Felipe Rodrigues de Moura Eng. Prod. 3ºD

DIAGRAMA DE FASES FERRO – CARBONO

LIGAS FERROSASFERRO COMERCIALMENTE PURO: %C < 0,008%p.

AÇOS: teor de carbono até 2,11%p. Dividem-se em:a. AÇOS-CARBONO.b. AÇOS-LIGA

FERROS FUNDIDOS:

a. FERRO FUNDIDO CINZENTO: liga Fe-C-Si (%C > 2,0%p, %Si de 1,2%p a 3,0%p). Apresenta C livre (lamelas ou veios de grafita).

b. FERRO FUNDIDO BRANCO: %Si menor do que ferro fundido cinzento, apresenta C quase todo combinado.

c. FERRO FUNDIDO MALEÁVEL: apresenta grafita na forma de rosetas, devido a um tratamento térmico especial (MALEABILIZAÇÃO) aplicado no ferro fundido branco.

d. FERRO FUNDIDO NODULAR: apresenta grafita na forma esferoidal, devido a um tratamento de NODULIZAÇÃO, realizado com o material ainda líquido.

SISTEMA FERRO-CARBONO

• 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 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- (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 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 FASES FERRO - CARBETO DE FERRO (FE-FE3C)T

emp

erat

ura

, ºC

Composição, %p C

1 2 3 4 5 6 6,70

1600

1400

1200

1000

800

600

400

L

Fe3C

γ + LL + Fe3C

+ Fe3C

γ + Fe3C

γ, austenita

+ γ

δ

4,302,14

0,76

912 ºC

1394 ºC

1538 ºC

727 ºC

AB

CD

E

1148 ºCF

G

SP

N

J

K

Solidus

LiquidusLiquidus

A1

A cm

A3

Q

0,022

AÇOS0,08 ≤ %C ≤ 2,11

FERROS FUNDIDOS%C ≥ 2,11F

e

O DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO-CARBONO

Tem

per

atu

ra,º

C

Composição, %p C

1 2 3 4 5 6 6,70

1600

1400

1200

1000

800

600

400

CD

EF

SP K

4,30

LiquidusLiquidus

L

2,14 1148 ºCSolidus

Solidusγ + L L + Fe3C

0,76

A3

A cm

γ, austenita

, ferrita

0,022

727 ºCA1

Fe3C,

cementita

+ γ

γ + Fe3C

+ Fe3C

A

B

G

Q

1394 ºC

1538 ºC

Fe- (CCC)

Fe-γ (CFC)

Fe-δ (CCC)

Q

BA

→

→L (FUSÂO)

tempo

Tem

per

atu

ra,

ºC

Transformações do Fe PURO

REAÇÕES NA FAIXA DE COMPOSIÇÃO DOS AÇOS

Fe3C, cementita

Tem

per

atu

ra,

ºC

Composição, %p C

1 2 3 4 5 6 6,70

1600

1400

1200

1000

800

600

400

L

Fe3C

+ Fe3C

γ + Fe3C

γ + LL + Fe3C

γ, austenita

+ γ

δ

4,302,14

0,76

0,022 912 ºC

1394 ºC

1538 ºC

727 ºC

+ Fe3C

0,76 727 ºC

γ + Fe3C

+ Fe3C

+ γ

γ

0,022

resfriamento

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

REAÇÃO EUTETÓIDE DOS AÇOS (a 727 ºC)

AÇO EUTETÓIDE

+ γ

γ

γγγ

γ + Fe3C

+ Fe3C

727 ºC

Fe3C

Tem

per

atu

ra (

ºC)

1,0 2,0400

500

600

700

800

900

1000

1100

Composição, %p C

AÇO EUTETÓIDE (0,76%p C)

AÇO EUTETÓIDE (0,76%p C)

0,76

REAÇÃO EUTETÓIDE

REAÇÃO EUTETÓIDE

6,7

CFe3C = 6,7C = 0,022

PERLITA

AÇO EUTETÓIDE: PERLITA

PERLITA

CementitaCementita

FerritaFerrita

DESENVOLVIMENTO DAS MICROESTRUTURAS EM LIGAS FE-C

• Mecanismo de formação da PERLITA a partir da AUSTENITA:

CC

Fe3C

CC

C

C

C

γ

Direção do crescimento da

perlita

Fe3C

AÇO HIPOEUTETÓIDE

+ γ

γ

γ + Fe3C

+ Fe3C

727 ºC

Tem

per

atu

ra (

ºC)

1,0 2,0400

500

600

700

800

900

1000

1100

Composição, %p C

AÇO HIPOEUTETÓIDE

(<0,76%p C)

AÇO HIPOEUTETÓIDE

(<0,76%p C)

6,7

PERLITA = Fe3C + -eutetóide

γγγ γ

γγγ γ

γγ

γ γ

γ

pró-eutetóide

REAÇÃO EUTETÓIDE

REAÇÃO EUTETÓIDE

C0

AÇO HIPOEUTETÓIDE: PERLITA + FERRITA PRÓ-EUTETÓIDE

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

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

PERLITA

FERRITA PRÓ-EUTETÓIDE

AÇO HIPEREUTETÓIDE

+ γ

γ

γ + Fe3C

+ Fe3C

727 ºC

Tem

per

atu

ra (

ºC)

1,0 2,0400

500

600

700

800

900

1000

1100

Composição, %p C

AÇO HIPEREUTETÓIDE

(>0,76%p C)

AÇO HIPEREUTETÓIDE

(>0,76%p C)

0,76

6,7

PERLITA = + Fe3C-eutetóide

γγγ γ

REAÇÃO EUTETÓIDE

REAÇÃO EUTETÓIDE

C0

γγ

γ γ

γ

Fe3C pró-eutetóide

γγγ γ

AÇO HIPEREUTETÓIDE: PERLITA + CEMENTITA PRÓ-EUTETÓIDE

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

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

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

favorecendo a propagação de trincas.

PERLITA

CEMENTITA PRÓ-EUTETÓIDE

DESENVOLVIMENTO DAS MICROESTRUTURAS EM LIGAS FE-C

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

AÇO %p C Microconstituintes Fases

HIPOEUTETÓIDE < 0,76 FERRITA PRÓ-EUTETÓIDE + PERLITA

FERRITA () e CEMENTITA (Fe3C)

EUTETÓIDE = 0,76 PERLITA FERRITA () e CEMENTITA (Fe3C)

HIPEREUTETÓIDE > 0,76 CEMENTITA PRÓ-EUTETÓIDE + PERLITA

FERRITA () e CEMENTITA (Fe3C)

REAÇÕES NA FAIXA DE COMPOSIÇÃO DOS FERROS FUNDIDOS

Fe3C, cementita

Tem

per

atu

ra,

ºC

Composição, %p C

1 2 3 4 5 6 6,70

1600

1400

1200

1000

800

600

400

L

Fe3C

+ Fe3C

γ + Fe3C

γ + LL + Fe3C

γ, austenita

+ γ

δ

4,302,14

0,76

0,022 912 ºC

1394 ºC

1538 ºC

727 ºC

γ + Fe3C

L + Fe3Cγ + L

L

1148 ºC 4,3 %p C

1148 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)

RESFRIAMENTO FORA DAS CONDIÇÕES DE EQUILÍBRIO

• Ocorrência de mudanças ou transformações de fases em temperaturas diferentes das previstas no diagrama de equilíbrio:

• Com o AUMENTO DA VELOCIDADE de resfriamento ocorre uma DIMINUIÇÃO das temperaturas de transformação.

• Existência à temperatura ambiente de fases fora do equilíbrio que não aparecem no diagrama de fases: PERLITA FINA, BAINITA, MARTENSITA entre outras.