Sistema Ferro-Carbono

Sistema Ferro-Carbono

(Parte 1 de 4)

Introdução à Ciência dos MateriaisProf. Carlão

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Conceitos Básicos

Componente: são metais puros e/ou compostos que compõem uma liga. Por exemplo, em um latão cobre-zinco, os componentes são o cobre (Cu) e o zinco (Zn).

Solvente: é o elemento ou composto que está presente em maior quantidade

(concentração). Também chamado de átomos hospedeiros.

Soluto: é o elemento ou composto que está em menor concentração.

Limite de solubilidade: é a concentração máxima, em uma dada temperatura, de átomos de soluto que pode se dissolver no solvente para formar uma solução sólida.

Solução sólida: está solução se forma quando, à medida que os átomos do soluto são adicionados ao material hospedeiro (solvente), a estrutura cristalina é mantida, e nenhuma nova estrutura é formada.

Fase: é uma porção homogênea de um sistema que possui características físicas e químicas uniformes. Exemplo: xarope água-açúcar e açúcar sólido.

Sistema: (1) é um corpo especifico de material que está sendo considerado. (2) é uma série de possíveis ligas que consistem nos mesmos componentes.

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DIAGRAMA Fe-C

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•À temperatura ambiente a forma estável, chamada ferrita, ou ferro α, tem uma estrutura cristalina C. A ferrita experimenta uma transformação polimórfica à austenita CFC, ou ferro γ, a 912oC (1674oF). Esta austenita persiste até 1394oC (2541oF), temperatura na qual a austenita CFC se reverte de volta para a fase C conhecida como ferrita δ, que finalmente se funde a 1538oC(2800oF).

Introdução à Ciência dos MateriaisProf. Carlão DIAGRAMA DE FASES FERRO/CARBETO DE FERRO

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•Mistura eutética, do grego eutektos, "facilmente fundida", é uma mistura de 2 ou mais sólidos, (como uma liga metálica), na qual o ponto de fusão é o mais baixo possível, e todos seus constituintes cristalizam simultaneamente a partir do líquido.

•Uma das misturas eutéticas mais conhecida é a solda para componentes eletrônicos, feita de estanho e chumbo onde o ponto de fusão desta é menor que o de seus componentes isolados (183 °C, contra 232 °C e 327 °C, respectivamente), e sendo, por isso, chamado ponto eutético.

•Há também outras misturas eutéticas usadas em metalurgia, mesmo não-metálicas (para formar escória) e na indústria do vidro (na qual os componentes acrescentados, como o carbonato de sódio, são chamados “fundentes").

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•Um aço eutetóide tem 0,7% de carbono e na sua estrutura granular tem somente perlita

Um aço eutético é uma liga c/ 4,3% de carbono

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Diagrama de equilíbrio Fe-C

•Ligas de aços – 0 a 2,1 % de C •Ligas de Ferros Fundidos – acima de 2,1% a 6,7% de C

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• Eutetóide

•Quando a solução acima do ponto de transformação é contínua, ao invés de líquido, uma transformação análoga eutetóide pode ocorrer. Por exemplo, no sistema ferro-carbono, a fase austenita pode sofrer uma transformação eutetóide para produzir ferrita e cementita, muitas vezes em estruturas lamelares, tais como perlita e bainita. Este ponto eutetóide ocorre em 727 ° C (1341°F) e cerca de 0,83% de carbono

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Região peritética

•Transformações peritéticas também são semelhantes às reações eutéticas. Aqui, uma das fases líquida e sólida de proporções fixas reagem a uma temperatura fixa e produzem uma única fase sólida. Dado que as formas sólido produzidas na interface entre os dois reagentes, eles podem formar uma barreira de difusão e, geralmente, provocam tais reações para continuar muito mais lentamente do que as transformações eutética ou eutetóide. Devido a isso, quando uma composição peritética solidifica não mostram a estrutura lamelar, que encontra-se com a solidificação eutética.

•Tal transformação existe no sistema ferro-carbono, como visto perto do canto superior esquerdo da figura. Assemelha-se a um eutético invertido, com a fase δ combinando com o líquido para produzir austenita pura em 1495 ° C (2723 ° F) e 0,17% de carbono

•Líquido + sólido α → sólido β

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Diagrama de equilíbrio Fe-C

•Ponto S: eutetóide - Aço •Ponto C:– eutético - ferro fundido

•Ferrita: ferro comercialmente puro (C < 0,008%), pouco resistente, mole e dúctil

•Fe3C carboneto de ferro - 6,7% C •Aço hipoeutetóide 0,008 - 0,7% C

•Aço hipereutetóide 0,7 - 2,1%C

•Fe Fundido hipoeutético 2,1-4,3%C

•Fe Fundido hipereutético > 4,3%C

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Diagrama de equilíbrio Fe-C Fe3C, Fe e grafita (carbono na forma lamelar)

•Austenita: solução sólida de C no Fe gama. Boa resistência e apreciável tenacidade

•Cementita: Carbono na forma Fe3C (carboneto de ferro, 6,7% de C).

Muito duro.

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Diagrama de equilíbrio Fe-C

•Em resumo, a austenita existente acima da linha A1 pode se transformar em ferrita + perlita, somente perlita ou perlita + cementita.

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