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2.3 Hexagonal compacta (HC)

Na estrutura cristalina hexagonal compacta, a célula unitária possui formato de um prisma hexágonal e os átomos estão localizados nos vértices deste hexágono (um átomo por vértice), um átomo localizado no centro de cada uma das duas bases (superior e inferior) do prisma hexagonal, e três átomos localizados no centro de cada prisma triangular alternados (formando um plano entre as faces superior e inferior do prisma hexagonal), conforme indicado na figura abaixo.

Figura 3 - Estrutura Hexagonal Compacta Possui 6 átomos por celular unitária: [ (1/6 x 12) + (1/2 x 2) + (1 x 3)] = 6.

2.4 Tetragonal de corpo centrado (TCC)

Na estrutura cristalina tetragonal de corpo centrado, a célula unitária possui formato tetraédrico (prisma reto de base quadrada), onde os átomos estão localizados nos vértices deste tetraedro (um átomo por vértice) e um átomo localizado no centro do tetraedro, conforme indicado na figura abaixo.

A célula unitária tetraédrica se difere da estrutura cúbica por possuir um dos eixos (eixo c) alongado. A martensita, uma microestrutura obtida através do resfriamento rápido da austenita (Fe γ) apresenta esta configuração de célula unitária.

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Figura 4 - Estrutura Tetragonal de Corpo Centrado

3 ALOTROPIA DO FERRO

A “alotropia” é a característica de um elemento químico apresentar duas ou mais estruturas cristalinas, dependendo da temperatura e pressão.

Transformação alotrópica é a mudança de uma variedade alotrópica em outra e envolve ganho ou perda de energia.

O elemento Ferro (Fe) puro apresenta as seguintes variedades alotrópicas:

Constituintes alotrópicos do elemento Fe

Constituinte Temperatura Forma alotrópica Estrutura Cristalina

Ferrita Até 910ºC Ferro α C

Austenita De 910ºC até 1390ºC Ferro γ CFC Ferrita Delta De 1390ºC até 1534ºC Ferro δ C

Analisando a Figura 5, verificamos as transformações abaixo:

Líquido → Sólido (Austenita ou Ferrita Delta) Ferrita delta → Austenita Austenita → Ferrita Austenita → Ferrita e Cementita Austenita → Cementita + Perlita

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Figura 5 – Gráfico esquemático de transformação de fase

Quando elementos químicos, metálicos ou não são adicionados ao metal puro

4 LIGAS METÁLICAS – FASES (elemento solvente), temos uma liga metálica. É o caso, por exemplo, do Carbono no Ferro. As ligas ferrosas com até 2,06% de carbono são denominadas “aços”; as ligas ferrosas com 2,06% de Carbono ou mais se denominam “ferros fundidos”.

O elemento puro Ferro é o “solvente” enquanto o Carbono é o elemento “soluto”. A estrutura cristalina principal é a do Ferro puro, já que é o elemento com maior teor.

Uma conseqüência imediata de adição dos átomos de soluto (Carbono), isto é, átomos de natureza diferente na estrutura cristalina do metal puro (Ferro) é a distorção da estrutura cristalina. Caso esta distorção torne mais difícil o deslocamento dos átomos, a liga metálica formada estará mais resistente.

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água

Por definição, fase é toda porção física ou químicamente homogênea de um sistema, delimitada por uma superfície de separação chamada interface; por exemplo: gelo e

Em metalurgia, no entanto esta definição é extremamente rígida, já que na ausência de equilíbrio podem ocorrer variações de composição química no domínio da fase.

As fases podem se apresentar como:

• Solução Sólida; • Composto Químico;

• Mistura Mecânica.

4.1 Solução sólida

Temos uma solução sólida quando o elemento soluto adicionado passa a fazer parte integrante da fase sólida, respeitando o limite de solubilidade cristalina do solvente – mistura homogênea.

Analogamente, os metais considerados como puros, (metal comercial), na realidade contém elementos residuais ou impurezas que tendem a alterar suas características originais.

Solução sólida substitucional

Ocorre quando um átomo do soluto substitui um átomo do solvente na estrutura cristalina até atingir o limite de solubilidade sólida sem alterar significativamente o arranjo cristalino do solvente, figura 6.

Os átomos apresentam dimensões semelhantes e os elementos possuem normalmente a mesma estrutura cristalina. O limite de solubilidade sólida varia com a temperatura e essa variação pode ser vista através dos diagramas de equilíbrio ou de fase.

Solução sólida intersticial

Ocorre quando pequenos átomos do soluto se localizam nos interstícios entre átomos maiores do solvente, figura 7.

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Figura 6 – Solução sólida substitucional Figura 7 – Solução sólida intersticial

Um exemplo bem conhecido é a solução sólida de carbono (C) no Ferro Gama (Feγ) – estrutura CFC – denominado “austenita”, com máxima solubilidade de 2,06% de C a 1147ºC e estável acima de 723ºC, com teor de C variando conforme a composição da liga Fe-C ou Fe-Fe3C e com a temperatura. É tenaz, apresentando boa resistência mecânica e dutilidade.

Da mesma forma a solução sólida de C no Fe α denominada “ferrita” (Feα), apresenta máxima solubilidade de 0,025% de C a 723ºC, apresenta baixa dureza e resistência à tração e boa dutilidade, podendo ser prejudicada por um tamanho excessivo de grão, bem como pela sua morfologia.

Figura 8 - Ferrita 4.2 Composto químico

É uma fase constituída por átomos entre dois ou mais elementos químicos numa proporção constante, isto é, com uma composição química constante a qualquer temperatura e no domínio da fase.

Nas ligas ferrosas temos a cementita (Fe3C) com 6,67% de C, estrutura cristalina ortorrômbica com 12 átomos de Fe e 4 átomos de C por célula unitária. Apresenta dureza de aproximadamente 800 HB e é bastante frágil. É capaz de dissolver outros elementos (Mn, Cr, Mo etc.) dando origem a carbonetos complexos.

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4.3 Mistura Mecânica

É o constituinte formado por 2 fases que se interagem mecanicamente segundo o processo e cinética de sua formação. Cada fase permanece com suas características individuais enquanto que as do constituinte são proporcionais à fase mais preponderante. Vista ao microscópio metalográfico apresenta-se geralmente na forma de lamelas.

A “perlita” é, no caso dos aços, uma mistura mecânica de 8% de Ferrita (Feα) e 12% de cementita (Fe3C) formada a partir da decomposição da austenita (Feγ) com 0,8% de C. Em condições de equilíbrio (resfriamento bem lento) essa transformação se dá a temperatura eutetóide (A1), correspondendo a 723º C no diagrama de fase Fe-Fe3C.

Figura 9 - Perlita 5 NUCLEAÇÃO 5.1 Formação e Crescimento de Grão

Como já comentado anteriormente os metais líquidos não possuem estrutura cristalina, seus átomos estão distribuídos aleatoriamente, em função do seu estado físico (temperatura e pressão).

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