Sistema Ferro-Carbono

5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 1/47 Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã

O SISTEMAFERRO-CARBONO



Conceitos Básicos

Componente: são metais puros e/ou compostos que compõem uma liga. Porexemplo, em um latão cobre-zinco, os componentes são o cobre (Cu) e o zinco (Zn).

Solvente: é o elemento ou composto que está presente em maior quantidade(concentração). Também chamado de átomos hospedeiros.

Soluto: é o elemento ou composto que está em menor concentração.

Limite de solubilidade: é a concentração máxima, em uma dada temperatura, de

átomos de soluto que pode se dissolver no solvente para formar uma solução sólida.Solução sólida: está solução se forma quando, à medida que os átomos do soluto são

adicionados ao material hospedeiro (solvente), a estrutura cristalina é mantida, e

nenhuma nova estrutura é formada.

Fase: é uma porção homogênea de um sistema que possui características físicas equímicas uniformes. Exemplo: xarope água-açúcar e açúcar sólido.

Sistema: (1) é um corpo especifico de material que está sendo considerado.

(2) é uma série de possíveis ligas que consistem nos mesmos componentes.



DIAGRAMA Fe-C



• À temperatura ambiente a forma estável, chamada ferrita, ou ferro α,tem uma estrutura cristalina CCC. A ferrita experimenta umatransformação polimórfica à austenita CFC, ou ferro γ, a 912oC

(1674o

F). Esta austenita persiste até 1394o

C (2541o

F), temperatura naqual a austenita CFC se reverte de volta para a fase CCC conhecidacomo ferrita δ, que finalmente se funde a 1538oC(2800oF).



DIAGRAMA DE FASES FERRO/CARBETO DE FERRO



• Mistura eutética, do grego eutektos, "facilmente fundida", éuma mistura de 2 ou mais sólidos, (como uma liga metálica), naqual o ponto de fusão é o mais baixo possível, e todos seusconstituintes cristalizam simultaneamente a partir do líquido.

• Uma das misturas eutéticas mais conhecida é a solda paracomponentes eletrônicos, feita de estanho e chumbo onde oponto de fusão desta é menor que o de seus componentesisolados (183 °C, contra 232 °C e 327 °C, respectivamente), esendo, por isso, chamado ponto eutético.

• Há também outras misturas eutéticas usadas em metalurgia,mesmo não-metálicas (para formar escória) e na indústria dovidro (na qual os componentes acrescentados, como ocarbonato de sódio, são chamados “fundentes").



• Um aço eutetóide tem 0,77% de carbono ena sua estrutura granular tem somente

perlita

Um aço eutético é uma liga c/ 4,3% de

carbono



Diagrama de equilíbrio Fe-C

• Ligas de aços – 0 a 2,11 % de C

• Ligas de Ferros Fundidos – acima de 2,11% a 6,7% de C



• Eutetóide• Quando a solução acima do ponto de transformação é

contínua, ao invés de líquido, uma transformação análoga

eutetóide pode ocorrer. Por exemplo, no sistema ferro-carbono,a fase austenita pode sofrer uma transformação eutetóide para

produzir ferrita e cementita, muitas vezes em estruturas

lamelares, tais como perlita e bainita. Este ponto eutetóide

ocorre em 727 ° C (1341°F) e cerca de 0,83% de carbono



Região peritética

• Transformações peritéticas também são semelhantes às reaçõeseutéticas. Aqui, uma das fases líquida e sólida de proporções fixasreagem a uma temperatura fixa e produzem uma única fase sólida.Dado que as formas sólido produzidas na interface entre os doisreagentes, eles podem formar uma barreira de difusão e, geralmente,

provocam tais reações para continuar muito mais lentamente do que astransformações eutética ou eutetóide. Devido a isso, quando umacomposição peritética solidifica não mostram a estrutura lamelar, queencontra-se com a solidificação eutética.

• Tal transformação existe no sistema ferro-carbono, como visto perto

do canto superior esquerdo da figura. Assemelha-se a um eutéticoinvertido, com a fase δ combinando com o líquido para produzir austenita pura em 1495 ° C (2723 ° F) e 0,17% de carbono

• Líquido + sólido α → sólido β




• Ponto S: eutetóide - Aço

• Ponto C:– eutético - ferro fundido

• Ferrita: ferro comercialmente puro (C <0,008%), pouco resistente, mole edúctil

• Fe3C carboneto de ferro - 6,7% C

• Aço hipoeutetóide 0,008 - 0,77% C• Aço hipereutetóide 0,77 - 2,11%C

• Fe Fundido hipoeutético 2,11-4,3%C

• Fe Fundido hipereutético > 4,3%C



Diagrama de equilíbrio Fe-CFe3C, Fe e grafita (carbono na forma lamelar)

• Austenita: soluçãosólida de C no Fe gama.Boa resistência eapreciável tenacidade

• Cementita: Carbono naforma Fe3C (carboneto

de ferro, 6,7% de C).Muito duro.




• Em resumo, a austenita existente acima dalinha A1 pode se transformar em ferrita +perlita, somente perlita ou perlita +

cementita.• Isto ocorre se houver tempo suficiente para

permitir o equilíbrio.

• Devido a isto os aços tem suas propriedadesmodificadas.



14

MICROESTRUTURA DO AÇO EUTETÓIDERESFRIADO LENTAMENTE

Somente Perlita



15

MICROESTRUTURA DOS AÇOS BAIXO

TEOR DE CARBONO

Ferrita Perlita

AÇO COM ~0,2%C



16

MICROESTRUTURA DOS AÇOS MÉDIO TEOR DEMICROESTRUTURA DOS AÇOS MÉDIO TEOR DECARBONO RESFRIADOS LENTAMENTECARBONO RESFRIADOS LENTAMENTE

Ferrita Perlita

AÇO COM ~ 0,45%C



FERRITA 90x AUSTENITA 325x



18

MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE


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Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã

AÇOS EUTETÓIDES- PERLITA

500 X




AÇOSHIPOEUTETÓIDE




AÇOS HIPOEUTETÓIDE

AISI 1038 , 635X




Aço 1020 Aço 1045 Aço 1070

Ferrita + perlita Perlita




AÇOS

HIPEREUTETÓIDE




1,4% C

1000x



Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã25

MICROESTRUTURAS /HIPOEUTETÓIDEMICROESTRUTURAS /HIPOEUTETÓIDE Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrioSupondo resfriamento lento para manter o equilíbrio

Teor de Carbono = 0,002- 0,76 %Teor de Carbono = 0,002- 0,76 % EstruturaEstrutura

Ferrita + PerlitaFerrita + Perlita As quantidades de ferrita e perlita variam As quantidades de ferrita e perlita variam

conforme a % de carbono.conforme a % de carbono.



Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã26

MICROESTRUTURAS /HIPEREUTETÓIDE Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio

• Teor de Carbono = 0,76 - 2,11%

• Estrutura

Cementita + Perlita• As quantidades de cementita e

perlita variam conforme a % decarbono.




PROPRIEDADES MICROESTRUTURAIS

• FERRITA (Fe-α) – dúctil, baixa resistência mecânica, macia.

• AUSTENITA (Fe-γ ) - média resistência mecânica, médiaductilidade, média dureza.

• CEMENTITA (Fe3C) - dura, resistente.

• PERLITA (Fe-α + Fe3C) – alta resistência mecânica, dureza,

baixa ductilidade. 88% ferrita, 12% cementita




FERRÍTICO

• Aço inoxidável ferrítico consistindoessencialmente em, em % em peso, 0,0050 a

0,0500 de C, 10,00 a 18,00 de Cr, até 0,50 de Si,até 0,50 de Mn, mais de 0,040, mas não mais de0,200 de P, ate 0,030 de S, até 0,60 de Ni, 0,005 a0,200 de Al sol., E de resíduos a 0,050 de B, o

restante sendo Fe e impurezas, os teores e C, Cr,P, A1 sol.




FERRÍTICO

• Após resfriamento rápido de alta temperatura eles mostramuma estrutura macia e tenaz, altamente homogênea,conhecida com ferrítica.

• Contém de 16 a 30% de Cromo.

• Não podem ser endurecidos por tratamento térmico e são basicamente usados nas condições de recozido.

• Possuem uma maior resistência à corrosão que os açosmartensíticos devido ao maior teor de cromo.




FERRÍTICO

• Possuem boas propriedades físicas e mecânicas e sãoefetivamente resistentes à corrosão atmosférica e asoluções fortemente oxidantes.

• São ferromagnéticos.

• As aplicações principais são aquelas que exigem boaresistência à corrosão, ótima aparência superficial erequisitos mecânicos moderados.

• Apresentam, tendência ao crescimento de grão apóssoldagem, particularmente para seções de grandeespessura, experimentando certas formas de fragilidade.




FERRÍTICO




AUSTENÍTICOS• Não endurecível por esfriamento rápido de alta temperatura porém, é

endurecível por trabalho a frio.

• Como tem boa característica inoxidável, muito usado em peças quenecessitem de resistência à corrosão ou em equipamentos químicos.

• Usado também como resistente ao calor devido a boa resistência aoxidação e amolecimento em altas temperaturas.

• Requer atenção no que diz respeito ao aquecimento excessivo devido aonão refinamento de grão por tratamento térmico.

• Na condição solubilizado, a maioria não são magnéticos, porém no trabalho afrio, além de aumentar a dureza obtém-se leve sensibilidade magnética.

• No caso do AISI 304, no aquecimento acima de 600ºC, tende a ocorrer corrosãono contorno de grão. Logo, para estas aplicações, sugere-se os aços com baixos

teores Carbono (AFP 304L, AFP 316L).




AUSTENÍTICOS• Os aços inoxidáveis apresentam uma boa resistência a corrosão,

porém, em alguns casos outras características além da resistência àcorrosão são necessários, para a utilização dos mesmos emdeterminadas aplicações; acrescentamos então outros elementos deliga para que o aço inoxidável adquira essas características.

• Uma grande melhoria em muitas propriedades é conseguira com aintrodução de Ni como elemento de liga. Consegue-se uma mudançana estrutura, transformando ligas ferríticas em ligas austeníticas(estrutura de alta resistência e tenacidade).

• Os aços inoxidáveis austeníticos são conhecidos pela sua excelente

resistência à corrosão em muitos meios agressivos.

• Outros elementos como molibdênio, titânio e nióbio, se adicionados podem melhorar a resistência a corrosão e minimizar a corrosãointergranular por estabilização dos carbonetos presentes.




AUSTENÍTICO• Dos três grupos, estes aços são os que apresentam maior resistência à

corrosão. Eles combinam baixo limite de escoamento com alta resistênciaa tração e bom alongamento, oferecendo as melhores propriedades paratrabalho a frio.

• Não podem ser endurecido por tratamento térmico, mas suas resistência atração e dureza podem ser aumentadas por encruamento.

• Não são ferromagnéticos.

• Eles possuem uma ampla faixa de propriedades mecânicas, oferecendo boa ductilidade e resistência a altas e/ou baixíssimas temperaturas, alémde boa trabalhabilidade e soldabilidade.

• Existem também aços inoxidáveis duplex (com dois tipos de estruturaconvivendo), porém como são aços muito especiais eles não serãodiscutidos.




AUSTENÍTICO




AUSTENÍTICO




MARTENSÍTICO

• Estes aços, após resfriamento rápido de alta temperatura, mostram umaestrutura caracterizando alta dureza e fragilidade, denominadaMartensítica.

• Contém de 12 a 17% de Cromo e O, l a O, 5% de carbono (em certoscasos até 1% de carbono) e podem atingir diversos graus de dureza pela variação das condições de aquecimento e resfriamento(tratamento térmico).

• São dificilmente atacados pela corrosão atmosférica no estadotemperado e se destacam pela dureza.

• São ferromagnéticos.

• Apresentam trabalhabilidade inferior as demais classes e soldabilidade pior, especialmente com carbono mais elevado, devido a formação demartensita no resfriamento.




MARTENSÍTICO•

Capacidade de endurecimento ao se esfriar rapidamente de altas temperaturas(transformação martensítica).

• O revenimento em temperatura adequada possibilita a obtensão de uma faixalarga de dureza, resistência, deformabilidade e tenacidade.

• Boa resistência à oxidação em meio atmosférico, sem perder dureza até

500°C, podedo assim, ser utilizado como resistente ao calor.

• Boa resistência à soluções como ácido nítrico em temperatura ambiente porémcorrosivo em soluções redutoras com ácido sulfurico e clorídrico. A

resistência diminui com o aumento de quantidade e elementos como Carbono,Enxofre e Fósforo.

• Necessita de atenção quando soldado, pois a trincar devido à capacidade deendurecimento por têmpera.

• Tanto em condições de recozido, temperado e revenido apresentamsensibilidade magnética (ferromagnético)




MARTENSÍTICO




CEMENTITA

• Cementita ou carboneto de ferro (Fe3C) eestrutura em forma de cristal ortorrômbico.

• Contém 6,67% de carbono e 93,33% de ferro.• É um material duro e quebradiço e, apesar de ser

comumente classificado como cerâmica em suaforma pura, é mais utilizado na metalurgia.

• É formado diretamente pelo derretimento do ferrofundido branco.• É um composto intermetálico com baixa

velocidade de decomposição em ferro α.




MICROCONSTI-

TUINTE

DUREZABRINELL

LRT/MPa

ALONG.EM 2”

%

α

PERLITAFe

3C

90250-300

650

35085030

40100

PROPRIEDADES MECÂNICAS DOSMICROCONSTITUINTES DOS AÇOS




EFEITO DO TEOR DE CARBONO

%C σE

MPa

LTR MPa

ALONGEM 2”

DUREZABRINELL

0,010,20,4

0,60,81,01,21,4

125250310

350365365360350

285415525

670805755715695

473730

2315222419

90115145

190220195200215




EFEITO DO TEOR DE CARBONO




EFEITO DE ELEMENTOS DE LIGA




EFEITO DE ELEMENTOS DE LIGA






Perguntas1. Qual a classificação dos aços quanto o teor de

carbono?2. Quais as microestruturas encontradas no diagrama Fe-

C?

3. Qual a diferença de um aço para um ferro fundido?

4. Para os aços eutetóide, hipoeutetóide ehipereutetóide, aquecido até 1200ºC, ao seremresfriados lentamente qual a fase que se obtém?

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