Microestruturas do Sistema FeC e FeFe3C em Materiais de Construção Mecânica

Universidade Cruzeiro do Sul Curso de Engenharia Mecânica Materiais de Construção Mecânica II 2º Semestre de 2022 Prof Ms Adriano Mendanha Sistema FeC ou FeFe3C Microestruturas que se formam no resfriamento lento 2 43 214 076 002 l As fases e são soluções sólidas com Carbono intersticial Slide 6 Slide 7 4 Sistema FeFe3C Ferro Puro até 0008p de Carbono Aço 0008 até 214p de Carbono na prática raramente 1p C Ferro Fundidos 21467p de Carbono comercialmente usados45pC Fe3C CEMENTITA Formase quando o limite de solubilidade do carbono é ultrapassado 67 de C 5 FERRO PURO FERRO FERRITA FERRO AUSTENITA FERRO FERRITA TF 1534 C Nas ligas ferrosas as fases e FORMAM soluções sólidas com Carbono intersticial CARBONO Slide 8 6 Ferro Puro Formas Alotrópicas FERRO FERRITA Estrutura CCC Temperatura existência até 912 C Fase Magnética até 768 C temperatura de Curie Solubilidade máx do Carbono 002 a 727 C FERRO AUSTENITA Estrutura CFC tem posições intersticiais Temperatura existência 912 1394C Fase NãoMagnética Solubilidade máx do Carbono 214 a 1148C Slide 3 7 Ferro Puro Formas Alotrópicas FERRO FERRITA Estrutura CCC Temperatura existência acima de 1394C Fase NãoMagnética É a mesma que a ferrita Como é estável somente a altas temperaturas não apresenta interesse comercial Slide 3 8 Ferro Puro Formas Alotrópicas FERRITA AUSTENITA 9 DIAGRAMA DE FASE FeFe3C TRANSFORMAÇÕES l EUTETÓIDE Fe3C AÇO FOFO Slide 12 Slide 14 l lFe3C PERITÉTICA l EUTÉTICA l Fe3C 214 10 CEMENTITA Fe3C É dura e frágil Cristaliza no sistema ortorrômbico com 12 átomos de Fe e 4 de C por célula unitária É um composto intermetálico metaestável embora a velocidade de decomposição em ferro e C seja muito lenta A adição de Si acelera a decomposição da cementita para formar grafita Configuração do sistema Fe C 3 reações invariantes Reacção peritéctica L δ γ 1493 C 12 PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA FeFe3C EUTÉTICO LIGA EUTÉTICA corresponde à liga de mais baixo ponto de fusão Líquido FASE austenita cementita Temperatura 1148 C Teor de Carbono 43 As ligas de Ferro fundido de 2143 de C são chamadas de ligas hipoeutéticas As ligas de Ferro fundido acima de 43 de C são chamadas de ligas hipereutéticas Configuração do sistema Fe C Reacção eutéctica L γ Fe₃C 1148 C 14 PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA FeFe3C EUTETÓIDE LIGA EUTETÓIDE corresponde à liga de mais baixa temperatura de transformação sólida Austenita FASE FERRITA Cementita Temperatura 725 C Teor de Carbono 076 Aços com 002076 de C são chamadas de aços hipoeutetóide Aços com 07621 de C são chamadas de aços hipereutetóides Diagrama 15 MICROESTRUTURAS EUTETÓIDE Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio É similar ao eutético Consiste de lamelas alternadas de fase ferrita e Fe3C cementita chamada de PERLITA FERRITA lamelas espessas e claras CEMENTITA lamelas finas e escuras Propriedades mecânicas da perlita intermediária entre ferrita mole e dúctil e cementita dura e frágil Configuração do sistema Fe C Reacção eutetóide γ α Fe₃C 727 C Perlite 17 MICROESTRUTURA DO AÇO EUTETÓIDE RESFRIADO LENTAMENTE Somente Perlita 18 MICROESTRUTURAS HIPEREUTETÓIDE Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio Teor de Carbono 07621 Estrutura cementita Perlita As quantidades de cementita e perlita variam conforme a de carbono e podem ser determinadas pela regra das alavancas Partes claras pró eutetóide cementita Transformações e microestrutura dos aços hipereutectóides TC 1600 δ 1400 γ L 1148C γ 1200 γ 1000 S 800 α R S 600 α Fe₃C C 076 Fe₃C rrs γ 1 Fe₃C α SRS perlite α Fe₃C 1 α perlite 60 μm Cementite proeutetóide Fe₃C Transformações e microestrutura dos aços hipoeutectóides TC 1600 δ 1400 γ L 1148C γ 1200 γ 1000 S 800 α R S 600 α Fe₃C C 076 α srs Fe₃C 1 α perlite 100 μm Flash 9i 21 MICROESTRUTURAS HIPOEUTETÓIDE Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio Teor de Carbono 0002 076 Estrutura Ferrita Perlita As quantidades de ferrita e perlita variam conforme a de carbono e podem ser determinadas pela regra das alavancas Partes claras pró eutetóide ferrita 22 MICROESTRUTURA DOS AÇOS BAIXO TEOR DE CARBONO Ferrita Perlita AÇO COM 02C 23 MICROESTRUTURA DOS AÇOS MÉDIO TEOR DE CARBONO RESFRIADOS LENTAMENTE Ferrita Perlita AÇO COM 045C Microestrutura dos aços Aço hipoeutetóide 076C Aço eutetóide 076C Aço hipereutetóide 076C Ferrite α proeutetóide Perlite Lamelas alternadas de α e Fe₃C Cementite proeutetóide Para uma liga composta por 9965p Fe035p C a uma temperatura imediatamente abaixo da eutetóide determine o seguinte a As frações das fases ferrita total e cementita b As frações de ferrita proeutetóide e perlita c A fração de ferrita eutetóide Ferrita Proeutetóide Austenita Ferrita Proeutetóide Perlita Perlita Ferrita Cementita Solução a Essa parte do problema é resolvida pela aplicação das expressões para a regra da alavanca empregando uma linha de amarração que se estende ao longo da totalidade do campo das fases α Fe₃C Assim C₀ vale 035p C₃ e Wα 670 035 670 0022 095 WFe₃C 035 0022 670 0022 005 b As frações de ferrita proeutetóide e perlita são determinadas com o uso da regra da alavanca juntamente com uma linha de amarração que se estende somente até a composição eutetóide isto é Eqs 920 e 921 Ou Wα 076 035 076 0022 056 Wp 035 0022 076 0022 044 c Toda a ferrita está ou como proeutetóide ou como eutetóide na perlita Portanto a soma das duas frações de ferrita será igual à fração total de ferrita ou seja Wα Wαe Wα onde Wαe representa a fração da totalidade da liga que é composta por ferrita eutetóide Os valores para Wα e Wα foram determinados nas partes a e b como sendo 095 e 056 respectivamente Portanto Wαe Wα Wα 095 056 039 Utilize o Diagrama FeFe₃C representado abaixo na resolução dos exercícios propostos 1 Qual é a distinção entre aços hipoeutetóides e hipereutetóides 2 Determine a concentração de carbono das ligas A e B e classifiqueas como aços hipoeutetóide ou hipereutetóide LIGA A FeC Fração mássica de ferrita total 088 Fração mássica Cementita total 012 C LIGA B FeC Fração mássica de ferrita proeutetóide 020 Fração mássica de perlita 080 C Considera 20 kg de uma liga com 996p Fe04pC que é resfriada a uma temperatura imediatamente abaixo da eutetóide a Quantos quilogramas de ferrita proeutetóide se forma b Quantos quilogramas de ferrita eutetóide se formam c Quantos quilogramas de cementita se formam Materiais de Construção Mecânica II BibliografiaCréditos CALLISTER JUNIOR W D et al Ciência e Engenharia de Materiais uma introdução 5 ed Rio de Janeiro LTC 2002 SHACKELFORD J F Ciência dos Materiais 6ª ed São Paulo Pearson 2008 VAN VLACK L H Princípios de Ciência dos Materiais 13ª ed São Paulo Blucher 2000 COLPAERT H Metalografia Dos Produtos Siderúrgicos Comuns 3 ed São Paulo Edgard Blucher 1997