Aula 4 – Diagrama de Equilbrio Ferro

Tecnologia dos
Materiais
UNIDADE
IV DIAGRAMA
DE
EQUILÍBRIO
FERROCARBONO
1
Tecnologia dos Materiais
Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
CONTEÚDO DESTA UNIDADE
•
•
Introdução.
Definições:
– Aços Carbono.
– Aços Liga.
– Ferro Fundido
• Diagrama de Equilíbrio Fe-C:
•
– Reações na Faixa de Composição dos Aços.
– Reações na Faixa de Composição dos Ferros Fundidos.
Fatores que Influenciam na Posição das Linhas de Transformação do Diagrama de
Equilíbrio Fe-C.
2
Tecnologia dos Materiais
Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
INTRODUÇÃO
• 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.
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Tecnologia dos Materiais
de Equilíbrio Ferro-Carbono
O DIAGRAMA DE Diagrama
EQUILÍBRIO
FERROCARBONO
• Representa ligas com teor de carbono de até 6,7%p.
• FASES SÓLIDAS PRESENTES:
– FERRITA: solução de carbono em FERRO-α
α (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.
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Tecnologia dos Materiais
de EquilíbrioferroFerro-Carbono
O diagrama deDiagrama
equilíbrio
carbono
1600
1538 ºC
A
L
B
J
1394 ºC
1400
δ
Temperatura, ºC
N
1200
A3
P
α
600
1148 ºC
F
Fe3C
%C ≥ 2,11
γ + Fe3C
912 ºC
800
L + Fe3C
FERROS FUNDIDOS
0,08 ≤ %C ≤ 2,11
G
400
C
2,14 Solidus 4,30
AÇOS
Fe
1000
γ, austenita
D
γ+L
E
α+γ
S
0,76
0,022
727 ºC
K
A1
α + Fe3C
Q
0
1
2
3
4
5
Composição, %p C
6
6,7
5
Tecnologia dos Materiais
de Equilíbrio Ferro-Carbono
O DIAGRAMA DE Diagrama
EQUILÍBRIO
FERROCARBONO SIMPLIFICADO
1600 A
Transformações do Fe PURO
L
1538 ºC
1400
Temperatura,
Temperatura,ºC
1394 ºC
α+γ
B
1200
E
γ, austenita
1000
G
800
600
400
Solidus
C
4,30
L + Fe3C
D
F
1148 ºC
AUSTENITA
912 ºC
Fe3C,
• CFC
γ +CEMENTITA
Fe3C
REAÇÃO EUTÉTICA
(1148ºC)
A3 • Não-magnética
cementita
• Frágil
S L(4,3%p) FERRITA
(2,14%p)
+727 ºC
•γA
Resistente
1
K
Fe3C(6,7%p)
•REAÇÃO
CCC
tempo
EUTETÓIDE (727ºC)
0,022 0,7 • Boa plasticidade
6
γ(0,76%p)
α + Fe3C α(0,022%p) +
Fe3C(6,7%p)
Q
P
α, ferrita
2,14
γ+L
0
1
2
3
4
5
Composição, %p C
6
6,7
6
Tecnologia dos Materiais
Diagrama
Equilíbrio Ferro-Carbono
REAÇÕES NA FAIXA
DEdeCOMPOSIÇÃO
DOS AÇOS
1600
1538 ºC
L ºC)
REAÇÃO EUTETÓIDE DOS AÇOS (a 727
1400
resfriamento
1394 ºC
γ+L
γ(0,76 %p C)
Temperatura, ºC
δ
1200
3C
α(0,022 %p C) + Fe3C( 6,7 %pFeC)
L + Fe3C
aquecimento
γ, austenita
2,14
γ
1000
γ + Fe3C
912 ºC
0,022
α+γ
800
α
α
0,76
600
400
4,30
α+γ
0,022
α + Fe
3C
γ + Fe3C
727 ºC
0,76 727 ºC
Fe C, cementita
α α3 + Fe C
3
α + Fe3C
0
1
2
3
4
5
Composição, %p C
6
6,7
7
Tecnologia dos Materiais
Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
AÇO EUTETÓIDE
1100
AÇO EUTETÓIDE
(0,76%p C)
Temperatura ((ºC)
1000
γ
γ + Fe3C
REAÇÃO
900
EUTETÓIDE
800
α+γ
700
Cα = 0,022
α
600
500
400
γ
γ
γ
727 ºC
α
CFe3C = 6,7
Fe3C
PERLITA
α + Fe3C
1,0
2,0
0,76
Composição, %p C
6,7
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Tecnologia dos Materiais
Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
AÇO EUTETÓIDE: PERLITA
PERLITA
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Tecnologia dos Materiais
Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
Perlita
• Mecanismo de formação da PERLITA a partir da AUSTENITA:
α
Direção do
crescimento da
perlita
C C
C
Fe3C
α
C
C
C
Fe3C
α
γ
C
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Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
AÇO HIPOEUTETÓIDE
1100
AÇO
HIPOEUTETÓIDE
(<0,76%p C)
γ
Temperatura ((ºC)
1000
α
γ γ
γ γ
900
γ γ
γ γ
800
α+γ
700
γ+
FeREAÇÃO
3C
Cα = 0,022
600
γ
EUTETÓIDE
727 ºC
γ
γ γ
α pró-eutetóide
500
α + Fe3C
400
CFe3C = 6,7
γ
C0
1,0
2,0
0,76
Composição, %p C
PERLITA = Fe3C +
α-eutetóide
6,7
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Tecnologia dos Materiais
Diagrama de Equilíbrio
Ferro-Carbono
AÇO HIPOEUTETÓIDE:
PERLITA
+
FERRITA PRÓ-EUTETÓIDE
FERRITA PRÓEUTETÓIDE
PERLITA
Aço hipoeutetóide com 0,38 %p C. Ferrita próeutetóide (grãos claros) e perlita (grão lamelares)
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Tecnologia dos Materiais
Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
AÇO HIPEREUTETÓIDE
1100
AÇO
HIPEREUTETÓIDE
(>0,76%p C)
γ
Temperatura ((ºC)
1000 REAÇÃO
α
EUTETÓIDE
900
800
α+γ
700
600
500
0,76
400
γ
γ γ
γγ +γ
Fe3C
γ γ
γ γ
727 ºC
Fe3C pró-eutetóide
γ
γ γ
α + Fe3C
PERLITA = α +
Fe3C-eutetóide
γ
1,0 C0
2,0
Composição, %p C
6,7
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Tecnologia dos Materiais
Diagrama de Equilíbrio
Ferro-Carbono
AÇO HIPEREUTETÓIDE:
PERLITA
+
CEMENTITA PRÓ-EUTETÓIDE
Aço hipereutetóide com 1,4
%p C. Perlita (grão
lamelares) e cementita próeutetóide (rede clara nos
contornos da perlita)
Essa rede de cementita,
dura e frágil, REDUZ A
TENACIDADE material,
favorecendo a propagação
de trincas.
PERLITA
CEMENTITA
PRÓ-EUTETÓIDE
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Tecnologia dos Materiais
Diagrama deDOS
Equilíbrio
Ferro-Carbono
MICROESTRUTURA
AÇOS
(CONDIÇÕES DE EQUILÍBRIO)
• Microconstituintes e fases formadas durante o resfriamento
em CONDIÇÕES DE EQUILÍBRIO:
AÇO
%p C
Microconstituintes
Fases
HIPOEUTETÓIDE
< 0,76
FERRITA PRÓ-EUTETÓIDE +
PERLITA
FERRITA (α
α) e
CEMENTITA (Fe3C)
EUTETÓIDE
= 0,76
PERLITA
FERRITA (α
α) e
CEMENTITA (Fe3C)
HIPEREUTETÓIDE
> 0,76
CEMENTITA PRÓEUTETÓIDE + PERLITA
FERRITA (α
α) e
CEMENTITA (Fe3C)
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Tecnologia dos Materiais
200
Dureza Brinell
180
160
140
120
100
80
60
40
20
Limite de resistência à tração
(kgf/mm2)
240
220
120
110
60
100
50
90
80
40
70
60
30
50
20
40
30
Limite de resistência à tração
20
Alongamento
10
Dureza Brinell
0,2
0,4
0,6
0,8
Alongamento (%)
Diagrama de Equilíbrio
Ferro-Carbono
PROPRIEDADES MECÂNICAS
DOS
AÇOS
EM FUNÇÃO DO TEOR DE C
10
1,0
1,2
%p C
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Diagrama
Equilíbrio Ferro-Carbono
REAÇÕES NA FAIXA
DEdeCOMPOSIÇÃO
DOS FERROS FUNDIDOS
1600
1538 ºC
REAÇÃO EUTÉTICA DOS FERROS FUNDIDOS L(a 1148 ºC)
Temperatura, ºC
δ
1400
1394resfriamento
ºC
γ+L
L(4,30 %p C)
1200
1000
L + Fe3C
aquecimento
γ, austenita
2,14
L
4,30
α+γ
800
α 1148 ºC 0,76
600
L + Fe3C
4,3 %p C
γ + Fe3C
0
1148 ºC
γ + Fe3C
912 ºC
0,022γ + L
400
Fe3C
γ(2,11 %p C) + Fe3C( 6,7 %p
C)
1
727 ºC
α + Fe3C
Fe3C, cementita
2
3
4
5
Composição, %p C
6
6,7
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