 ºC
1538 ºC
Fe- (CCC)
Fe-γ (CFC)
Fe-δ (CCC)
Q
BA
→
→L (FUSÂO)
tempo
Tem
per
atu
ra,
ºC
Transformações do Fe PURO
REAÇÕES NA FAIXA DE COMPOSIÇÃO DOS AÇOS
Fe3C, cementita
Tem
per
atu
ra,
ºC
Composição, %p C
1 2 3 4 5 6 6,70
1600
1400
1200
1000
800
600
400
L
Fe3C
+ Fe3C
γ + Fe3C
γ + LL + Fe3C
γ, austenita
+ γ
δ
4,302,14
0,76
0,022 912 ºC
1394 ºC
1538 ºC
727 ºC
+ Fe3C
0,76 727 ºC
γ + Fe3C
+ Fe3C
+ γ
γ
0,022
resfriamento
aquecimentoγ(0,76 %p C) (0,022 %p C) + Fe3C( 6,7 %p C)
REAÇÃO EUTETÓIDE DOS AÇOS (a 727 ºC)
AÇO EUTETÓIDE
+ γ
γ
γγγ
γ + Fe3C
+ Fe3C
727 ºC
Fe3C
Tem
per
atu
ra (
ºC)
1,0 2,0400
500
600
700
800
900
1000
1100
Composição, %p C
AÇO EUTETÓIDE (0,76%p C)
AÇO EUTETÓIDE (0,76%p C)
0,76
REAÇÃO EUTETÓIDE
REAÇÃO EUTETÓIDE
6,7
CFe3C = 6,7C = 0,022
PERLITA
AÇO EUTETÓIDE: PERLITA
PERLITA
CementitaCementita
FerritaFerrita
DESENVOLVIMENTO DAS MICROESTRUTURAS EM LIGAS FE-C
• Mecanismo de formação da PERLITA a partir da AUSTENITA:
CC
Fe3C
CC
C
C
C
γ
Direção do crescimento da
perlita
Fe3C
AÇO HIPOEUTETÓIDE
+ γ
γ
γ + Fe3C
+ Fe3C
727 ºC
Tem
per
atu
ra (
ºC)
1,0 2,0400
500
600
700
800
900
1000
1100
Composição, %p C
AÇO HIPOEUTETÓIDE
(<0,76%p C)
AÇO HIPOEUTETÓIDE
(<0,76%p C)
6,7
PERLITA = Fe3C + -eutetóide
γγγ γ
γγγ γ
γγ
γ γ
γ
pró-eutetóide
REAÇÃO EUTETÓIDE
REAÇÃO EUTETÓIDE
C0
AÇO HIPOEUTETÓIDE: PERLITA + FERRITA PRÓ-EUTETÓIDE
Aço hipoeutetóide com 0,38 %C. Ferrita pró-eutetóide (grãos claros) e perlita (grão lamelares)
Aço hipoeutetóide com 0,38 %C. Ferrita pró-eutetóide (grãos claros) e perlita (grão lamelares)
PERLITA
FERRITA PRÓ-EUTETÓIDE
AÇO HIPEREUTETÓIDE
+ γ
γ
γ + Fe3C
+ Fe3C
727 ºC
Tem
per
atu
ra (
ºC)
1,0 2,0400
500
600
700
800
900
1000
1100
Composição, %p C
AÇO HIPEREUTETÓIDE
(>0,76%p C)
AÇO HIPEREUTETÓIDE
(>0,76%p C)
0,76
6,7
PERLITA = + Fe3C-eutetóide
γγγ γ
REAÇÃO EUTETÓIDE
REAÇÃO EUTETÓIDE
C0
γγ
γ γ
γ
Fe3C pró-eutetóide
γγγ γ
AÇO HIPEREUTETÓIDE: PERLITA + CEMENTITA PRÓ-EUTETÓIDE
Aço hipereutetóide com 1,4 %C. Perlita (grão lamelares) e cementita pró-eutetóide (rede clara nos contornos da perlita)
Aço hipereutetóide com 1,4 %C. Perlita (grão lamelares) e cementita pró-eutetóide (rede clara nos contornos da perlita)
Essa rede de cementita, dura e frágil, REDUZ A TENACIDADE material,
favorecendo a propagação de trincas.
PERLITA
CEMENTITA PRÓ-EUTETÓIDE
DESENVOLVIMENTO DAS MICROESTRUTURAS EM LIGAS FE-C
• Microconstituintes e fases formadas durante o resfriamento em CONDIÇÕES DE EQUILÍBRIO
AÇO %p C Microconstituintes Fases
HIPOEUTETÓIDE < 0,76 FERRITA PRÓ-EUTETÓIDE + PERLITA
FERRITA () e CEMENTITA (Fe3C)
EUTETÓIDE = 0,76 PERLITA FERRITA () e CEMENTITA (Fe3C)
HIPEREUTETÓIDE > 0,76 CEMENTITA PRÓ-EUTETÓIDE + PERLITA
FERRITA () e CEMENTITA (Fe3C)
REAÇÕES NA FAIXA DE COMPOSIÇÃO DOS FERROS FUNDIDOS
Fe3C, cementita
Tem
per
atu
ra,
ºC
Composição, %p C
1 2 3 4 5 6 6,70
1600
1400
1200
1000
800
600
400
L
Fe3C
+ Fe3C
γ + Fe3C
γ + LL + Fe3C
γ, austenita
+ γ
δ
4,302,14
0,76
0,022 912 ºC
1394 ºC
1538 ºC
727 ºC
γ + Fe3C
L + Fe3Cγ + L
L
1148 ºC 4,3 %p C
1148 ºC
resfriamento
aquecimentoL(4,30 %p C) γ(2,11 %p C) + Fe3C( 6,7 %p C)
REAÇÃO EUTÉTICA DOS FERROS FUNDIDOS (a 1148 ºC)
RESFRIAMENTO FORA DAS CONDIÇÕES DE EQUILÍBRIO
• Ocorrência de mudanças ou transformações de fases em temperaturas diferentes das previstas no diagrama de equilíbrio:
• Com o AUMENTO DA VELOCIDADE de resfriamento ocorre uma DIMINUIÇÃO das temperaturas de transformação.
• Existência à temperatura ambiente de fases fora do equilíbrio que não aparecem no diagrama de fases: PERLITA FINA, BAINITA, MARTENSITA entre outras.