Aula 05 - Solidificação e Equilíbrio Desenvolvimento das ... · Diferenças na aptidão ao processo de Fundição Metalurgia Física Diagramas de Equilíbrio ... • Relação

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Aula 05 - Solidificação e Equilíbrio

Desenvolvimento das Microestruturas sob condições de Equilíbrio e de Não Equilíbrio

Diagrama Fe-C

Disciplina : Metalurgia Física- MFIProfessores: Guilherme Ourique Verran - Dr. Eng. Metalúrgica

Evolução da estrutura para

um Sistema Isomorfo (Cu-Ni) resfriando sob Condições de Equilíbrio

Estrutura policristalina e monofásica

Metalurgia FísicaDiagramas de Equilíbrio

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Evolução da estrutura para um Sistema Isomorfo (Cu-

Ni) resfriando sob Condições de Não Equilíbrio

Ocorrência de gradientes de concentração ao longo dos grãos

Zoneamento (“Coring”)

Segregação

⇓

Forma de eliminaçãoTratamento Térmico (Homogeneização)

⇒


Representação esquemática do resfriamento sob

Condições de Equilíbriopara uma liga Pb-Sn com

composição C1 .

Estrutura Policristalina e Monofásica a

temperatura ambiente

% de Soluto não excedeao limite de máxima solubilidade

sólida


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Representação esquemática do resfriamento sob Condições de

Equilíbrio para uma liga Pb-Sncom composição C2 .

Estrutura Policristalina e Polifásica a temperatura

ambiente

% de Soluto excedeao limite de máxima solubilidade sólida

Ao longo do resfriamento as partículas da fase β vão crescer


Representação esquemática do resfriamento sob Condições de Equilíbrio para uma liga Pb-Sn com composição

Eutética (C3 )

Na temperatura eutética (1830C) a fase líquida se transforma em uma estrutura formada por

lamelas de α e β.


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Micrografia de uma liga Pb-Sn com composição eutética, formada por lamelas de solução sólida α rica em Pb

(escuras) e lamelas de solução sólida β rica em Sn (claras), aumento 375x.

Um microconstituinte


Representação esquemática da formação da estrutura eutética para o sistema Sn-Pb.

O processo de redistribuição do Sn e do Pb ocorre por difusão no líquido à frente da interface eutético-líquido.


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Representação esquemática do resfriamento sob Condições de Equilíbrio para uma liga Pb-Sn que cruza

a isoterma eutética (C4 )

Na temperatura ambiente a liga é constituída por grãos da fase primária α e

grãos do eutético(α + β)


Micrografia de uma liga Sn-Pb com composição hipoeutética 50Pb-50Sn, mostrando fase α primária rica em Pb(regiões escuras) em uma estrutura eutética lamelar(lamelas claras de β rica em Sn e lamelas

escuras de α rica em Pb), aumento 400x.

Dois microconstituintes


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Utilização dos D.E. no entendimento dos diferentes tipos de solidificação de metais e/ou ligas

Solidificação de Metais Puros

Solidificação MonofásicaLiga com grande ∆T

Solidificação Polifásica Ocorrência de reação eutética

Solidificação MonofásicaLiga com pequeno ∆T

∆T = Tliquidus – Tsólidus → Intervalo de Solidificação

Ce

TB

αTe

T

TA

α + β

β

A B

β + Lα + L

e

C1

L

C2

Linha LiquidusLinha Solidus


Aula 04.b: Estudo do Diagrama Fe-C

Disciplina : Metalurgia Física- MFIProfessor: Guilherme Ourique Verran - Dr. Eng. Me talúrgica


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O Sistema Fe-C

• Base fundamental para estudo e entendimento dos materiais estruturais mais utilizados em Metalurgia: os chamados Metais Ferrosos

• Pode-se classificar os materiais ferrosos quanto ao teor de C presente em dois grandes grupos de materiais metálicos:

Aços: ligas Fe-C com teores de C até 2,11 % ( nos aços ao C comuns o teor de C normalmente vai até 1,0-1,2%.

Ferros Fundidos: ligas Fe-C com teores de C acima de 2,11% (na prática entre 2,5 a 4,5 % C).


AçosFerros

Fundidos


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Importância do Diagrama Fe-C como ferramenta didática no estudo da Metalurgia Física

• Transformações de Fases

Sólido-Liquido

No Estado Sólido

• Solidificação

Aços Intervalo de Solidificação

Ferros Fundidos Eutéticos

Ligas com diferentes modelos de solidificação

Diferenças na aptidão ao processo de Fundição


• Reações Invariantes

Peritética

Eutetóide

Eutética

• Transformação Alotrópica ou Polimórfica

a 9120 C

Feα ⇔ Feγ(CCC) (CFC)

Fe γ ⇒ Feα + Fe3C

Fe L ⇒ Fe γ + Fe3C


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Feα (CCC) ⇔ Feγ (CFC)

• Solução Sólida IntersticialÁtomos de C entram nos interstícios do reticulado

cristalino do Fe

Existe um “buraco” relativamente grande no

centro da célula unitária do Fe (CFC) no qual o C entra formando uma SSI de Fe

No Fe (CCC) os interstícios entre átomos são muito pequenos ⇒ a solubilidade do C no Fe (CCC) é muito pequena.

• Relação entre Estrutura Cristalina e Solubilidade Sólida


Relações:

Transformações de Fases Equilíbrio Difusão

Reações ou Transformações

no Equilíbrio

Envolvem Difusão

Necessitam de tempo para sua

ocorrência

Reações ou Transformações no Equilíbrio Estável

⇒Resfriamentos Lentos ou

Longos Ciclos de Aquecimento


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• Estabilidade de Fases e Equilíbrio

Equilíbrio Estável

Equilíbrio Metaestável

Aços Equilíbrio Estável


Decomposição da Austenita

Reações Martensítica ou

Bainítica

• Fases (ou microconstituintes) Estáveis

• Microconstituintes Metaestáveis

Ferrita - Perlita Cementita

Martensita - Bainita


Aços Comuns( ao Carbono)

Região do Diagrama Fe-C relativa aos aços mostrando linhas de resfriamento para diferentes

composições


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Aços

Resfriamento de um Aço de composição Eutetóide (1080)sob condições de equilíbrio.

À 7270 C ocorre a reação eutetóide (decomposição da

austenita)

Fe γ ⇒ Feα + Fe3C

Envolve a difusão de carbono


Micrografia mostrando estrutura 100% perlítica resultante da decomposição eutetóide de um aço 1080


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Mecanismo de formação de um estrutura perlítica resultante da decomposição eutetóide de um aço.


Resfriamento de um Aço de composição Hipoeutetóide (1020)

sob condições de equilíbrio.

Abaixo da linha A3 ocorre formação de Ferrita Pró-Eutetóide

À 7270 C a Austenita restante sofre reação eutetóide,

formando a perlita.

Estrutura Resultante: combinação de grãos de ferrita

pró-eutetóide e perlita


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Micrografia mostrando estrutura de um aço hipoeutetóide formada por grãos de perlita e ferrita pró-eutetóide.


Resfriamento de um Aço de composição Hipereutetóide sob

condições de equilíbrio.

Abaixo da linha Acm ocorre formação de Cementita Pró-

Eutetóide

À 7270 C a Austenita restante sofre reação eutetóide, formando

a perlita.

Estrutura Resultante: combinação de grãos de perlita

e cementita pró-eutetóide


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Micrografia mostrando estrutura de um aço hipereutetóide formada por grãos de perlita com cementita pró-eutetóide.


Esboço do Diagrama Fe-C mostrando as

faixas de temperaturas

usuais dos diferentes

processamentos


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Ferros Fundidos

Equilíbrio Estável


Fe-C

Fe- Fe3C

Solidificação de acordo com o Equilíbrio Estável

Sistema Fe-CPresença de C na forma livre

(Grafita)

Solidificação de acordo com o Equilíbrio

MetaestávelSistema Fe-Fe3C

Todo o C na forma combinada (Carboneto de Fe)


Ferros Fundidos

Fe-C Ferros Fundidos Cinzentos (com Grafita Livre)

Fe-Fe3C Ferros Fundidos Brancos

Fe-C e Fe-Fe3CFerros Fundidos

Mesclados

Ferros Fundidos com Grafita Livre

Ferros Fundidos Cizentos Grafita Lamelar

Ferros Fundidos Nodulares Grafita Esferoidal

Ferros Fundidos Vermiculares Grafita Compacta


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Diagrama Duplo Fe-C para Ferros Fundidos

Temperatura abaixo da qual pode solidificar o eutético Austenita-Cementita

Temperatura abaixo da qual pode solidificar o eutético Austenita-Grafita

Carbono Equivalente (%)

Tem

pera

tura

(0 C)

1100

1140

1180

1220

1260

1300

3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 4,4

L

L + Feγ

L + Grafita

L + Fe3C


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