Microestrutura (fases) Parte 5 DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe - DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Ferros Família dos aços Família dos ferros fundidos Soluções sólidas: Ferro δ ustenita Ferrita omposto estequiométrico: ementita Reações: peritética eutética eutetóide 1
DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Fe aços fofos DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe OSERVÇÕES Ferro Produtos siderúrgicos comuns: aços e ferros fundidos ços Existe na natureza na forma de óxidos, nos minérios de ferro É extraído por meio de aquecimento em presença de coque ou carvão de madeira, em fornos adequados nos quais o ferro é reduzido e ligado ao carbono Ligas ferro-carbono com teor de carbono até 2,11% em peso ço comum ao carbono: carbono é o principal elemento de liga. ontém apenas impurezas em concentrações residuais e um pouco de manganês ço-liga: mais elementos liga são adicionados intencionalmente em concentrações específicas s propriedades variam com o teor de carbono. medida que aumenta: umenta a resistência à tração até 1% de arbono, decrescendo para teores mais elevados dureza aumenta continuamente Diminui a ductilidade 2
DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe OSERVÇÕES Produtos siderúrgicos comuns: aços e ferros fundidos Ferro fundido Produtos obtidos por fusão com mais de 2,11% em peso de carbono medida que se aumenta o teor de carbono, menores são as temperaturas necessárias para a fusão do material, até 4,3% de carbono omo os FoFos fundem cerca de 300 abaixo dos aços seu custo de produção é menor Em geral, os ferros fundidos são frágeis, que só resistem bem à compressão DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Eixo esquerdo do diagrama: Ferro puro Transformação polimórfica do ferro 1540 1400 910 Transformações de fases: antes da temperatura de fusão, o ferro muda duas vezes de estrutura cristalina Fe - líquido Fe - Fe - F Fe - Ferrita ou ferro-: estável na temp. ambiente estrutura ustenita ou ferro-: estável entre 910 e 1400 estrutura F Ferro-δ: estável entre 1400 e 1540 estrutura Eixo direito do diagrama: ementita ou arbeto de Ferro omposto intermetálico estequiométrico om 6,67% em peso de arbono 3
DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe arbono impureza intersticial forma solução sólida com o ferro δ Soluções sólidas Ferro - δ: solução sólida de no Fe Ferro - (austenita): solução sólida de no Fe F Ferro - (ferrita): solução sólida de no Fe DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe aracterísticas das Soluções sólidas Ferro - (ferrita): solução sólida de no Fe Máxima solubilidade em 727 0,022% em peso de Material mole e dúctil Na pureza em que é encontrada, seu limite de resistência é inferior a 32Kgf/mm 2 Ferro - (austenita): solução sólida de no Fe F Máxima solubilidade em 1147 2,14% em peso de Na faixa em que é estável, a austenita é mole e dúctil Ferro - δ: solução sólida de no Fe É virtualmente a mesma ferrita-, apenas ocorrendo em uma faixa mais elevada de temperatura não tem importância tecnológica 4
DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Solubilidade das Soluções sólidas solubilidade limitada pode ser explicada pela forma e tamanho das posições intersticiais nas estruturas cristalinas e F Na estrutura cristalina as posições intersticiais tornam difícil a acomodação dos átomos de carbono Na estrutura cristalina F as posições intersticiais são maiores solubilidade na austenita é cerca de 100 vezes maiores do que a máxima solubilidade na ferrita DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Solubilidade das Soluções sólidas Exemplo 8: alcule o tamanho dos sítios intersticiais do átomo de carbono em δ,, e. Para estes resultados explique a diferença da máxima solubilidade do carbono em cada fase. Os raios atômicos são mostrados na Tabela. Tamanho dos átomos do aço, dependendo da estrutura cristalina Átomo Estrutura Raio (nm) cristalina Fe 0,124 Fe 0,129 Fe δ 0,127 0,071 5
DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Solubilidade das Soluções sólidas Exemplo 8: alcule o tamanho dos sítios intersticiais do átomo de carbono em δ,, e. Para estes resultados explique a diferença da máxima solubilidade do carbono em cada fase. Os raios atômicos são mostrados na Tabela. élulas unitárias do aço F e, incluindo os sítios intersticiais do carbono DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Solubilidade das Soluções sólidas Exemplo 8: alcule o tamanho dos sítios intersticiais do átomo de carbono em δ,, e. Fe maior sítio intersticial 1/2, 0, 1/4 R Fe /r interstício =? (R Fe +r intersticial ) 2 =(a 0 /4) 2 + (a 0 /2) 2 R Fe +r intersticial = 5 ½ R Fe /3 ½ = (5/16) a 0 2 r intersticial = 0,291 R Fe = (5/16) (4R Fe /3 ½ ) 6
DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Solubilidade das Soluções sólidas Exemplo 8: alcule o tamanho dos sítios intersticiais do átomo de carbono em δ,, e. Fe F maior sítio intersticial 1/2, 0, 0 R Fe /r interstício =? 2R Fe +2r intersticial =a 0 = 4RFe /2½ R Fe +r intersticial = 2 ½ R Fe r intersticial = 0,414 R Fe DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Reações: Peritética: δ + L temperatura peritética: 1495 composição peritética: 0,25% ponto peritético: 1495 e 0,25% Eutética: L + temperatura eutética: 1148 composição eutética: 4,3% ponto eutético: 1148 e 4,3% Eutetóide: + temperatura eutetóide: 727 composição eutetóide: 0,77 % ponto eutetóide: 727 e 0,77% 7
DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Reação eutetóide: 0,77% 0,02% + 6,67% a 727 6,67 DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Reação eutetóide: 0,77% 0,02% + 6,67% PERLIT Grão e estrutura da perlita (a) redistribuição do carbono no aço, (b) micrografia da perlita lamelar. PERLIT: microestrutura bifásica resultantes da transformação da austenita com composição eutetóide. onsiste de camadas alternadas de ferrita e cementita relativamente finas 8
DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Exemplo 9: alcule o percentual de cementita e ferrita na perlita, quando de sua formação a 727. Regra da alavanca 0,02 0,77 6,67 6,67 0,77 % = *100 = 88,7% 6,67 0,02 0,77 0,02 % = *100 = 11,3% 6,67 0,02 DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Reação eutetóide: 0,77% 0,02% + 6,67% PERLIT 0% PERLIT a 727 + 0% 0% 100% PERLIT a 727 + 100% 100% 0% PERLIT a 727 + 0% 0% 9
DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Desenvolvimento das Microestruturas em Ligas ferro-carbono ço de composição eutetóide Formação da perlita DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Desenvolvimento das Microestruturas em Ligas ferro-carbono ço de composição eutetóide 100% perlita Eutetóide: + Microestrutura de um aço 100% perlítico 10
DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Desenvolvimento das Microestruturas em Ligas ferro-carbono ço de composição hipoeutetóide Microestrutura de perlita e ferrita próeuteóide. ço contendo 0,38% de. DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Desenvolvimento das Microestruturas em Ligas ferro-carbono ço de composição hipereutetóide Microestrutura de perlita e cementita pró-euteóide. ço contendo 1,4% de 11
DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Exemplo 10: Para uma liga Fe com 0,01% determine as fases presentes, proporção e composição de cada fase para as temperaturas de 1000, 727 e 400.Desenhe a microestrutura esperada. - 727 % = 100% omposição das Fases: 0,01% DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Exemplo 10: Para uma liga Fe com 0,01% determine as fases presentes, proporção e composição de cada fase para as temperaturas de 1000, 727 e 400.Desenhe a microestrutura esperada. - 400 % = 6,67-0,01 *100 = 99,85% 6,67 % = 0,01 *100= 0,15% 6,67 omposição das Fases: 0,0001% 6,67% 12
DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Exemplo 10: Para uma liga Fe com 0,01% determine as fases presentes, proporção e composição de cada fase para as temperaturas de 1000, 727 e 400.Desenhe a microestrutura esperada. DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Exemplo 11: Para uma liga Fe com 0,25% determine as fases presentes, proporção e composição de cada fase para as temperaturas de 1000, 800, 730 e 720.Desenhe a microestrutura esperada. - 1000 D % = 100% omposição das Fases: 0,25% 13
DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Exemplo 11: Para uma liga Fe com 0,25% determine as fases presentes, proporção e composição de cada fase para as temperaturas de 1000, 800, 730 e 720.Desenhe a microestrutura esperada. - 800 D % = 0,5-0,25 *100 = 51, 5% 0,5-0,015 % = 0,25-0,015 *100= 48,5% 0,5-0,015 omposição das Fases: 0,015% 0,5% DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Exemplo 11: Para uma liga Fe com 0,25% determine as fases presentes, proporção e composição de cada fase para as temperaturas de 1000, 800, 730 e 720.Desenhe a microestrutura esperada. - 730 D % = 0,75-0,25 *100 = 68,4% 0,75-0,019 % = 0,25-0,019 *100= 31,6% 0,75-0,019 omposição das Fases: 0,019% 0,75% 14
DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Exemplo 11: Para uma liga Fe com 0,25% determine as fases presentes, proporção e composição de cada fase para as temperaturas de 1000, 800, 730 e 720.Desenhe a microestrutura esperada. D - 720 D % = 6,67-0,25 *100 = 96,5% 6,67-0,019 % = 0,25-0,019 *100= 3,5% 6,67-0,019 omposição das Fases: 0,019% 6,67% DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Exemplo 12: Para uma liga Fe com 1,25% determine as fases presentes, proporção e composição de cada fase para as temperaturas de 1000, 800, 730 e 720. Desenhe a microestrutura esperada. - 1000 D % = 100% omposição das Fases: 1,25% 15
DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Exemplo 12: Para uma liga Fe com 1,25% determine as fases presentes, proporção e composição de cada fase para as temperaturas de 1000, 800, 730 e 720. Desenhe a microestrutura esperada. - 800 D % = 6,67-1,25 *100 = 97,3% 6,67-1 % = 1,25-1 *100= 2,7% 6,67-1 omposição das Fases: 1% 6,67% DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Exemplo 12: Para uma liga Fe com 1,25% determine as fases presentes, proporção e composição de cada fase para as temperaturas de 1000, 800, 730 e 720. Desenhe a microestrutura esperada. - 730 D % = 6,67-1,25 *100 = 92,3% 6,67-0,80 % = 1,25-0,8 *100= 7,7% 6,67-0,80 omposição das Fases: 0,80% 6,67% 16
DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Exemplo 12: Para uma liga Fe com 1,25% determine as fases presentes, proporção e composição de cada fase para as temperaturas de 1000, 800, 730 e 720. Desenhe a microestrutura esperada. D - 720 D % = 6,67-1,25 *100 = 81,5% 6,67-0,019 % = 1,25-0,019 *100= 18,5% 6,67-0,019 omposição das Fases: 0,019% 6,67% DIGRM DE FSES DO SISTEM Fe Resfriamento fora das condições de equilíbrio ondições de equilíbrio: resfriamento muito lento com tempo suficiente para que as reações previstas no Diagrama de fases ocorram Na maioria das vezes, as taxas são muito lentas e nem sempre necessárias Em muitas ocasiões não desejáveis condições fora do equilíbrio. Podem ocorrer: 1) mudanças ou transformações de fases em temperaturas não previstas pelas curvas dos diagramas de fases 2) existência, à temperatura ambiente, de fases fora do equilíbrio que não aparecem no diagrama de fases Ex.: MRTENSIT Fase formada como resultado da transformação de uma baixa difusão no estado sólido, através de um tratamento térmico (têmpera) Fase metaestável T formada por Fe supersaturado com. élula unitária da martensita tetragonal de corpo centrado comparada com uma célula unitária da austenita cúbica de face centrada 17