Baixe ferro carbono e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! 1 DIAGRAMA DE FERRO-CARBONO MCM I Aula 4 – 19/ago Prof. Lucas Horiuchi 2 Objetivos de Aprendizado Para um dado diagrama de ferro-carbono. – Especificar se a liga é hipereutetóide ou hipoeutetóide. – Identificar a fase proeutetóide. – Calcular as frações mássicas das fases ferrita total, ferrita eutetóide, ferrita proeutetoide e da perlita. 5 Sistemas Cristalinos  Os metais no estado sólido apresentam estrutura cristalina, isto é, os átomos que o constituem são dispostos de uma maneira organizada e periódica. Existe assim, uma disposição típica dos átomos que, se reproduzindo, constitui a estrutura cristalina de um dado metal. Esta disposição típica chama-se célula unitária.  Os átomos vibram em torno de suas posições de equilíbrio, definidas pela célula unitária. A vibração dos átomos é função da temperatura. 6 CÉLULAS UNITÁRIAS • Menor grupo de átomos que formam o padrão repetitivo. Unidade estrutura básica. • Na maioria são paralelepípedos ou prismas com três conjuntos de faces paralelas. • A CÉLULA UNITÁRIA representa a simetria da estrutura cristalina. • O que determina o tipo de célula unitária é basicamente o diâmetro atômico. OS QUATORZE SÓLIDOS DE BRAVAIS. 7 ESTRUTURA CÚBICA DE CORPO CENTRADO • Apresenta átomos localizados nos oito vértices e um no centro da célula unitária cúbica. 10 Sistemas Cristalinos  Sistema cristalino cúbico de face centrado (CFC) Nº de átomos por célula unitária = (1/8x8 + 1/2x6)=4 Ex: Níquel e o alumínio. O sistema CFC, possuem maior número de planos de maior densidade atômica que os CCC, devido as deformações plásticas se darem nesses planos, os metias CFC possuem maior tenacidade. lagrama das fases F Temperatura (ºC) Composição (%a C) o 5 10 15 20 25 1600 T T T 1598ºC Rope 14936 1400 L — 2500 1200 me 1147ºC; ae 430 — 2000 1000 y+ Fes€ soo lt —[ 1500 + 727ºC , [eo 0,76 E 0,022 800 ff o, Ferrita a + Fes Cementita (FesC) | 4000 400 | | 0 1 3 4 5 6 8,70 (Fe) Composição (%p C) e- Temperatura (*F) 11 12 Diagrama Fe-Fe3C • As linhas do diagrama Fe-Fe3C são denominadas pela letra A (do Francês arrêt, prisão). • Quando a letra c for adicionada significa que se refere às condições de aquecimento (do Francês, chauffage, aquecimento). Acm A1, A3 A1 A3 L +  + Fe C3 L+ Fe C3  + FeC3 c e m en tit a F e C 3   L 15 Diagrama Fe-Fe3C • A3: limite do campo de estabilidade  e o campo +Fe. 700 750 800 850 900 950 T ( C ) O 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 %pC   A 3 14 DIAGRAMA DE EQUILIBRIO I I ! | I t 1535) | I I l = b I E I u I w l E | “a I i js : | Ed | I I I | I I I 728 dia I I I | I dnbiante Vi o 20 16 Teor de carbono em % — Pig MIT — Diggraçaa de equilibrio das ligas ferro carbono asmputicado, po inecho referente sos = ihostrumdo” o ace fol dito modo sabrk m sohditidinado JOS 17 O diagrama das fases – As ligas de ferro carbono utilizados possuem no máximo 6,7% de carbono, portanto só irá trabalhar com o diagrama até 6,7% de C. – O carbono é uma impureza intersticial no ferro e forma uma solução sólida tanto com a ferrita e também com austenita. – Na ferrita, com estrutura CCC, somente pequenas concentrações de carbono são solúveis. Obs: A solubilidade máxima de carbono é de 0,022%p a uma temperatura de 727°C. 20 A ferrita  – Obs: Antes de falar da cementita é bom lembrar que a ferrita  é virtualmente a mesma que a ferrita , exceto pela faixa de temperatura que cada uma existe. Como esta é estável somente a temperaturas elevadas, ela não possui importância tecnológica. 21 A cementita (Fe3C) – A cementita se forma quando o limite de solubilidade para o carbono na ferrita  é excedido a temperaturas abaixo de 727°C. – Mecanicamente, a cementita é muito dura e frágil, portanto a resistência de alguns aços é aumentada substancialmente pela sua presença. 22 • Fase intermetálica com composição de 6,71 %pC. • A cementita apresenta estrutura ortorômbica com 12 átomos de ferro e 4 átomos de carbono. Apresenta alta dureza (~800 HV) e comportamento frágil. Tem um importante papel na resistência mecânicas dos aços. Fundamental sua presença quando se necessita de resistência ao desgaste. A cementita (Fe3C) 25 BAINITA – Bainita: estrutura formada a partir da austêmpera austenita resfriamento rápido bainita (estrutura de agulhas) – Objetivo: obter peças com alta tenacidade e resistência à fadiga, ex. molas de qualquer natureza. BAINITA — Bainita: estrutura de agulhas Fig. Bainita inferior de um aço AISI-1080 Fig. Microscopia eletrônica de uma bainita inferior Fig. Bainita superior de um aço AISI 1070 Fig. Microscopia eletrônica da bainita superior de um aço contendo 0,6%C 26 27 BAINITA – Tem a mesma composição que a perlita (ferrita+Fecementita); – O que muda é a estrutura; – Ocorre a uma temperatura entre 215°C a 540°C; – Possui um formato de agulha; – Bainita superior (formada acima de 300°C) e a bainita inferior (abaixo de 300°C); – dureza e resistência a tração maiores que a perlita, pois suas partículas de ferrita e cementita são menores. Valores médios de 550 a 375 HB; – Sua principal característica é a maior tenacidade, quando comparada a martensita. 30 REAÇÕES DO SISTEMA Fe-C • Eutético austenita+FeFe3C – Localizado a 4,30%pC e 1147°C CFeγ 3     oaqueciment toresfriamen L 31 Ponto eutetóide – Pode ser observado que existe um ponto invariante eutetóide para uma composição de 0,76%p C e a uma temperatura de 727°C. – REAÇÃO EUTETÓIDE Mediante resfriamento, a fase , sólida, se transforma em ferro  e em cementita. AQUECIMENTO RESFRIAMENTO (0,76%C) C) (0,022%C) C)+Fe3C(6,7%C) C) 32 REAÇÕES DO SISTEMA Fe-C • Ponto invariante eutetóide. – Localizado à 0,76%pC e 727°C – Extremamente importantes para os tratamentos térmicos dos aços. C(6,7%pC)FepC)%022,0(γ(0,76%pC) 3 toresfriamen       oaqueciment 35 Microestrutura Eutetóide • Resfriamento lento visando manter o equilíbrio. • Liga com 0,76%pC – Representação esquemática das microestruturas para uma liga de Fe-C de composição eutetóide (0,76%C) acima e abaixo da temperatura eutetóide. 36 Ligas Hipereutetóides • Ligas com composições entre 0,76 e 2,14%pC (significa literalmente mais do que o eutetóide). • Apresenta a cementita como fase Proeutetóide. • Durante o resfriamento a composição da cementita não se altera (fase intermediária Fe3C, 6,70%pC). • Durante o resfriamento a variação da composição química da austenita se moverá ao longo da linha P O. • Após a reação eutetóide a cementita Proeutetóide não sofre nenhuma alteração. 37 LIGAS HIPEREUTETÓIDES • A microestrutura é constituída de cementita proeutetóide e perlita. • A cementita aparece clara na micrografia, dessa forma, é difícil diferenciar as ligas hipo e hiper eutetóides somente pela microestrutura. • OBS: – Cementita na matriz: cementita proeutetóide – Cementita na perlita: cementita eutetóide . 281 — Ag o o eo 41 Fig. 283 — Aço com cêrca de 0,5% de carbono estriado lentamente. Grãos de perlita e rêde de grãos de ferrita. Ataque; nítrico. 180 x. 86 — Aço com 0,7% de carbono, esfriado lentamente, Grãos de perlita e poucas áreas de ferrita. Ataque: nítrico. 150x. ES que aparecem confu As Bre nitrico. * 90.0 1000 x. corpo de prova 2 E g Ros o E “o q va 5 a a É o = a Ea E S o ã q 2 E us Ea Es es Er Ee E o E E E Er E o a = E E ó E z E É v Fig. 287 — Aço eutetóide. Grãos de perlita. Ataque: neste mat o ATA BRR Po e Es et, EE Sea , DO ERRO a F, | | Ui po | | Ed / A, If RI ' RA! 2. F : % UM y CP aaa A a IPs & a | ' f Mal 4% Re ” | MIRA ) a D- Ee | ND ” em E a J Dry nm Ri À e : + ] up | Mv Tr 4 , , ' ) ) , Ti] HR À E, oo) UM a — ! - E + E k E Er = “ FIL E paro É ) q Eid AN A! | , Ff Região de aço eutetóide estriado muito lentamente, As netas da perlita estão bem visíveis. Ataque: nítrico. 750 x Fig. 281 — Aço hipereutetóide. Mesmo campo da fig. 289. Ataque: picrato de sódio. A rêde de cementita apresenta-se em préto, bem como as lamelas de cementita mais espessas que entram na formação da perlita. 200 x. Fig. 292 — Microgratia representando a região assinalada na fig. 291, com maior ampliação. Ataque: picrato de sódio, 730 x. 52 QUANTIDADES RELATIVAS ENTRE A FASE PROEUTETÓIDE E PERLITA • As quantidades das fases proeutetóide e perlita são dadas pela regra das alavancas. LIGAS HIPOEUTETÓIDES 74,0 022,0' 022,076,0 022,0' 00       CC UT T Wp 74,0 '76,0 022,076,0 '76,0 00 CC UT U W        55 1º) Para uma liga composta por 99,50% Fe – 0,50% C, c) Qual a quantidade de ferrita eutetóide e ferrita proeutetóide logo abaixo do patamar eutetóide; Com os resultados anteriores: •64,8% perlita, consequentemente 35,2% ferrita •7,2% de cementita, 92,8% de ferrita total; •100 – 64,8 = 35,2% ferrita proeutetóide •64,8 – 7,2 = 57,6% de ferrita eutetóide Exercícios para determinar as frações das fases 56 1º) Para uma liga composta por 99,50% Fe – 0,50% C, d) Determine as frações de ferrita total e cementita, a uma temperatura ambiente (a solubilidade de carbono na ferrita à temperatura ambiente pode ser considerada nula); %5,7 0,07,6 0,05,0        fc fi c CC CC C %5,92 0,07,6 5,07,6        fc ic f CC CC C Abaixo do ponto eutetóide há uma precipitação de cementita da ferrita, porque a solubilidade do carbono nesta cai a quase zero. Exercícios para determinar as frações das fases 57 LIGAS HIPEREUTETÓIDES • As quantidades das fases proeutetóide e perlita são dadas pela regra das alavancas. LIGAS HIPEREUTETÓIDES 94,5 '70,6 76,070,6 '70,6 11 CC XV X Wp        94,5 76,0' 76,070,6 76,0' 11       CC XV V W