MATERIAIS AULA IV

1.

Diagrama de Equilbrio

Diagrama de EquilbrioDiagrama de Equilbrio do Ferro CarbonoOs principais fatores que fazem das ligas ferrocarbono ainda hoje os materiais de maior utilizao prtica so:Grande variao nas suas propriedades pela simples variao na quantidade de carbono; Possibilitam que se tenha uma gama ainda maior de propriedades quando se considera a possibilidade de deformao plstica e os tratamentos trmicos.

Diagrama de EquilbrioDiagrama de Equilbrio do Ferro CarbonoAs transformaes alotrpicas do ferro puro e o fato de que o carbono forma uma soluo intersticial com o ferro. Isto conduz a uma srie de possibilidades de transformaes, cada um com suas microestruturas tpicas, resultando na grande variao das propriedades.

Diagrama de EquilbrioDiagrama de Equilbrio do Ferro CarbonoALOTROPIA: um fenmeno qumico que consiste em poder um elemento qumico cristalizar-se em mais de um sistema cristalino e ter por isso diferentes propriedades fsicas.

Diagrama de EquilbrioDiagrama de Equilbrio do Ferro CarbonoA adio de carbono ao metal ferro provoca modificaes nas temperaturas das transformaes alotrpicas, porque o carbono age como estabilizante do ferro gama. Por outro lado, a solubilidade do carbono nessas formas alotrpicas muito diferente e alm disso varia com a temperatura.

Diagrama de EquilbrioGro CristalinoO Gra Cristalino constitudos por milhares de clulas unitrias. Os gros podem ser observados melhor com auxlio de um microscpio metalogrfico. A figura, ilustra uma pea de ao de baixo teor de carbono, com a superfcie polida e atacada quimicamente ampliada muitas vezes. As regies claras e escuras, todas com contornos bem definidos como se fossem uma colmeia, so os gros.

Diagrama de EquilbrioO ao carbono formado por ferro e carbono. O carbono combina-se com uma parte do ferro formando o carboneto de ferro (Fe3C), que contm 6,7% de carbono. Quando em estado de fuso este carboneto se encontra dissolvido na massa lquida. Ao esfriar verificamos que existe para cada ao uma certa temperatura para comear a solidificao, que prossegue medida que a temperatura cai.

Diagrama de Equilbrio

Diagrama de EquilbrioDiagrama de Equilbrio do Ferro CarbonoValor mximo de carbono de 6.69%. Isto se deve ao fato de que as ligas acima deste teor no tem qualquer importncia comercial. Outros elementos de liga alm de pequenas quantidades de impurezas que so inerentes ao processo de obteno do material esto presentes. Porm como pequenas quantidades de outros elementos no produzem grandes alteraes, podemos utiliz-lo como base para o estudo.

Diagrama de EquilbrioDiagrama de Equilbrio do Ferro CarbonoRepresenta na verdade um equilbrio metaestvel entre ferro e um carboneto de ferro da liga ferro-carbono chamado cementita que tem frmula estequiomtrica Fe3C. 2,11% a 1148C um ponto que separa os aos e os ferros fundidos.

Diagrama de EquilbrioFases Ferrita - Austenita - Delta

Diagrama de EquilbrioFases Ferrita - Austenita - Delta

Diagrama de EquilbrioPonto eutetide

Ao eutetide

Ao Ao hipoeutetide hipereutetide

Diagrama de EquilbrioAo eutetideAo com concentrao de carbono igual a eutetide (0,77% C). Apresentar uma estrutura totalmente perltica. Perlita A mistura das duas fases, ferrita e cementita, que resulta da decomposio eutetide da austenita. Ferrita Uma soluo slida de carbono (e eventualmente outros elementos) em ferro de estrutura cbica de corpo centrado ().

Diagrama de EquilbrioAo eutetide

Diagrama de EquilbrioAo eutetide

Diagrama de EquilbrioAo Hipoeutetide%C < 0,77, Ao com concentrao inferior eutetide. No diagrama Fe-C, vemos que para estas concentraes, durante o resfriamento a austenita no passa diretamente para ferrita e cementita. Numa primeira etapa haver a formao de ferrita a partir da austenita. Desta forma a austenita remanescente vai sendo enriquecida com carbono. Na temperatura de 727C a austenita remanescente conter 0,77% C (composio eutetide). A estrutura estar constituda de ferrita pr-eutetide e austenita com 0,77% C. Esta austenita ao passar pelo ponto eutetide se transformar em perlita. A estrutura resultante final ser de perlita e ferrita. Este ao apresenta uma dureza e resistncia mecnica inferiores de um ao eutetide, no entanto possui maior tenacidade que a de um ao com estrutura totalmente perltica.

Diagrama de EquilbrioAo Hipoeutetide

Diagrama de Equilbrio

Diagrama de EquilbrioAo Hipereutetide%C > 0,77, ao com concentrao de carbono superior a eutetide. No resfriamento desde o campo austentico, haver inicialmente a formao de cementita. A austenita nesta regio do diagrama Fe-C possui um teor de carbono acima da eutetide. A medida que se inicia a formao de cementita, a austenita ter o seu teor de carbono gradativamente diminudo at a composio eutetide quando a temperatura atinge a temperatura eutetide (727C). Com a transformao eutetide o ao apresentar uma estrutura constituda de cementita e de perlita. Quando ocorre a formao de uma fase contnua de cementita envolvendo os gros perlticos teremos um material com extrema fragilidade. Uma vez que a cementita apresenta uma ductilidade desprezvel. Caso a cementita apresente-se de forma descontnua, podemos ter um material com maior resistncia ao desgaste sem tanta diminuio da tenacidade.

Diagrama de EquilbrioAo Hipereutetide

Diagrama de Equilbrio

Diagrama de EquilbrioAo Hipereutetide

Diagrama de EquilbrioFerro Fundido EutticoConforme mencionado em pgina anterior, ferro fundido uma liga de ao e carbono com teor deste ltimo acima de 2,11%. Entretanto, um teor considervel de silcio est quase sempre presente e, por isso, alguns autores consideram o ferro fundido uma liga de ferro, carbono e silcio. Outra caracterstica a existncia de carbono livre, na forma de lamelas ou veios de grafita.

3. Diagrama de EquilbrioFerro Fundido EutticoDe forma similar aos aos, ferros fundidos podem ser hipoeutticos, eutticos ou hipereutticos, com o valor euttico definido pelo ponto de equilbrio entre a austenita e a cementita, 4,3%.

Diagrama de EquilbrioFerro Fundido EutticoQuando o ferro fundido euttico solidificado, logo abaixo do ponto G, h formao de uma estrutura com fundo de cementita e glbulos de austenita, denominada ledeburita. Continuando o resfriamento, abaixo de 727C no poder mais existir a austenita e, portanto, a ledeburita ser composta por glbulos de perlita sobre fundo de cementita.

Diagrama de EquilbrioFerro Fundido HipoeutticoUm ferro fundido hipoeuttico (2,11 4,30% de C) deve apresentar reas de perlita, ledeburita e cementita.

Diagrama de EquilbrioFerro Fundido HipereutticoUm ferro fundido hipereuttico (4,30 6,67% de C) apresenta cristais de cementita em forma de agulhas sobre fundo de ledeburita. Nada ocorre com a cementita que foi separada durante o resfriamento na fase lquida (na forma de cristais alongados), enquanto a ledeburita ao ultrapassar a temperatura de 727C ser transformada em glbulos de perlita sobre um fundo de cementita. Assim abaixo de 727C e na temperatura ambiente ser constitudo de cristais alongados de cementita e um fundo de ledeburita.

Diagrama de EquilbrioFerro Fundido HipereutticoUm ferro fundido hipereuttico (4,30 6,67% de C) apresenta cristais de cementita em forma de agulhas sobre fundo de ledeburita.

Diagrama de EquilbrioFerro Fundido HipereutticoNada ocorre com a cementita que foi separada durante o resfriamento na fase lquida (na forma de cristais alongados), enquanto a ledeburita ao ultrapassar a temperatura de 727C ser transformada em glbulos de perlita sobre um fundo de cementita. Assim abaixo de 727C e na temperatura ambiente ser constitudo de cristais alongados de cementita e um fundo de ledeburita.

Diagrama de Equilbrio

Ferro Fundido CinzentoPara os ferros fundidos cinzentos os teores de carbono variam entre 2,5 e 4,0%, e os teores de silcio variam entre 1,0 e 3,0%. Um ferro fundido com um alto teor de silcio (2% Si) sofre grafitizao to imediatamente que a cementita nunca se forma. Durante a solidificao surgem lamelas ou flocos de grafita no metal. Para a maioria dos ferros fundidos, a grafita existe na forma de flocos, que so normalmente circundados por uma matriz de ferrita ou de perlita.

Diagrama de EquilbrioFerro Fundido CinzentoNa temperatura eutetide, a austenita se transformar em perlita e a estrutura resultante, com veios de grafita em uma matriz perltica, ser denominada ferro fundido cinzento perltico. Se a velocidade de resfriamento for extremamente lenta ao passar pela temperatura eutetide, a austenita se transformar em grafita e ferrita, e a estrutura, com veios de grafita em uma matriz ferrtica, ser denominada ferro fundido cinzento ferrtico. No entanto, usualmente prevalecem as velocidades de resfriamento intermedirias, das quais resultam as microestruturas hbridas. Um exemplo disso ocorre nos ferros fundidos cinzentos, resfriados a uma velocidade entre moderada e baixa. A perlita se decompe apenas parcialmente e a estrutura resultante uma matriz perltica, com veios de grafita envolvidos por ferrita.

Diagrama de EquilbrioFerro Fundido BrancoQuando resfriados rapidamente, os ferros fundidos com baixo teor de silcio (< 1,0%p Si) apresentam a maioria do carbono (C) na forma de cementita ( ) em lugar de grafita. O resfriamento de um ferro fundido at uma temperatura logo acima da euttica provoca a formao de dendritas de austenita primria (fase proeuttica). Se a liga resfriada rapidamente, ao cruzar a temperatura euttica o lquido restante se solidificar, formando uma microestrutura composta de austenita numa matriz de cementita. medida que o resfriamento continua, a austenita primria e a austenita euttica rejeitam carbono, sob a forma de mais cementita. temperatura eutetide, a austenita ter composio eutetide e se transformar em perlita (ferrita+cementita).

Diagrama de EquilbrioFerro Fundido BrancoEssa liga, cuja microestrutura pode apresentar dendritas de perlita numa matriz de cementita, denominada ferro fundido branco. A superfcie fraturada dessa liga de colorao esbranquiada. Da o nome ferro branco. A Figura apresenta uma fotomicrografia tica de um ferro fundido branco. Segundo alguns autores (2), a quantidade de cementita presente no ferro fundido branco de aproximadamente 30% em volume do produto. Assim, o ferro fundido branco extremamente duro, com fratura frgil e resistente abraso.

Diagrama de EquilbrioFerro Fundido MalevelAo aquecimento do ferro fundido branco at temperaturas no intervalo de (800-900)C , por um tempo prolongado e em uma atmosfera neutra, correspondendo zona II do diagrama ferrocarbono completo das figuras, a matriz de cementita se decompor lentamente e formar manchas irregulares de grafita em uma matriz austentica. Quando a decomposio completa e, aps o resfriamento da liga at a temperatura ambiente, a estrutura ser constituda de aglomerados (rosetas ou manchas) de grafita em uma matriz de ferrita (), quando o resfriamento atravs da temperatura eutetide for lento; ou microestrutura de aglomerados em uma matriz de perlita, quando a velocidade de resfriamento for alta. Essas ligas, denominadas, respectivamente, de ferros fundidos maleveis ferrticos (resfriamento lento) e de ferros fundidos maleveis perlticos (resfriamento rpido), possuem maior ductilidade e tenacidade que os ferros fundidos brancos ou cinzentos. A microestrutura semelhante do ferro nodular. A Figura 9.t mostra uma representao de uma microestrutura de um ferro fundido malevel perltico.

Diagrama de EquilbrioFerro Fundido Malevel

Diagrama de EquilbrioFontes BibliogrficasPRINCPIOS DE CINCIA DOS MATERIAISLAWRENCE H. VAN VLACK

METALOGRAFIA DOS PRODUTOS SIDERRGICOS COMUNSHUBERTUS COPAERT

TECNOLOGIA MECNICA VOLUME IIIVICENTE CHIAVERINI

CINCIA DOS MATERIAIS MULTIMDIAhttp://cienciadosmateriais.org/