Diagrama de fases – Fe-Fe3C

Introdução

Ligas metálicas binárias de maior importância:

Sistemas formados por Ferro e Carbono

Soluções sólidas intersticiais – Carbono impureza

Aços e ferros fundidos

Introdução

Melhor compreensão dos tratamentos térmicos e propriedades desses materiais é obtida a partir da compreensão do diagrama de equilíbrio Ferro-carbono

Classificação das ligas ferrosas em função do teor de C

Classificação das ligas ferrosas em função do teor de carbono:

• %C <0,008 - Ferro puro

• %C entre 0,008 e 2,14 – aços ( na prática raramente excede 1%)

• %C entre 2,14 e 6,7 – ferros fundidos ( na prática é inferior a 4,5%)

Análise do diagrama

Eixo vertical esquerdo - Ferro puro

Alterações na estrutura cristalina com o aquecimento

a) Temperatura ambiente - Fe (CCC) - ferro α – ferrita

b) T= 912ºC – Fe (CFC) - ferro γ - austenita

c) T= 1394ºC – Fe (CCC) – ferro δ

d) T= 1538ºC - fusão

Análise do diagrama

Ferrita ou ferro- α - Latim - ferrum- Fase macia e dútil- Solubilidade máxima de carbono é de 0,022% ( 727º C)- Estrutura CCC – interstícios são pequenos – difícil acomodação dos átomos de carbono

Análise do diagrama

Austenita ou ferro γ

Nome derivado de um metalurgista inglês – Robert Austen

Nas temperaturas em que é estável é também macia e dútil.

A solubilidade máxima de

carbono é de 2,14% ( 912ºC)

Estrutura CFC - espaçamentos interatômicos maiores mas ainda com limitações.

Análise do diagrama

Ferro – δ

Estrutura idêntica à da ferrita- alfa ( CCC ), exceto quanto à faixa de temperatura

Não tem importância tecnológica, estável somente a temperaturas elevadas – 1394ºC

Solubilidade do carbono nessa estrutura é maior que na ferrita-alfa, devido às temperaturas mais elevadas

Análise do diagrama

2- Formação da cementita

Nas ligas de ferro-carbono, o carbono que excede o limite de solubilidade deve formar uma segunda fase, mais comumente o carbeto de ferro, cementita.

Composição química – Fe3C – Isto não significa que existam moléculas de Fe3C mas sim que o reticulado cristalino contém átomos de ferro e carbono numa proporção de 3 para 1.

Estrutura ortorrômbica Comparativamente à austenita e à ferrita é

muito dura.

Análise do diagrama

Composto metaestável À Tamb – estável – permanece como um

composto Dependendo da temperatura e tempo de

aquecimento pode se decompor em ferro alfa e carbono

Diagrama de fases metaestável – não representa um verdadeiro diagrama de equilíbrio – cementita não é um composto de equilíbrio

Análise do diagrama

3- Regiões bifásicas

Ponto eutético: (4,3% C, 1148ºC)

L γ + Fe3C

líquido austenita + cementita Ponto eutetóide: ( 0,77% C, 727ºC)

γ α + Fe3Caustenita ferrita + cementita

Análise do diagrama

- Transformação eutetóide dá origem à “perlita”: Propriedades intermediárias entre as da ferrita e da

cementita

muito resistente Pouco resistente

muito dura Molemuito frágil Muito dúctil

Perlita

Constituinte lamelar

Aspecto de

madrepérola – estrutura em camadas de ferrita e

cementita

Perlita

Fatores que influenciam na posição das linhas de transformação do diagrama

Aquecimento ou resfriamento Presença de elementos de liga

Consequências:

Ocorrência de mudanças ou transformações de fases em temperaturas diferentes das previstas no diagrama

Existência à temperatura ambiente de fases fora do equilíbrio que não aparecem no diagrama

Resumo

Propriedades das ligas Fe-C – influenciadas pelas suas estruturas.

Estruturas dependem das reações que ocorrem no diagrama.

Os elementos de liga atuam diretamente nas linhas de transformação. Como???

Resumo

Nos aços: faixa austenítica – T e composição do eutetóide

Nos ferros-fundidos: capacidade grafitizante ou estabilizadora da cementita.