Tecnologia dos Materiais
UNIDADE
UNIDADE
IVIV DIAGRAMA DE DIAGRAMA DE
1
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:
Tecnologia dos Materiais
Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
2
• 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
Tecnologia dos Materiais
Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
3
• 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
Tecnologia dos Materiais
Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
4
– 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
Tecnologia dos Materiais
Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
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
Tecnologia dos Materiais
Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
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
Tecnologia dos Materiais
Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
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
Tecnologia dos Materiais
Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
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
Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
9
PERLITA
Perlita
• Mecanismo de formação da PERLITA a partir da AUSTENITA:
CC
αααα C Direção do crescimento da
Tecnologia dos Materiais
Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
10
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
Tecnologia dos Materiais
Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
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
Tecnologia dos Materiais
Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
12
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
Tecnologia dos Materiais
Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
13
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)
Tecnologia dos Materiais
Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
14
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
Tecnologia dos Materiais
Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
15
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
Tecnologia dos Materiais
Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
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
Tecnologia dos Materiais
Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
resfriamento
aquecimentoL(4,30 %p C) γ(2,11 %p C) + Fe3C( 6,7 %p C)
REAÇÃO EUTÉTICA DOS FERROS FUNDIDOS (a 1148 ºC)
17
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