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AOS e FERROS FUNDIDOSBibliografia: CHIAVERINI, V., Aos e Ferros Fundidos, Editora ABM, 2004 COLPAERT, H. Metalografia dos Produtos Siderrgicos Comuns. Editora Edgard Blucher. So Paulo, 2008. CALLISTER, W.D., Engenharia e Cincia dos Materiais. Uma Introduo, McGrall- Hill, 1998 KRAUS, G. Steels: Processing, Structure, and Performance. ASM International, 2005Material disponvel no site: www.em.pucrs.br / nuclemat
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MATERIAIS METLICOS FERROSOSFerros FundidosBrancos Cinzentos Nodulares Maleveis Carbono Baixa liga HSLA Alta Liga Ferrticos Austenticos Martensticos Duplex PH
NO FERROSOSLigas Al
Ligas Fe-C
Ligas leves
Ligas Ti Ligas Mg Ligas Be
Aos
Fe-Cr (-Ni)(INOX)
Ligas Cu Ligas Zn Ligas Ni
Bronzes Lates Cu-Ni
Outras Fe
Fe-Ni(MARAGING)
Ligas Patentes: Sn , Pb Ligas Refratrias Co, Cr
Fe-C-Mn(HADFIELD)
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Aos
Processos de Produo de Aos:
Metalurgia
Siderurgia
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Categorias dos Principais Produtos Ferrosos:(i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) TARUGOS (billets) : seco transversal quadrada ou circular BLOCOS (blooms) : seco transversal quadrada, retangular ou cilndrica PLACAS GROSSAS e MDIAS (slabs) : razo entre os lados maior que 2 PLACAS FINAS (thin slabs) : com espessura entre 20 e 70 mm (thin slabs) TIRAS (strip) : com espessura entre 5 e 20 mm TIRAS FINAS (thin strip) : com espessura menor que 5 mm
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Processamento dos Aos:
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Principais Condies dos Produtos Ferrosos:
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SISTEMA Fe-Cementita (Aos e Ferros Fundidos) Fe(AT (oC) 1538 1495 o 1394 oo 0,09% 0,17% 0,53%
Estruturas CristalinasEstrutura Cbica de Corpo Centrado - CCC
Aos
Ferros Fundidos BrancoPeritticoL+
Clula Unitria Fator de Em pacotamento = 0,68 2 tom os C.U. a = 4.R / 3
Liq +
Em pacotam ento atm ico
Ferrita
LquidoLinha de aparecimento dos primeiros cristais slidos na forma dendrtica Linha de aparecimento dos primeiros slidos da cementita no dendrtica
Expanso
Estrutura Cbica de Face Centrada - CFC
+
Clula Unitria Fator de Empacotam ento = 0,74 4 tom os C.U. a = 2.R./ 2
Linha Solidus
Linha Liquidus
Linha LiquidusEm pacotam ento atm ico
AustenitaContrao
+ Liq912o
Fe3C + Liq4,3%
Estrutura Cbica de Corpo Centrado - CCC
A3 ACM
2,11%
+ Fe3CLedeburita ( Fe3C + )
EutticoL33
1148Fe3C
o
LEDEBURITA ( + Fe3 C )
+ Fe C
Clula Unitria Fator de Empacotam ento = 0,68 2 tomos C.U. a = 4.R / 2
727o
Em pacotamento atm ico
Ferrita
+ A0,0218%
Eutetide0,77% Hipereutetide Fe3C + Perlita ( + Fe 3C )
Ledeburita ( Fe3C + )
Estrutura O rtorrmbica Estrutura do Fe 3 C
1
+ Fe 3C
727o
HB 80
Hipoeutetide + Perlita ( + Fe 3C )
+ Fe3C2,11%
Hipoeuttico Perlita + Ledeburita
LEDEBURITA ( Perlita+ Fe3 C )
Hipereuttico Fe3C + Ledeburita
HB 550
Clula Unitria Proporo Fe : C de 3 : 1 12 tomos de Fe e 4 tomos de C
Cem entitaDimetro Atm ico FE : 2,481 A Atmico Dimetro Atm ico C : 0,385 A Atmico
T amb
0,008%
0%
Material Dctil 80 < HB < 240
0,77%
Material Duro 240 < HB < 300
Material Muito Duro 300 < HB < 450
4,3%Euttico 100 % Ledeburita ( Perlita + Fe C )3
Material Hiper Duro 450 < HB < 550
Eutetide 100 % Perlita ( + Fe C )3
6,67% C 100%Fe3C
Ferro AUSTENITA m etalurgista Ingls Roberts Austen Ferro FERRITA do latin Ferrum Fe 3 C CEMENTITA do latin Caementum (Carboneto de Fe) Fe)
PERLITA Estrutura lam elar de + Fe 3 C estrutura de madreprola m adreprola
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Transformaes Invariantes no Sistema Fe-C: Transforma FeTransformao euttica aquela que parte de um lquido monofsico e homogneo (L) para um slido composto de duas fases. L + Fe3C [ lquido austenita + Fe3C ] Transformao perittica aquela em que uma soluo slida e um lquido homogneo (L) reagem a uma temperatura especfica formando uma soluo slida monofsica de caractersticas distintas daquela que a originou: +L [ slido (ferrita-delta) + lquido slido (austenita )] Transformao eutetide aquela em que uma soluo slida se transforma em duas solues slidas distintas daquela que a originou: [ slido (austenita) slido (ferrita-gama) + slido (cementita )] + Fe3C
Coeficiente de Redistribuio: k o = RedistribuiT soluto
CS CLT
Regra da Alavanca:Sol = CL Co CL CS Co CS CL CS
T
Cs
CL
ko < 1 TLiquidus
Cs
CLLiquidus
Solidus
Co CS CS < Co
Solidus
Liq =
%
Co
%
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Interstcios Octadricos e Tetradricos nas estruturas CCC e CFC: Interst Octa Tetra
Regies provveis para alojar o C em soluo slida intersticial na matriz do Fe
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T
(oC)Ferrita 0,09%
Aos Liq + 0,17% 0,53%
1538o 1495o 1394o
LquidoLinha Liquidus Linha Solidus
+ Austenita
+ Liq
912o
A 3 + 0,02%
A cm + Fe C 3 A 1 + Fe C 30,77%
2,11%
Ledeburita ( Fe3C + )Perlita
727oFerrita
T
amb0% 0,008% 2,11%
Ledeburita ( Fe3C + )
Hipoeutetide + Perlita
Eutetide 100 % Perlita ( + Fe3C )
Hipereutetide Fe3C + Perlita
AOS E FERROS FUNDIDOS RESFRIAMENTO DE UM AO EUTETIDE www.em.pucrs.br/nuclemat DECOMPOSIO DA AUSTENITA
Prof. Carlos A. dos Santos
NCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS
912 C
o
+
zoom
727 C
o
+ Fe 3 C
0,0218% de C =
Ferrita
+ Fe 3C Cementita
0,77%C
Perlita
C C C C CC C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C6,67% de C = Fe 3C
C
C
DIFUSO DO CEmpobrecido para 0,0218% de C Enriquecido com 6,67% de C Empobrecido para 0,0218% de C
AOS E FERROS FUNDIDOS RESFRIAMENTO DE UM AO HIPOEUTETIDE C expulso do contorno para o centrowww.em.pucrs.br/nuclemat Formao de Ferrita no contorno de gro Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS
Ponto 1
912 CPonto 2C continua a migrar para o centro
o
Pto 1 Pto 2 - Temperatura T Pto 3 - T = 728 C0,77%C
o
727 CPonto 30,77%C 0,77%C 0,77%C
o
%C na Austenita (Ex. 1040 = 0,4%C)
Pto 4 - T = 726 C Ferrita Perlita
o
Ponto 4
Ncleo do gro enriquecido com 0,77% de C
%C na primeira Ferrita
%C na Ferrita na temperatura T
%C na Austenita na temperatura T
AOS E FERROS FUNDIDOS RESFRIAMENTO DE UM AO HIPEREUTETIDEwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS
C expulso do centro para o contorno
Ponto 1
Formao de Cementita no contorno de gro (6,67%C)
1148 oC 2,11 %C
912oCPonto 2C continua a migrar para o contorno
Pto 1 Pto 2 - Temperatura T0,77%C
727 CPonto 30,77%C 0,77%C 0,77%C
o
Pto 3 - T = 728 C Pto 4 - T = 726 C%C na Austenita (Ex. 1,3%C) o
o
Ncleo do gro empobrecido com 0,77% de C
Cementita Perlita
Ponto 4
%C na Austenita na temperatura T
Microestruturas de AOS-CARBONO Normalizados A OSAOS E FERROS FUNDIDOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS
SAE 1010
SAE 1045
SAE 1080
920_long_periferia_60min_100xmatriz Ferrita-Pro (clara) e pouca Perlita (escura)
850_trans_nucleo_100x45% Ferrita-Pr (clara ) e 55% Perlita (escura)
850_trans_nucleo_500xmatriz Perlita e pouca Cementita-Pr nos C.G.
920_long_periferia_60min_500xGros de Ferrita e Perlitas isoladas
850_trans_nucleo_500xFerrita-Pr nos CG e Perlita nos ncleos
850_trans_nucleo_1000xCementita-Pr nos CG e Perlita nos ncleos
Microestruturas de AOS-CARBONO Normalizados A OSAOS E FERROS FUNDIDOSwww.em.pucrs.br/nuclematFERRO Puro Comercial100 % Ferrtico
Prof. Carlos A. dos SantosSAE 1030Hipoeutetide
NCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS
SAE 1010Ferritco e Perltico
SAE 1035HipoeutetideFerritco e Perltico Hipoeutetide
Ferritco e Perltico
Ataque : Nital 3%
Ataque : Nital 3%
Ataque : Nital 3%
Ataque : Nital 3%
SAE 1040Ferritco e Perltico ( ~ 50% e 50%) Hipoeutetide
SAE 1050Ferritco e Perltico Hipoeutetide
SAE 1077100 % Perltico Eutetide
SAE 1095Nleo c/ Perlita e Cementita Livre Hipereutetide
Ataque : Nital 3%
SAE 10100Nleo c/ Perlita e Cementita Livre Hipereutetide
BTC - Dendritas de e lquido congelado
Ataque : Nital 3%
Ataque : Nital 3%
Ataque : Nital 3%
ABNT/SAE 1003 DIN C 03
ABNT/SAE 1010 DIN C 10
ABNT/SAE 1025 DIN C 25
MTC - Dendritas de e lquido congeladoAtaque : Nital 3%
ABNT/SAE 1035 DIN C35
ABNT/SAE 1045 DIN C45
ABNT/SAE 1050
DIN C 50
Austenita
ATC - Dendritas de e lquido congelado
ABNT/SAE 1060
DIN C 60
ABNT/SAE 1090
DIN C 90
ABNT/SAE 1130
DIN C 113
OS E FERROS FUNDIDOS Detalhes de Estruturas deAAOS-CARBONO A OSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS
Estrutura Dendrtica em Aos
SAE 1010 Superfcie de Fratura em Trinca a Quente
Detalhes da Perlita em Matriz Ferrtica
SAE 1010 - Macroestrutura
SAE 1018 com alto S
Lamelas da Perlita
Microestruturas de AOS-CARBONO Processados A OSAOS E FERROS FUNDIDOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS
SAE 1008 laminado a quente
10% reduo
20% reduo
40% reduo
70% reduo
90% reduo
SAE 1020 laminado a frio
SAE 1030 - normalizado
SAE 1075 - normalizado
30% reduo
RESUMO DO DIAGRAMA AOS E 3 C FUNDIDOS Fe-Fe FERROS Fewww.em.pucrs.br/nuclemat No diagrama ignorou-se o perittico por questes didticas ignorouperit did
Prof. Carlos A. dos Santos
NCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS
AOSL+2,11 %C
FERROS FUNDIDOS BRANCO
Lquido L + Fe 3C4,3%C
912 C
o
1148oC
727 C
o
0,77%C
+ Fe3 C
Linha que define o aparecimento da CEMENTITA
+ Fe3 CEutetide Eutet 100% Perlita ( + Fe 3 C ) Hipereutetide Hipereutet Fe3 C + Perlita ( + Fe 3 C ) Hipoeuttico Hipoeut Perlita + Ledeburita Hipereuttico Hipereut Fe3C + Ledeburita Euttico Eut 100% Ledeburita Fe3C + Perlita ( + Fe C ) 3
Fe
Hipoeutetide Hipoeutet + Perlita ( + Fe 3 C )
Fe 3C
RESUMO DO DIAGRAMA AOS E 3 C FUNDIDOS Fe-Fe FERROS Fewww.em.pucrs.br/nuclemat No diagrama ignorou-se o perittico por questes didticas ignorouperit did
Prof. Carlos A. dos Santos
NCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS
AOSL+2,11 %C
FERROS FUNDIDOS BRANCO
Lquido L + Fe 3C4,3%C
912 C
o
1148oC
727 C
o
0,77%C
+ Fe3 C
Linha que define o aparecimento da CEMENTITA
+ Fe3 CMaterial Muito Duro300 < HB < 450
Material Hiper Duro450 < HB < 550HB 650
HB 80
FeMaterial Ductl 100 < HB < 240
Euttico Eut 100% Ledeburita Eutetide Eutet 100% Perlita ( + Fe 3 C ) Material Duro 240 < HB < 300 Fe3C + Perlita ( + Fe C ) 3
Fe 3CDados de dureza para condies normais de solidificao
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Euttico Fe-C:Lquido L+ o 912 C 0,77%C o 727 C 2,11 %C 4,3%C + Fe C 3 + Fe C 3 LIQUIDO L + Fe C 3 o Ponto 1 - 1147 C Ponto 2 - T o Ponto 3 - 726 C
Ponto 1C CC C CC C C C C C CC C C C C C C C C C C C C CC C C C
1148 o C
Difuso C nos CG em TE
% C na Austenita na temperatura T
LEDEBURITA-P LEDEBURITA-
Ponto 3
Abaixo TELEDEBURITA- LEDEBURITA-
PerlitaEmpobrecido para 2,11% de C Enriquecido com 6,67% de C
AUSTENITA CEMENTITA
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Hipoeuttico:
Lquido
LIQUIDO
Ponto 1 - Formao dos primeiros cristais slidos de Austenita Pto 2 - Temperatura T L + Fe C 3 4,3%C 1148 C o o o
L+ o 912 C
2,11 %C %C na Austenita no resfriamento 0,77%C + Fe C 3 + Fe C 3
Ponto 3 - 1147 C
Ponto 4 - 728 C
Ponto 4
o 727 C
P.ex.: Fe - 3,5 %C %C na Austenita em solidificao %C no lquido remanescente
Ponto 2
Dendritas de Austenita Lquido remanescente
Ledeburita (Fe3 C + )Ponto 3
AOS E FERROS FUNDIDOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos Santos Ponto 1 - Formao dos primeiros cristais slidos de Cementita Pto 2 - Temperatura T 4,3%C 2,11 %C %C na Austenita no resfriamento 0,77%C o 727 C + Fe C 3 Pto 4 - 727 C o + Fe C 3NCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS
Hipereuttico:
Lquido
LIQUIDO
L+ o 912 C
L + Fe C 3 1148 C Pto 3 - 1147 Co
o
Ponto 4
Ponto 2
%C no lquido remanescente
Fe3 C
Agulhas de Cementita Lquido remanescente
Ledeburita (Fe3 C + )Ponto 3
AOS E FERROS FUNDIDOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS
FoFo Branco Hipoeuttico HipoeutDentritas de Perlita com Contorno Ledeburtico Ledebur
FoFo Branco Euttico 100% Ledeburtico Eut Ledebur Fofo Branco Hipo
FoFo Branco Hipereuttico HipereutAgulhas de Cementita com Contorno Ledeburtico Ledebur
Fofo Branco Hiper
FERROS FoFo-CINZENTO : ADIODE ESILCIOFUNDIDOS FoFoADI A OS SILwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS
Influncia do Si no Diagrama Fe-Fe3C Fe-
FoFo Cinzento (Acrscimo de Si) (Acr
FoFo Hipo Matriz Ferrtica
FoFo Hipo Ferrtica-Perltica
FoFo Hipo Perltica
FERROS FoFo-CINZENTO : ADIODE ESILCIOFUNDIDOS FoFoADI A OS SILwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS
AOS E FERROS FUNDIDOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS
Tipo A
Tipo B
Tipo C
Tipo D
Tipo Ewww.infomet.com.br
A FoFo-NODULARES : ADIO DE INOCULANTES FoFoADI OS E FERROS FUNDIDOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS
Mtodos de Modificao em FoFo Branco para NODULARES: - variao nas velocidades de solidificao, e conseqentemente taxas - adio de agentes qumicos modificadores no banho lquido Principais Modificadores:
Si principal agente nucleanteda grafita em veios e aumenta T metaestvel (fofo cinzento)
FoFo Nodular (Acrscimo de Mg) (Acr
Mg favorece a formao degrafita nodulares (nodularizante)
Ce favorece a formao degrafita nodulares (nodularizante)
OS E Detalhes de Estruturas deAFoFo FERROS FUNDIDOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS
Microestruturasde FoFo para vrios % Mg: 0,017%; 0,026% e 0,13% e detalhes de um ndulo de grafita
AOS E FERROS FUNDIDOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS
FoFo 100x - Sem Ataque
FoFo Nodular 100x
FoFo Nodular 1000x
Efeito da Taxa de Resfriamento na formao dos ndulos
AOS E FERROS FUNDIDOS FoFo : INFLUNCIA DA TAXA DE RESFRIAMENTOwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS
Resfriamento rpido: FoFo Branco (perlita e ledeburita) Resfriamento lento: Fofo Cinzento (perlita e grafita)
OS E Detalhes de Estruturas deAFoFo FERROS FUNDIDOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS
Branco(perlita e ledeburita)
Cinzento(veios grafita e perlita)
Nodular(ferrita e ndulos grafita)
Nodular(perlita e ndulos grafita)
AOS E FERROS FUNDIDOS Microestruturas de FoFo Tratados Termicamentewww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS
FoFo Malevel 100x Sem Ataque
FoFo Malevel 100x Nital 3%
FoFo Vermicular
FoFo H13
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