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Tecnologia dos Materiais

UNIDADE

UNIDADE

IVIV DIAGRAMA DE DIAGRAMA DE

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UNIDADE

UNIDADE DE

EQUILÍBRIO FERRO-CARBONO

DE EQUILÍBRIO FERRO-CARBONO

CONTEÚDO DESTA UNIDADE

• Introdução.

• Definições:

– Aços Carbono.

– Aços Liga.

– Ferro Fundido

• Diagrama de Equilíbrio Fe-C:


Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono

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• Diagrama de Equilíbrio Fe-C:– Reações na Faixa de Composição dos Aços.

– Reações na Faixa de Composição dos Ferros Fundidos.

• Fatores que Influenciam na Posição das Linhas de Transformação do Diagrama de Equilíbrio Fe-C.

INTRODUÇÃO

• Sistema de liga binário mais importante, sendo os materiais mais utilizados pelo homem.

• O diagrama de equilíbrio Fe-C permite uma melhor compreensão desses materiais e dos tratamentos térmicos a que são submetidos normalmente.

• Os diagramas de equilíbrio mostram as estruturas que



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• Os diagramas de equilíbrio mostram as estruturas que se formam sob condições de resfriamento LENTO.

• Os diagramas de fases não indicam o tempo necessário para que uma transformação ocorra

• As taxas de resfriamento encontradas na prática provocam o SURGIMENTO DE ESTRUTURAS ADICIONAIS, não previstas nestes diagramas.

O DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO-CARBONO

• Representa ligas com teor de carbono de até 6,7%p.• FASES SÓLIDAS PRESENTES:

– FERRITA: solução de carbono em FERRO-αααα (CCC). Apresenta solubilidade de 0,008%p de C a temperatura ambiente e de no máximo , 0,02%p a 727 ºC. Apresenta boa plasticidade.

– AUSTENITA: solução de carbono em FERRO-γ (CFC). Consegue



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– AUSTENITA: solução de carbono em FERRO-γ (CFC). Consegue dissolver um teor de C muito mais alto do que a ferrita (até 2,11%p a 1148 ºC). Não-magnético.

– CEMENTITA: (Fe3C) composto intermediário, o CARBETO DE FERRO, é representado por uma linha vertical passando pela composição de 6,7%p C. É muito DURO e FRÁGIL.

– FERRO-δ: solução de carbono em ferro com estrutura CCC, existente a altas temperaturas.

O diagrama de equilíbrio ferro-carbono

Temperatura, ºC

1600

1400

1200

L

γ + LL + Fe3C

γ, austenita

δ 1394 ºC

1538 ºC



AB

CD

EF

N

J

5

Temperatura,

Composição, %p C

1 2 3 4 5 6 6,70

1000

800

600

400

Fe3C

αααα + Fe3C

γ + Fe3C

γ, austenita

αααα + γ

αααα

4,302,14

0,76

912 ºC

727 ºC

1148 ºCF

G

SP K

Solidus

A1

A3

Q

0,022

AÇOS0,08 ≤ %C ≤ 2,11

FERROS FUNDIDOS%C ≥ 2,11F

e

O DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO-CARBONO SIMPLIFICADO

Temperatura,ºC

1600

1400

1200 CD

EF

4,30

L

2,14 Solidus

γ + L L + Fe3Cγ, austenita

A

B1394 ºC

1538 ºC

Transformações do Fe PURO



6

Temperatura,

Composição, %p C

1 2 3 4 5 6 6,70

1000

800

600

400

F

SP K

4,302,14 1148 ºCSolidus

0,76

A3

γ, austenita

αααα, ferrita 0,022

727 ºCA1

Fe3C, cementita

αααα + γ

γ + Fe3C

αααα + Fe3C

AUSTENITA• CFC• Não-magnética

CEMENTITA• Frágil• ResistenteFERRITA

• CCC• Boa plasticidade

REAÇÃO EUTÉTICA (1148ºC)L(4,3%p) γγγγ(2,14%p) +

Fe3C(6,7%p)REAÇÃO EUTETÓIDE (727ºC)γγγγ(0,76%p) αααα(0,022%p) +

Fe3C(6,7%p)

G

Q

912 ºC

tempo

REAÇÕES NA FAIXA DE COMPOSIÇÃO DOS AÇOS

Temperatura, ºC

1600

1400

1200

L

Fe3Cγ + LL + Fe3C

γ, austenita

δ 1394 ºC

1538 ºC



resfriamento

aquecimentoγ(0,76 %p C) αααα(0,022 %p C) + Fe3C( 6,7 %p C)

REAÇÃO EUTETÓIDE DOS AÇOS (a 727 ºC)

7

Fe3C, cementita

Temperatura,

Composição, %p C

1 2 3 4 5 6 6,70

1000

800

600

400

αααα + Fe3C

γ + Fe3C

γ, austenita

αααα + γ

αααα

4,302,14

0,76

0,022912 ºC

727 ºC

αααα + Fe3Cαααα

0,76 727 ºC

γ + Fe3C

αααα + Fe3C

αααα αααα + γ

γ

0,022

aquecimento

AÇO EUTETÓIDE

γ

γγγ

γ + Fe3C

Temperatura (ºC)

900

1000

1100AÇO EUTETÓIDE (0,76%p C)

REAÇÃO EUTETÓIDE



8

αααα + γ

γ

αααα + Fe3C

αααα

727 ºC

Fe3Cαααα

Temperatura (

1,0 2,0400

500

600

700

800

Composição, %p C0,76

6,7

CFe3C = 6,7Cαααα = 0,022

PERLITA

AÇO EUTETÓIDE: PERLITATecnologia dos Materiais


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PERLITA

Perlita

• Mecanismo de formação da PERLITA a partir da AUSTENITA:

CC

αααα C Direção do crescimento da



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Fe3C

αααα

αααα C

CC

C

γ

crescimento da perlita

Fe3C

AÇO HIPOEUTETÓIDE

γ

γ + Fe3C

Temperatura (ºC)

900

1000

1100AÇO HIPOEUTETÓIDE (<0,76%p C)

γγ

γ γ

γγ

γ γ

REAÇÃO EUTETÓIDE



11

αααα + γ

αααα + Fe3C

727 ºC

Temperatura (

1,0 2,0400

500

600

700

800

Composição, %p C0,76

6,7

PERLITA = Fe3C + αααα-eutetóide

γ γ

γγ

γ γ

γ

αααα pró-eutetóide

C0

αααα

CFe3C = 6,7Cαααα = 0,022

AÇO HIPOEUTETÓIDE: PERLITA + FERRITA PRÓ-EUTETÓIDE

FERRITA PRÓ-EUTETÓIDE



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Aço hipoeutetóide com 0,38 %p C. Ferrita pró-eutetóide (grãos claros) e perlita (grão lamelares)

PERLITA

EUTETÓIDE

AÇO HIPEREUTETÓIDE

γ

γ + Fe3C

Temperatura (ºC)

900

1000

1100AÇO HIPEREUTETÓIDE

(>0,76%p C)

γγ

γ γ

REAÇÃO EUTETÓIDE

γγ

γ γ



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αααα + γ

αααα + Fe3C

727 ºC

Temperatura (

1,0 2,0400

500

600

700

800

Composição, %p C

0,76

6,7

PERLITA = αααα + Fe3C-eutetóide

γ γ

C0

γγ

γ γ

γ

Fe3C pró-eutetóide

αααα

AÇO HIPEREUTETÓIDE: PERLITA + CEMENTITA PRÓ-EUTETÓIDE

Aço hipereutetóide com 1,4 %p C. Perlita (grão lamelares) e cementita pró-eutetóide (rede clara nos contornos da perlita)



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PERLITA

CEMENTITA PRÓ-EUTETÓIDE

Essa rede de cementita, dura e frágil, REDUZ A TENACIDADE material,

favorecendo a propagação de trincas.

MICROESTRUTURA DOS AÇOS (CONDIÇÕES DE EQUILÍBRIO)

• Microconstituintes e fases formadas durante o resfriamento em CONDIÇÕES DE EQUILÍBRIO:

AÇO %p C Microconstituintes Fases

HIPOEUTETÓIDE < 0,76FERRITA PRÓ-EUTETÓIDE + FERRITA (αααα) e



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HIPOEUTETÓIDE < 0,76FERRITA PRÓ-EUTETÓIDE + PERLITA

FERRITA (αααα) e CEMENTITA (Fe3C)

EUTETÓIDE = 0,76 PERLITAFERRITA (αααα) e CEMENTITA (Fe3C)

HIPEREUTETÓIDE > 0,76CEMENTITA PRÓ-EUTETÓIDE + PERLITA

FERRITA (αααα) e CEMENTITA (Fe3C)

PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS AÇOS EM FUNÇÃO DO TEOR DE C



120110

100

90

80

60

50

40

Limite de resistência à tração

Alongamento (%)

Dureza Brinell

240220

200

180

160

16

70

60

50

40

30

20

10

30

20

10Limite de resistência à tração

(kgf/mm2)

Alongamento (%)

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

Dureza Brinell

140

120

100

80

60

40

20Alongamento

Limite de resistência à tração

Dureza Brinell

%p C

REAÇÕES NA FAIXA DE COMPOSIÇÃO DOS FERROS FUNDIDOS

Temperatura, ºC

1600

1400

1200

L

Fe3Cγ + LL + Fe3C

γ, austenita

δ 1394 ºC

1538 ºC



resfriamento

aquecimentoL(4,30 %p C) γ(2,11 %p C) + Fe3C( 6,7 %p C)

REAÇÃO EUTÉTICA DOS FERROS FUNDIDOS (a 1148 ºC)

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Fe3C, cementita

Temperatura,

Composição, %p C

1 2 3 4 5 6 6,70

1000

800

600

400

αααα + Fe3C

γ + Fe3C

γ, austenita

αααα + γ

αααα

4,302,14

0,76

0,022912 ºC

727 ºC

γ + Fe3C

L + Fe3Cγ + L

L

1148 ºC 4,3 %p C

1148 ºC

aquecimento

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