DIAGRAMA DE FASES FERRO – CARBONO

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1 DIAGRAMA DE FASES FERRO – CARBONO

2 LIGAS FERROSAS FERRO COMERCIALMENTE PURO: %C < 0,008%p.
AÇOS: teor de carbono até 2,11%p. Dividem-se em: AÇOS-CARBONO. AÇOS-LIGA FERROS FUNDIDOS: 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). FERRO FUNDIDO BRANCO: %Si menor do que ferro fundido cinzento, apresenta C quase todo combinado. FERRO FUNDIDO MALEÁVEL: apresenta grafita na forma de rosetas, devido a um tratamento térmico especial (MALEABILIZAÇÃO) aplicado no ferro fundido branco. FERRO FUNDIDO NODULAR: apresenta grafita na forma esferoidal, devido a um tratamento de NODULIZAÇÃO, realizado com o material ainda líquido.

3 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.

4 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.

5 O DIAGRAMA DE FASES FERRO - CARBETO DE FERRO (Fe-Fe3C)
Temperatura, ºC Composição, %p C 1 2 3 4 5 6 6,7 1600 1400 1200 1000 800 600 400 Fe AÇOS 0,08 ≤ %C ≤ 2,11 1538 ºC FERROS FUNDIDOS %C ≥ 2,11 A L B J  + Fe3C γ + Fe3C γ, austenita  + γ  δ 1394 ºC Liquidus N Liquidus D γ + L C E L + Fe3C 2,14 Solidus F 4,30 1148 ºC Acm Fe3C 912 ºC G A3 727 ºC S K P A1 0,76 0,022 Q

6 O DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO-CARBONO
Fe-δ (CCC) Temperatura,ºC Composição, %p C 1 2 3 4 5 6 6,7 1600 1400 1200 1000 800 600 400 A Transformações do Fe PURO L 1538 ºC →L (FUSÂO) Liquidus 1394 ºC Solidus Liquidus B A D E γ + L Fe-γ (CFC) C L + Fe3C B → γ, austenita F 2,14 Solidus 4,30 1148 ºC Temperatura, ºC AUSTENITA CFC Não-magnética 912 ºC → CEMENTITA Frágil Resistente Acm γ + Fe3C Fe3C, cementita G REAÇÃO EUTÉTICA (1148ºC) L(4,3%p) (2,14%p) + Fe3C(6,7%p) A3 G  + γ S FERRITA CCC Boa plasticidade A1 727 ºC P K REAÇÃO EUTETÓIDE (727ºC) (0,76%p) (0,022%p) + Fe3C(6,7%p) Fe- (CCC) , ferrita 0,76 Q tempo 0,022 %p C(Fe3C) = mC/(mC + mFe) = 12( x 55,8) = 6,7  + Fe3C Q

7 REAÇÕES NA FAIXA DE COMPOSIÇÃO DOS AÇOS
Temperatura, ºC Composição, %p C 1 2 3 4 5 6 6,7 1600 1400 1200 1000 800 600 400 4,30 2,14 0,76 0,022 912 ºC 1394 ºC 1538 ºC 727 ºC resfriamento aquecimento γ(0,76 %p C) (0,022 %p C) + Fe3C( 6,7 %p C) REAÇÃO EUTETÓIDE DOS AÇOS (a 727 ºC) L  + Fe3C γ + Fe3C γ + L L + Fe3C γ, austenita  + γ  δ Fe3C  + Fe3C  0,76 727 ºC γ + Fe3C  + γ γ 0,022 Fe3C, cementita

8 AÇO EUTETÓIDE Temperatura (ºC) 1,0 2,0 400 500 600 700 800 900 1000
1100 Composição, %p C AÇO EUTETÓIDE (0,76%p C) γ γ + Fe3C REAÇÃO EUTETÓIDE γ  + γ 727 ºC C = 0,022 CFe3C = 6,7 Fe3C   PERLITA 0,76  + Fe3C 6,7

9 AÇO EUTETÓIDE: PERLITA
Cementita Ferrita PERLITA

10 Desenvolvimento das microestruturas em ligas Fe-C
Mecanismo de formação da PERLITA a partir da AUSTENITA: C  Direção do crescimento da perlita C C Fe3C  C C C Fe3C γ  C

11 AÇO HIPOEUTETÓIDE (<0,76%p C)
Temperatura (ºC) 1,0 2,0 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Composição, %p C AÇO HIPOEUTETÓIDE (<0,76%p C) γ γ γ + Fe3C REAÇÃO EUTETÓIDE γ   + γ 727 ºC γ  pró-eutetóide γ PERLITA = Fe3C + -eutetóide  + Fe3C C0 6,7

12 AÇO HIPOEUTETÓIDE: PERLITA + FERRITA PRÓ-EUTETÓIDE
Aço hipoeutetóide com 0,38 %C. Ferrita pró-eutetóide (grãos claros) e perlita (grão lamelares) FERRITA PRÓ-EUTETÓIDE PERLITA

13 AÇO HIPEREUTETÓIDE (>0,76%p C)
Temperatura (ºC) 1,0 2,0 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Composição, %p C AÇO HIPEREUTETÓIDE (>0,76%p C) γ γ REAÇÃO EUTETÓIDE γ + Fe3C γ   + γ 727 ºC γ Fe3C pró-eutetóide γ PERLITA =  + Fe3C-eutetóide  + Fe3C 0,76 C0 6,7

14 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) CEMENTITA PRÓ-EUTETÓIDE Essa rede de cementita, dura e frágil, REDUZ A TENACIDADE material, favorecendo a propagação de trincas. PERLITA

15 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 HIPEREUTETÓIDE > 0,76 CEMENTITA PRÓ-EUTETÓIDE + PERLITA

16 REAÇÕES NA FAIXA DE COMPOSIÇÃO DOS FERROS FUNDIDOS
Temperatura, ºC Composição, %p C 1 2 3 4 5 6 6,7 1600 1400 1200 1000 800 600 400 4,30 2,14 0,76 0,022 912 ºC 1394 ºC 1538 ºC 727 ºC resfriamento aquecimento L(4,30 %p C) γ(2,11 %p C) + Fe3C( 6,7 %p C) REAÇÃO EUTÉTICA DOS FERROS FUNDIDOS (a 1148 ºC) L  + Fe3C γ + Fe3C γ + L L + Fe3C γ, austenita  + γ  δ Fe3C γ + Fe3C L + Fe3C γ + L L 1148 ºC 4,3 %p C 1148 ºC Fe3C, cementita

17 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.