Solidificação dos Ferros Fundidos CONFIDENCIAL. Diagrama Fe-C Todos os direitos reservados

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3 Ligas Fe-C líquidas com baixo teor de carbono (<3,5%) são microscopicamente homogêneos.! Ligas Fe-C com alto teor de carbono (>3,5%) são um sistema coloidal com microgrupos de carbono em solução.! A natureza deste grupos ainda não está clara. Acredita-se que são aglomerados de Fe3C ou Cn.! Como a energia de nucleação para o Fe3C é menor do que a da grafita, é termodinamicamente possível que estes aglomerados ricos em C existam como aglomerados de Fe3C.! Outros pesquisadores consideram que os aglomerados de Cn são estáveis. Possuem tamanho entre 1 a 20 µm, estão em equilíbrio dinâmico e se difundem no banho.! Medições de viscosidade mostram uma correlação entre viscosidade e teor de carbono. Esta correlação pode ser explicada devido à diminuição da distância interatômica. Variação da distância entre vizinhos mais próximos (r1) e do número de vizinhos mais próximos (N1) de acordo com %C 3

4 A formação dos aglomerados (C6)n, facilitam a formação das fases eutéticas, sendo maior a facilidade de formação de Fe3C, que necessita de menor energia de formação.! Há uma temperatura crítica para a formação de grafita ou Fe3C.! Alguns elementos químicos promovem a transformação dos aglomerados (C6)n em Fe3C. 4

5 Influência de alguns elementos nas temperaturas eutéticas estável e metaestável 5

6 Influência do teor de silício na composição eutética 6

7 Influência de alguns elementos nas temperaturas eutéticas estável e metaestável Isopleta a 2,5% Si do -Si 7

8 O arbono Equivalente 8

9 O arbono Equivalente %C = T ES T LA 6.51 CEL = T L 9

10 ZONA ACOPLADA A zona acoplada é definida como uma faixa de temperaturas (abaixo da temperatura eutética) e de composição dentro da qual as fases eutéticas podem crescer a partir do banho em velocidades iguais. Elas podem se apresentar de forma simétrica ou assimétrica. Em eutéticos do gênero facetado / nãofacetado, como é o caso dos ferros fundidos com grafita, a zona acoplada é assimétrica, como mostra a Figura (b). Neste caso, a zona acoplada não inclui a composição eutética em qualquer temperatura abaixo da temperatura eutética 10

11 ZONA ACOPLADA 11

12 Construção da zona acoplada a partir das velocidades de crescimento das fases austenita e grafita em diferentes níveis de superaquecimento. 12

13 A solidificação de uma liga de composição eutética dentro da zona acoplada ocorre da seguinte maneira: (i) O material sofre um super-resfriamento até que atinja o ponto A, onde ocorre a formação de dendritas de austenita. (ii) Com a formação e crescimento das dendritas de austenita ocorre a segregação de carbono e o líquido remanescente atinge a composição do ponto B, dentro da zona acoplada. (iii) Em B, ocorre a nucleação da grafita e o crescimento do eutético. O crescimento rápido das células eutéticas libera calor latente de solidificação suficiente para elevar a temperatura de solidificação até o ponto C, no limite da zona acoplada, bloqueando o crescimento dendrítico. 13

14 A solidificação de uma liga de composição hipoeutética dentro da zona acoplada ocorre da seguinte maneira: (i) A solidificação inicia-se com a precipitação da austenita a partir do líquido, no ponto 1. (ii) Austenita com menor teor de carbono cresce na direção do líquido e a composição do líquido segue a linha liquidas (iii) O crescimento das dendritas provoca a segregação do carbono para o líquido. No ponto 2, o aumento de carbono para o líquido promove a formação da grafita. (iv) A formação da grafita traz o líquido para o ponto 3, na região da zona acoplada, onde ocorre o crescimento eutético. 14

15 A solidificação de uma liga de composição hipereutética dentro da zona acoplada ocorre da seguinte maneira: (i) A solidificação inicia-se com a precipitação da grafita a partir do líquido, no ponto A. (ii) A composição do líquido acompanha a linha liquidus até abaixo da temperatura do eutético (TE). Em volta da grafita o líquido está empobrecido de carbono e a austenita irá nuclear junto à grafita no ponto B. Como a composição do líquido está fora da zona acoplada, as dendritas de austenita poderão se formar e crescer. (iii) O crescimento das dendritas provoca a segregação do carbono para o líquido. Com a entrada do líquido dentro da faixa de composições da zona acoplada onde ocorre a formação do eutético 15