mm aula 01 acos ferros fundidos prof carlos

AOS E FERROS FUNDIDOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS

AOS e FERROS FUNDIDOSBibliografia: CHIAVERINI, V., Aos e Ferros Fundidos, Editora ABM, 2004 COLPAERT, H. Metalografia dos Produtos Siderrgicos Comuns. Editora Edgard Blucher. So Paulo, 2008. CALLISTER, W.D., Engenharia e Cincia dos Materiais. Uma Introduo, McGrall- Hill, 1998 KRAUS, G. Steels: Processing, Structure, and Performance. ASM International, 2005Material disponvel no site: www.em.pucrs.br / nuclemat


MATERIAIS METLICOS FERROSOSFerros FundidosBrancos Cinzentos Nodulares Maleveis Carbono Baixa liga HSLA Alta Liga Ferrticos Austenticos Martensticos Duplex PH

NO FERROSOSLigas Al

Ligas Fe-C

Ligas leves

Ligas Ti Ligas Mg Ligas Be

Aos

Fe-Cr (-Ni)(INOX)

Ligas Cu Ligas Zn Ligas Ni

Bronzes Lates Cu-Ni

Outras Fe

Fe-Ni(MARAGING)

Ligas Patentes: Sn , Pb Ligas Refratrias Co, Cr

Fe-C-Mn(HADFIELD)


Aos

Processos de Produo de Aos:

Metalurgia

Siderurgia


Categorias dos Principais Produtos Ferrosos:(i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) TARUGOS (billets) : seco transversal quadrada ou circular BLOCOS (blooms) : seco transversal quadrada, retangular ou cilndrica PLACAS GROSSAS e MDIAS (slabs) : razo entre os lados maior que 2 PLACAS FINAS (thin slabs) : com espessura entre 20 e 70 mm (thin slabs) TIRAS (strip) : com espessura entre 5 e 20 mm TIRAS FINAS (thin strip) : com espessura menor que 5 mm


Processamento dos Aos:


Principais Condies dos Produtos Ferrosos:


SISTEMA Fe-Cementita (Aos e Ferros Fundidos) Fe(AT (oC) 1538 1495 o 1394 oo 0,09% 0,17% 0,53%

Estruturas CristalinasEstrutura Cbica de Corpo Centrado - CCC

Aos

Ferros Fundidos BrancoPeritticoL+

Clula Unitria Fator de Em pacotamento = 0,68 2 tom os C.U. a = 4.R / 3

Liq +

Em pacotam ento atm ico

Ferrita

LquidoLinha de aparecimento dos primeiros cristais slidos na forma dendrtica Linha de aparecimento dos primeiros slidos da cementita no dendrtica

Expanso

Estrutura Cbica de Face Centrada - CFC

+

Clula Unitria Fator de Empacotam ento = 0,74 4 tom os C.U. a = 2.R./ 2

Linha Solidus

Linha Liquidus

Linha LiquidusEm pacotam ento atm ico

AustenitaContrao

+ Liq912o

Fe3C + Liq4,3%

Estrutura Cbica de Corpo Centrado - CCC

A3 ACM

2,11%

+ Fe3CLedeburita ( Fe3C + )

EutticoL33

1148Fe3C

o

LEDEBURITA ( + Fe3 C )

+ Fe C

Clula Unitria Fator de Empacotam ento = 0,68 2 tomos C.U. a = 4.R / 2

727o

Em pacotamento atm ico

Ferrita

+ A0,0218%

Eutetide0,77% Hipereutetide Fe3C + Perlita ( + Fe 3C )

Ledeburita ( Fe3C + )

Estrutura O rtorrmbica Estrutura do Fe 3 C

1

+ Fe 3C

727o

HB 80

Hipoeutetide + Perlita ( + Fe 3C )

+ Fe3C2,11%

Hipoeuttico Perlita + Ledeburita

LEDEBURITA ( Perlita+ Fe3 C )

Hipereuttico Fe3C + Ledeburita

HB 550

Clula Unitria Proporo Fe : C de 3 : 1 12 tomos de Fe e 4 tomos de C

Cem entitaDimetro Atm ico FE : 2,481 A Atmico Dimetro Atm ico C : 0,385 A Atmico

T amb

0,008%

0%

Material Dctil 80 < HB < 240

0,77%

Material Duro 240 < HB < 300

Material Muito Duro 300 < HB < 450

4,3%Euttico 100 % Ledeburita ( Perlita + Fe C )3

Material Hiper Duro 450 < HB < 550

Eutetide 100 % Perlita ( + Fe C )3

6,67% C 100%Fe3C

Ferro AUSTENITA m etalurgista Ingls Roberts Austen Ferro FERRITA do latin Ferrum Fe 3 C CEMENTITA do latin Caementum (Carboneto de Fe) Fe)

PERLITA Estrutura lam elar de + Fe 3 C estrutura de madreprola m adreprola


Transformaes Invariantes no Sistema Fe-C: Transforma FeTransformao euttica aquela que parte de um lquido monofsico e homogneo (L) para um slido composto de duas fases. L + Fe3C [ lquido austenita + Fe3C ] Transformao perittica aquela em que uma soluo slida e um lquido homogneo (L) reagem a uma temperatura especfica formando uma soluo slida monofsica de caractersticas distintas daquela que a originou: +L [ slido (ferrita-delta) + lquido slido (austenita )] Transformao eutetide aquela em que uma soluo slida se transforma em duas solues slidas distintas daquela que a originou: [ slido (austenita) slido (ferrita-gama) + slido (cementita )] + Fe3C

Coeficiente de Redistribuio: k o = RedistribuiT soluto

CS CLT

Regra da Alavanca:Sol = CL Co CL CS Co CS CL CS

T

Cs

CL

ko < 1 TLiquidus

Cs

CLLiquidus

Solidus

Co CS CS < Co

Solidus

Liq =

%

Co

%


Interstcios Octadricos e Tetradricos nas estruturas CCC e CFC: Interst Octa Tetra

Regies provveis para alojar o C em soluo slida intersticial na matriz do Fe


T

(oC)Ferrita 0,09%

Aos Liq + 0,17% 0,53%

1538o 1495o 1394o

LquidoLinha Liquidus Linha Solidus

+ Austenita

+ Liq

912o

A 3 + 0,02%

A cm + Fe C 3 A 1 + Fe C 30,77%

2,11%

Ledeburita ( Fe3C + )Perlita

727oFerrita

T

amb0% 0,008% 2,11%

Ledeburita ( Fe3C + )

Hipoeutetide + Perlita

Eutetide 100 % Perlita ( + Fe3C )

Hipereutetide Fe3C + Perlita

AOS E FERROS FUNDIDOS RESFRIAMENTO DE UM AO EUTETIDE www.em.pucrs.br/nuclemat DECOMPOSIO DA AUSTENITA

Prof. Carlos A. dos Santos

NCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS

912 C

o

+

zoom

727 C

o

+ Fe 3 C

0,0218% de C =

Ferrita

+ Fe 3C Cementita

0,77%C

Perlita

C C C C CC C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C6,67% de C = Fe 3C

C

C

DIFUSO DO CEmpobrecido para 0,0218% de C Enriquecido com 6,67% de C Empobrecido para 0,0218% de C

AOS E FERROS FUNDIDOS RESFRIAMENTO DE UM AO HIPOEUTETIDE C expulso do contorno para o centrowww.em.pucrs.br/nuclemat Formao de Ferrita no contorno de gro Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS

Ponto 1

912 CPonto 2C continua a migrar para o centro

o

Pto 1 Pto 2 - Temperatura T Pto 3 - T = 728 C0,77%C

o

727 CPonto 30,77%C 0,77%C 0,77%C

o

%C na Austenita (Ex. 1040 = 0,4%C)

Pto 4 - T = 726 C Ferrita Perlita

o

Ponto 4

Ncleo do gro enriquecido com 0,77% de C

%C na primeira Ferrita

%C na Ferrita na temperatura T

%C na Austenita na temperatura T

AOS E FERROS FUNDIDOS RESFRIAMENTO DE UM AO HIPEREUTETIDEwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS

C expulso do centro para o contorno

Ponto 1

Formao de Cementita no contorno de gro (6,67%C)

1148 oC 2,11 %C

912oCPonto 2C continua a migrar para o contorno

Pto 1 Pto 2 - Temperatura T0,77%C

727 CPonto 30,77%C 0,77%C 0,77%C

o

Pto 3 - T = 728 C Pto 4 - T = 726 C%C na Austenita (Ex. 1,3%C) o

o

Ncleo do gro empobrecido com 0,77% de C

Cementita Perlita

Ponto 4

%C na Austenita na temperatura T

Microestruturas de AOS-CARBONO Normalizados A OSAOS E FERROS FUNDIDOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS

SAE 1010

SAE 1045

SAE 1080

920_long_periferia_60min_100xmatriz Ferrita-Pro (clara) e pouca Perlita (escura)

850_trans_nucleo_100x45% Ferrita-Pr (clara ) e 55% Perlita (escura)

850_trans_nucleo_500xmatriz Perlita e pouca Cementita-Pr nos C.G.

920_long_periferia_60min_500xGros de Ferrita e Perlitas isoladas

850_trans_nucleo_500xFerrita-Pr nos CG e Perlita nos ncleos

850_trans_nucleo_1000xCementita-Pr nos CG e Perlita nos ncleos

Microestruturas de AOS-CARBONO Normalizados A OSAOS E FERROS FUNDIDOSwww.em.pucrs.br/nuclematFERRO Puro Comercial100 % Ferrtico

Prof. Carlos A. dos SantosSAE 1030Hipoeutetide


SAE 1010Ferritco e Perltico

SAE 1035HipoeutetideFerritco e Perltico Hipoeutetide

Ferritco e Perltico

Ataque : Nital 3%

Ataque : Nital 3%

Ataque : Nital 3%

Ataque : Nital 3%

SAE 1040Ferritco e Perltico ( ~ 50% e 50%) Hipoeutetide

SAE 1050Ferritco e Perltico Hipoeutetide

SAE 1077100 % Perltico Eutetide

SAE 1095Nleo c/ Perlita e Cementita Livre Hipereutetide

Ataque : Nital 3%

SAE 10100Nleo c/ Perlita e Cementita Livre Hipereutetide

BTC - Dendritas de e lquido congelado

Ataque : Nital 3%

Ataque : Nital 3%

Ataque : Nital 3%

ABNT/SAE 1003 DIN C 03



MTC - Dendritas de e lquido congeladoAtaque : Nital 3%

ABNT/SAE 1035 DIN C35

ABNT/SAE 1045 DIN C45

ABNT/SAE 1050

DIN C 50

Austenita

ATC - Dendritas de e lquido congelado

ABNT/SAE 1060

DIN C 60

ABNT/SAE 1090

DIN C 90

ABNT/SAE 1130

DIN C 113

OS E FERROS FUNDIDOS Detalhes de Estruturas deAAOS-CARBONO A OSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS

Estrutura Dendrtica em Aos

SAE 1010 Superfcie de Fratura em Trinca a Quente

Detalhes da Perlita em Matriz Ferrtica

SAE 1010 - Macroestrutura

SAE 1018 com alto S

Lamelas da Perlita

Microestruturas de AOS-CARBONO Processados A OSAOS E FERROS FUNDIDOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS

SAE 1008 laminado a quente

10% reduo

20% reduo

40% reduo

70% reduo

90% reduo

SAE 1020 laminado a frio

SAE 1030 - normalizado

SAE 1075 - normalizado

30% reduo

RESUMO DO DIAGRAMA AOS E 3 C FUNDIDOS Fe-Fe FERROS Fewww.em.pucrs.br/nuclemat No diagrama ignorou-se o perittico por questes didticas ignorouperit did



AOSL+2,11 %C

FERROS FUNDIDOS BRANCO

Lquido L + Fe 3C4,3%C

912 C

o

1148oC

727 C

o

0,77%C

+ Fe3 C

Linha que define o aparecimento da CEMENTITA

+ Fe3 CEutetide Eutet 100% Perlita ( + Fe 3 C ) Hipereutetide Hipereutet Fe3 C + Perlita ( + Fe 3 C ) Hipoeuttico Hipoeut Perlita + Ledeburita Hipereuttico Hipereut Fe3C + Ledeburita Euttico Eut 100% Ledeburita Fe3C + Perlita ( + Fe C ) 3

Fe

Hipoeutetide Hipoeutet + Perlita ( + Fe 3 C )

Fe 3C

RESUMO DO DIAGRAMA AOS E 3 C FUNDIDOS Fe-Fe FERROS Fewww.em.pucrs.br/nuclemat No diagrama ignorou-se o perittico por questes didticas ignorouperit did



AOSL+2,11 %C

FERROS FUNDIDOS BRANCO

Lquido L + Fe 3C4,3%C

912 C

o

1148oC

727 C

o

0,77%C

+ Fe3 C

Linha que define o aparecimento da CEMENTITA

+ Fe3 CMaterial Muito Duro300 < HB < 450

Material Hiper Duro450 < HB < 550HB 650

HB 80

FeMaterial Ductl 100 < HB < 240

Euttico Eut 100% Ledeburita Eutetide Eutet 100% Perlita ( + Fe 3 C ) Material Duro 240 < HB < 300 Fe3C + Perlita ( + Fe C ) 3

Fe 3CDados de dureza para condies normais de solidificao


Euttico Fe-C:Lquido L+ o 912 C 0,77%C o 727 C 2,11 %C 4,3%C + Fe C 3 + Fe C 3 LIQUIDO L + Fe C 3 o Ponto 1 - 1147 C Ponto 2 - T o Ponto 3 - 726 C

Ponto 1C CC C CC C C C C C CC C C C C C C C C C C C C CC C C C

1148 o C

Difuso C nos CG em TE

% C na Austenita na temperatura T

LEDEBURITA-P LEDEBURITA-

Ponto 3

Abaixo TELEDEBURITA- LEDEBURITA-

PerlitaEmpobrecido para 2,11% de C Enriquecido com 6,67% de C

AUSTENITA CEMENTITA


Hipoeuttico:

Lquido

LIQUIDO

Ponto 1 - Formao dos primeiros cristais slidos de Austenita Pto 2 - Temperatura T L + Fe C 3 4,3%C 1148 C o o o

L+ o 912 C

2,11 %C %C na Austenita no resfriamento 0,77%C + Fe C 3 + Fe C 3

Ponto 3 - 1147 C

Ponto 4 - 728 C

Ponto 4

o 727 C

P.ex.: Fe - 3,5 %C %C na Austenita em solidificao %C no lquido remanescente

Ponto 2

Dendritas de Austenita Lquido remanescente

Ledeburita (Fe3 C + )Ponto 3

AOS E FERROS FUNDIDOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos Santos Ponto 1 - Formao dos primeiros cristais slidos de Cementita Pto 2 - Temperatura T 4,3%C 2,11 %C %C na Austenita no resfriamento 0,77%C o 727 C + Fe C 3 Pto 4 - 727 C o + Fe C 3NCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS

Hipereuttico:

Lquido

LIQUIDO

L+ o 912 C

L + Fe C 3 1148 C Pto 3 - 1147 Co

o

Ponto 4

Ponto 2

%C no lquido remanescente

Fe3 C

Agulhas de Cementita Lquido remanescente

Ledeburita (Fe3 C + )Ponto 3


FoFo Branco Hipoeuttico HipoeutDentritas de Perlita com Contorno Ledeburtico Ledebur

FoFo Branco Euttico 100% Ledeburtico Eut Ledebur Fofo Branco Hipo

FoFo Branco Hipereuttico HipereutAgulhas de Cementita com Contorno Ledeburtico Ledebur

Fofo Branco Hiper

FERROS FoFo-CINZENTO : ADIODE ESILCIOFUNDIDOS FoFoADI A OS SILwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS

Influncia do Si no Diagrama Fe-Fe3C Fe-

FoFo Cinzento (Acrscimo de Si) (Acr

FoFo Hipo Matriz Ferrtica

FoFo Hipo Ferrtica-Perltica

FoFo Hipo Perltica

FERROS FoFo-CINZENTO : ADIODE ESILCIOFUNDIDOS FoFoADI A OS SILwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS


Tipo A

Tipo B

Tipo C

Tipo D

Tipo Ewww.infomet.com.br

A FoFo-NODULARES : ADIO DE INOCULANTES FoFoADI OS E FERROS FUNDIDOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS

Mtodos de Modificao em FoFo Branco para NODULARES: - variao nas velocidades de solidificao, e conseqentemente taxas - adio de agentes qumicos modificadores no banho lquido Principais Modificadores:

Si principal agente nucleanteda grafita em veios e aumenta T metaestvel (fofo cinzento)

FoFo Nodular (Acrscimo de Mg) (Acr

Mg favorece a formao degrafita nodulares (nodularizante)

Ce favorece a formao degrafita nodulares (nodularizante)

OS E Detalhes de Estruturas deAFoFo FERROS FUNDIDOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS

Microestruturasde FoFo para vrios % Mg: 0,017%; 0,026% e 0,13% e detalhes de um ndulo de grafita


FoFo 100x - Sem Ataque

FoFo Nodular 100x

FoFo Nodular 1000x

Efeito da Taxa de Resfriamento na formao dos ndulos

AOS E FERROS FUNDIDOS FoFo : INFLUNCIA DA TAXA DE RESFRIAMENTOwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS

Resfriamento rpido: FoFo Branco (perlita e ledeburita) Resfriamento lento: Fofo Cinzento (perlita e grafita)

OS E Detalhes de Estruturas deAFoFo FERROS FUNDIDOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS

Branco(perlita e ledeburita)

Cinzento(veios grafita e perlita)

Nodular(ferrita e ndulos grafita)

Nodular(perlita e ndulos grafita)

AOS E FERROS FUNDIDOS Microestruturas de FoFo Tratados Termicamentewww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS

FoFo Malevel 100x Sem Ataque

FoFo Malevel 100x Nital 3%

FoFo Vermicular

FoFo H13


mm aula 01 acos ferros fundidos prof carlos

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