Diagrama Fe – Fe3 C

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POLIMORFISMO OU ALOTROPIA

É um fenômeno apresentado por alguns metais

e não-metais.

Esses materiais apresentam mais de uma

estrutura cristalina dependendo da temperatura

e pressão.

Geralmente as transformações polimórficas são

acompanhadas de mudanças na densidade e de

outras propriedades físicas.2

O ferro apresenta o fenômeno de

polimorfismo ao ser aquecido.

Sofrendo alterações na sua estrutura

cristalina.

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Polimorfismo do Fe

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À temperatura ambiente possui a forma estável conhecida

como ferrita ou ferro a e estrutura cristalina CCC.

À 768º Ponto Curie (b)

À 912º C a ferrita se transforma em austenita ou ferro g e

possui a estrutura cristalina CFC.

À 1394º C a austenita reverte novamente para uma fase com

estrutura CCC conhecida como ferrita d.

À 1538º a ferrita d se funde.

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O eixo das composições se estende somente até 6,67% nessa concentração se forma o composto intermediário carbeto de ferro ou cementita (Fe3 C), representada por uma linha vertical no diagrama de fases.

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O carbono é uma impureza

intersticial do ferro, e forma

uma solução sólida com:

a ferrita a,

a ferrita d e

a austenita g.

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A máxima solubilidade do carbono na ferrita é:

0,022 % à 727ºC.

A máxima solubilidade do carbono na austenita

é: 2,14% à1147ºC.

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A solubilidade do carbono na austenita

é aproximadamente 100 vezes maior

que o valor de solubilidade máxima na

ferrita .

Porque:

as posições intersticiais na estrutura CFC

são maiores que as posições intersticiais

na estrutura CCC.

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Quando o limite de solubilidade é ultrapassado se forma a cementita

(Fe3C) .

Cementita

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A cementita é mecanicamente dura e frágil e ela

aumenta significativamente a resistência de alguns

aços.

A cementita é um material metaestável que a

temperatura ambiente permanecerá

indefinidamente como um composto, assim.

Ponto eutético

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O ponto 4,30% p C e a temperatura de 1147º C é um ponto

eutético.

A fase líquida se transforma

nas fases sólidas:

austenita e cementita.

Ponto eutectóide

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O ponto 0,76% p C e a temperatura de 727º C é um ponto eutectóide

A fase sólida g se

transformará nas

fases sólidas:

ferrita e cementita.

Classificação das ligas ferrosas com

base no teor de carbono

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Ferro comercialmente puro - ferro com

menos de 0,008% C

Aços - ligas ferro-carbono que contém entre

0,008 e 2,14 % C, porém, na prática os aços

raramente contém mais de 1%p de carbono.

Ferros fundidos - ligas ferro-carbono que

contém acima de 2,14 C.

Desenvolvimento das microestruturas

em Ligas Ferro-Carbono

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Quando resfriamos a liga ferro

carbono da região da austenita (g)

para a região das fases a + Fe3 C

ocorrem mudanças de fases com

características particulares.

Desenvolvimento das microestruturas

em Ligas Ferro-Carbono

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Em relação a composição da austenita podemos ter:

Eutectóide – Com a composição exata eutectóide.

Hipoeutectóide – Com a % de carbono menor que a eutectóide.

Hipereutectóide – Com a % de carbono maior que a eutectóide.

Liga de composição eutectóide, (0,76% pC)

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1. Uma liga com a composição 0,76% C -

austenita (fase g) é resfriada partindo-se de

temperatura em torno de 800ºC, ao

longo da linha vertical x x’ .

2. Com o resfriamento não ocorrerão

alterações até a temperatura eutectóide

(727ºC).

3. Abaixo de 727º C austenita se transforma

conforme a equação eutectóide.

4. A micro estrutura formada consiste de

camadas alternadas ou lamelas compostas

de pelas duas fases (a+ Fe3C), chamada

perlita

Perlita - pearlite

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Essa fase, é chamada perlita por

apresentar ao microscópio aparência de

madrepérola. (pear – pérola em inglês)

Perlita - pearlite

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A perlita forma-se em grãos, também chamadas “colônias”; dentro de cada colônia as lamelas estão orientadas na mesma direção.Mecanicamente, a perlita apresenta

propriedades intermediarias entre a ferrita (macia e dúctil) e a cementita (dura e frágil).

Ligas Hipoeutetóides - C< 0,76% pC

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1. Uma liga com uma composição C0 (C< 0,76%) sendo resfriada partir de aproximadamente 875ºC onde a estrutura é composta, inteiramente, da fase g.

Resfriando-se até o ponto d, na região a + g essas duas fases coexistirão

A fase a forma partículas nos contornos dos grãos de g.

As composições de a e g podem ser determinadas usando-se as linhas de amarração.

O resfriamento até o ponto eaumentará a proporção da fase a , e as partículas a crescerão em tamanho.

Ligas Hipoeutetóides - C< 0,76% pC

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Na temperatura Te a fase a

terá 0,022% C e a fase g terá

a composição eutectóide,

0,76%C.

Abaixo da linha eutectóide,

toda a fase g que estava

presente na temperatura Te (e

que possuía a composição do

eutectóide) se transformará

em perlita.

Ligas Hipoeutetóides - C< 0,76% pC

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Não haverá qualquer alteração na fase a que existia antes de cruzar a temperatura eutectóide.

A ferrita que se formou em torno dos grãos de austenita então estará presente em torno dos grãos de perlita.

A ferrita apresenta-se como: ferrita eutectóide presente na

perlita.

ferrita proeutectóide a ferrita formada antes da temperatura eutectóide (significando pré ou antes de).

Ligas Hipereutetóides – C> 0,76% pC

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Uma liga com composição entre 2,15%C e 0,76% C resfriada a partir da região da austenita somente a fase g estará presente, com a composição.

Com o resfriamento para dentro do campo das fases g + Fe3C, ponto h, a fase cementita começará se formar nos contornos dos grãos da fase g, essa cementita é chamada de cementita proeutectóide (antes da reação eutectóide).

A composição da cementita permanece constante (6,70%pC), a medida que a temperatura diminui, e a composição da austenita se moverá ao longo da curva P-O em direção ao ponto eutectóide.

No ponto i, abaixo da temperatura eutectóide, toda austenita restante será transformada em perlita.

Ligas Hipereutetóides – C> 0,76% pC

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No ponto i, abaixo da

temperatura eutectóide,

toda austenita restante será

transformada em perlita.

Resfriamento em condições de equilíbrio

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Nessa discussão sobre o desenvolvimento microestrutural

supôs-se condições de equilíbrio fossem sempre mantidas,

isto é, sendo dado tempo suficiente para que as composições

e quantidades de fases se ajustem.

A Influência de Outros Elementos de Liga

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