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Diagrama Fe – Fe3 C
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POLIMORFISMO OU ALOTROPIA
É um fenômeno apresentado por alguns metais
e não-metais.
Esses materiais apresentam mais de uma
estrutura cristalina dependendo da temperatura
e pressão.
Geralmente as transformações polimórficas são
acompanhadas de mudanças na densidade e de
outras propriedades físicas.2
O ferro apresenta o fenômeno de
polimorfismo ao ser aquecido.
Sofrendo alterações na sua estrutura
cristalina.
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Polimorfismo do Fe
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À temperatura ambiente possui a forma estável conhecida
como ferrita ou ferro a e estrutura cristalina CCC.
À 768º Ponto Curie (b)
À 912º C a ferrita se transforma em austenita ou ferro g e
possui a estrutura cristalina CFC.
À 1394º C a austenita reverte novamente para uma fase com
estrutura CCC conhecida como ferrita d.
À 1538º a ferrita d se funde.
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O eixo das composições se estende somente até 6,67% nessa concentração se forma o composto intermediário carbeto de ferro ou cementita (Fe3 C), representada por uma linha vertical no diagrama de fases.
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O carbono é uma impureza
intersticial do ferro, e forma
uma solução sólida com:
a ferrita a,
a ferrita d e
a austenita g.
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A máxima solubilidade do carbono na ferrita é:
0,022 % à 727ºC.
A máxima solubilidade do carbono na austenita
é: 2,14% à1147ºC.
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A solubilidade do carbono na austenita
é aproximadamente 100 vezes maior
que o valor de solubilidade máxima na
ferrita .
Porque:
as posições intersticiais na estrutura CFC
são maiores que as posições intersticiais
na estrutura CCC.
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Quando o limite de solubilidade é ultrapassado se forma a cementita
(Fe3C) .
Cementita
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A cementita é mecanicamente dura e frágil e ela
aumenta significativamente a resistência de alguns
aços.
A cementita é um material metaestável que a
temperatura ambiente permanecerá
indefinidamente como um composto, assim.
Ponto eutético
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O ponto 4,30% p C e a temperatura de 1147º C é um ponto
eutético.
A fase líquida se transforma
nas fases sólidas:
austenita e cementita.
Ponto eutectóide
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O ponto 0,76% p C e a temperatura de 727º C é um ponto eutectóide
A fase sólida g se
transformará nas
fases sólidas:
ferrita e cementita.
Classificação das ligas ferrosas com
base no teor de carbono
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Ferro comercialmente puro - ferro com
menos de 0,008% C
Aços - ligas ferro-carbono que contém entre
0,008 e 2,14 % C, porém, na prática os aços
raramente contém mais de 1%p de carbono.
Ferros fundidos - ligas ferro-carbono que
contém acima de 2,14 C.
Desenvolvimento das microestruturas
em Ligas Ferro-Carbono
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Quando resfriamos a liga ferro
carbono da região da austenita (g)
para a região das fases a + Fe3 C
ocorrem mudanças de fases com
características particulares.
Desenvolvimento das microestruturas
em Ligas Ferro-Carbono
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Em relação a composição da austenita podemos ter:
Eutectóide – Com a composição exata eutectóide.
Hipoeutectóide – Com a % de carbono menor que a eutectóide.
Hipereutectóide – Com a % de carbono maior que a eutectóide.
Liga de composição eutectóide, (0,76% pC)
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1. Uma liga com a composição 0,76% C -
austenita (fase g) é resfriada partindo-se de
temperatura em torno de 800ºC, ao
longo da linha vertical x x’ .
2. Com o resfriamento não ocorrerão
alterações até a temperatura eutectóide
(727ºC).
3. Abaixo de 727º C austenita se transforma
conforme a equação eutectóide.
4. A micro estrutura formada consiste de
camadas alternadas ou lamelas compostas
de pelas duas fases (a+ Fe3C), chamada
perlita
Perlita - pearlite
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Essa fase, é chamada perlita por
apresentar ao microscópio aparência de
madrepérola. (pear – pérola em inglês)
Perlita - pearlite
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A perlita forma-se em grãos, também chamadas “colônias”; dentro de cada colônia as lamelas estão orientadas na mesma direção.Mecanicamente, a perlita apresenta
propriedades intermediarias entre a ferrita (macia e dúctil) e a cementita (dura e frágil).
Ligas Hipoeutetóides - C< 0,76% pC
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1. Uma liga com uma composição C0 (C< 0,76%) sendo resfriada partir de aproximadamente 875ºC onde a estrutura é composta, inteiramente, da fase g.
Resfriando-se até o ponto d, na região a + g essas duas fases coexistirão
A fase a forma partículas nos contornos dos grãos de g.
As composições de a e g podem ser determinadas usando-se as linhas de amarração.
O resfriamento até o ponto eaumentará a proporção da fase a , e as partículas a crescerão em tamanho.
Ligas Hipoeutetóides - C< 0,76% pC
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Na temperatura Te a fase a
terá 0,022% C e a fase g terá
a composição eutectóide,
0,76%C.
Abaixo da linha eutectóide,
toda a fase g que estava
presente na temperatura Te (e
que possuía a composição do
eutectóide) se transformará
em perlita.
Ligas Hipoeutetóides - C< 0,76% pC
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Não haverá qualquer alteração na fase a que existia antes de cruzar a temperatura eutectóide.
A ferrita que se formou em torno dos grãos de austenita então estará presente em torno dos grãos de perlita.
A ferrita apresenta-se como: ferrita eutectóide presente na
perlita.
ferrita proeutectóide a ferrita formada antes da temperatura eutectóide (significando pré ou antes de).
Ligas Hipereutetóides – C> 0,76% pC
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Uma liga com composição entre 2,15%C e 0,76% C resfriada a partir da região da austenita somente a fase g estará presente, com a composição.
Com o resfriamento para dentro do campo das fases g + Fe3C, ponto h, a fase cementita começará se formar nos contornos dos grãos da fase g, essa cementita é chamada de cementita proeutectóide (antes da reação eutectóide).
A composição da cementita permanece constante (6,70%pC), a medida que a temperatura diminui, e a composição da austenita se moverá ao longo da curva P-O em direção ao ponto eutectóide.
No ponto i, abaixo da temperatura eutectóide, toda austenita restante será transformada em perlita.
Ligas Hipereutetóides – C> 0,76% pC
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No ponto i, abaixo da
temperatura eutectóide,
toda austenita restante será
transformada em perlita.
Resfriamento em condições de equilíbrio
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Nessa discussão sobre o desenvolvimento microestrutural
supôs-se condições de equilíbrio fossem sempre mantidas,
isto é, sendo dado tempo suficiente para que as composições
e quantidades de fases se ajustem.
A Influência de Outros Elementos de Liga
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