Upload
italo68
View
323
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 1/47 Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
O SISTEMAFERRO-CARBONO
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 2/47 Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
Conceitos Básicos
Componente: são metais puros e/ou compostos que compõem uma liga. Porexemplo, em um latão cobre-zinco, os componentes são o cobre (Cu) e o zinco (Zn).
Solvente: é o elemento ou composto que está presente em maior quantidade(concentração). Também chamado de átomos hospedeiros.
Soluto: é o elemento ou composto que está em menor concentração.
Limite de solubilidade: é a concentração máxima, em uma dada temperatura, de
átomos de soluto que pode se dissolver no solvente para formar uma solução sólida.Solução sólida: está solução se forma quando, à medida que os átomos do soluto são
adicionados ao material hospedeiro (solvente), a estrutura cristalina é mantida, e
nenhuma nova estrutura é formada.
Fase: é uma porção homogênea de um sistema que possui características físicas equímicas uniformes. Exemplo: xarope água-açúcar e açúcar sólido.
Sistema: (1) é um corpo especifico de material que está sendo considerado.
(2) é uma série de possíveis ligas que consistem nos mesmos componentes.
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 3/47 Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
DIAGRAMA Fe-C
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 4/47 Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
• À temperatura ambiente a forma estável, chamada ferrita, ou ferro α,tem uma estrutura cristalina CCC. A ferrita experimenta umatransformação polimórfica à austenita CFC, ou ferro γ, a 912oC
(1674o
F). Esta austenita persiste até 1394o
C (2541o
F), temperatura naqual a austenita CFC se reverte de volta para a fase CCC conhecidacomo ferrita δ, que finalmente se funde a 1538oC(2800oF).
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 5/47 Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
DIAGRAMA DE FASES FERRO/CARBETO DE FERRO
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 6/47 Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
• Mistura eutética, do grego eutektos, "facilmente fundida", éuma mistura de 2 ou mais sólidos, (como uma liga metálica), naqual o ponto de fusão é o mais baixo possível, e todos seusconstituintes cristalizam simultaneamente a partir do líquido.
• Uma das misturas eutéticas mais conhecida é a solda paracomponentes eletrônicos, feita de estanho e chumbo onde oponto de fusão desta é menor que o de seus componentesisolados (183 °C, contra 232 °C e 327 °C, respectivamente), esendo, por isso, chamado ponto eutético.
• Há também outras misturas eutéticas usadas em metalurgia,mesmo não-metálicas (para formar escória) e na indústria dovidro (na qual os componentes acrescentados, como ocarbonato de sódio, são chamados “fundentes").
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 7/47 Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
• Um aço eutetóide tem 0,77% de carbono ena sua estrutura granular tem somente
perlita
Um aço eutético é uma liga c/ 4,3% de
carbono
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 8/47 Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
Diagrama de equilíbrio Fe-C
• Ligas de aços – 0 a 2,11 % de C
• Ligas de Ferros Fundidos – acima de 2,11% a 6,7% de C
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 9/47 Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
• Eutetóide• Quando a solução acima do ponto de transformação é
contínua, ao invés de líquido, uma transformação análoga
eutetóide pode ocorrer. Por exemplo, no sistema ferro-carbono,a fase austenita pode sofrer uma transformação eutetóide para
produzir ferrita e cementita, muitas vezes em estruturas
lamelares, tais como perlita e bainita. Este ponto eutetóide
ocorre em 727 ° C (1341°F) e cerca de 0,83% de carbono
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 10/47 Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
Região peritética
• Transformações peritéticas também são semelhantes às reaçõeseutéticas. Aqui, uma das fases líquida e sólida de proporções fixasreagem a uma temperatura fixa e produzem uma única fase sólida.Dado que as formas sólido produzidas na interface entre os doisreagentes, eles podem formar uma barreira de difusão e, geralmente,
provocam tais reações para continuar muito mais lentamente do que astransformações eutética ou eutetóide. Devido a isso, quando umacomposição peritética solidifica não mostram a estrutura lamelar, queencontra-se com a solidificação eutética.
• Tal transformação existe no sistema ferro-carbono, como visto perto
do canto superior esquerdo da figura. Assemelha-se a um eutéticoinvertido, com a fase δ combinando com o líquido para produzir austenita pura em 1495 ° C (2723 ° F) e 0,17% de carbono
• Líquido + sólido α → sólido β
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 11/47 Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
Diagrama de equilíbrio Fe-C
• Ponto S: eutetóide - Aço
• Ponto C:– eutético - ferro fundido
• Ferrita: ferro comercialmente puro (C <0,008%), pouco resistente, mole edúctil
• Fe3C carboneto de ferro - 6,7% C
• Aço hipoeutetóide 0,008 - 0,77% C• Aço hipereutetóide 0,77 - 2,11%C
• Fe Fundido hipoeutético 2,11-4,3%C
• Fe Fundido hipereutético > 4,3%C
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 12/47 Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
Diagrama de equilíbrio Fe-CFe3C, Fe e grafita (carbono na forma lamelar)
• Austenita: soluçãosólida de C no Fe gama.Boa resistência eapreciável tenacidade
• Cementita: Carbono naforma Fe3C (carboneto
de ferro, 6,7% de C).Muito duro.
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 13/47 Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
Diagrama de equilíbrio Fe-C
• Em resumo, a austenita existente acima dalinha A1 pode se transformar em ferrita +perlita, somente perlita ou perlita +
cementita.• Isto ocorre se houver tempo suficiente para
permitir o equilíbrio.
• Devido a isto os aços tem suas propriedadesmodificadas.
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 14/47 Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
14
MICROESTRUTURA DO AÇO EUTETÓIDERESFRIADO LENTAMENTE
Somente Perlita
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 15/47 Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
15
MICROESTRUTURA DOS AÇOS BAIXO
TEOR DE CARBONO
Ferrita Perlita
AÇO COM ~0,2%C
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 16/47 Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
16
MICROESTRUTURA DOS AÇOS MÉDIO TEOR DEMICROESTRUTURA DOS AÇOS MÉDIO TEOR DECARBONO RESFRIADOS LENTAMENTECARBONO RESFRIADOS LENTAMENTE
Ferrita Perlita
AÇO COM ~ 0,45%C
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 17/47 Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
FERRITA 90x AUSTENITA 325x
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 18/47 Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
18
MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 19/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
AÇOS EUTETÓIDES- PERLITA
500 X
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 20/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
AÇOSHIPOEUTETÓIDE
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 21/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
AÇOS HIPOEUTETÓIDE
AISI 1038 , 635X
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 22/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
Aço 1020 Aço 1045 Aço 1070
Ferrita + perlita Perlita
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 23/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
AÇOS
HIPEREUTETÓIDE
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 24/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
1,4% C
1000x
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 25/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã25
MICROESTRUTURAS /HIPOEUTETÓIDEMICROESTRUTURAS /HIPOEUTETÓIDE Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrioSupondo resfriamento lento para manter o equilíbrio
Teor de Carbono = 0,002- 0,76 %Teor de Carbono = 0,002- 0,76 % EstruturaEstrutura
Ferrita + PerlitaFerrita + Perlita As quantidades de ferrita e perlita variam As quantidades de ferrita e perlita variam
conforme a % de carbono.conforme a % de carbono.
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 26/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã26
MICROESTRUTURAS /HIPEREUTETÓIDE Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio
• Teor de Carbono = 0,76 - 2,11%
• Estrutura
Cementita + Perlita• As quantidades de cementita e
perlita variam conforme a % decarbono.
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 27/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
PROPRIEDADES MICROESTRUTURAIS
• FERRITA (Fe-α) – dúctil, baixa resistência mecânica, macia.
• AUSTENITA (Fe-γ ) - média resistência mecânica, médiaductilidade, média dureza.
• CEMENTITA (Fe3C) - dura, resistente.
• PERLITA (Fe-α + Fe3C) – alta resistência mecânica, dureza,
baixa ductilidade. 88% ferrita, 12% cementita
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 28/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
FERRÍTICO
• Aço inoxidável ferrítico consistindoessencialmente em, em % em peso, 0,0050 a
0,0500 de C, 10,00 a 18,00 de Cr, até 0,50 de Si,até 0,50 de Mn, mais de 0,040, mas não mais de0,200 de P, ate 0,030 de S, até 0,60 de Ni, 0,005 a0,200 de Al sol., E de resíduos a 0,050 de B, o
restante sendo Fe e impurezas, os teores e C, Cr,P, A1 sol.
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 29/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
FERRÍTICO
• Após resfriamento rápido de alta temperatura eles mostramuma estrutura macia e tenaz, altamente homogênea,conhecida com ferrítica.
• Contém de 16 a 30% de Cromo.
• Não podem ser endurecidos por tratamento térmico e são basicamente usados nas condições de recozido.
• Possuem uma maior resistência à corrosão que os açosmartensíticos devido ao maior teor de cromo.
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 30/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
FERRÍTICO
• Possuem boas propriedades físicas e mecânicas e sãoefetivamente resistentes à corrosão atmosférica e asoluções fortemente oxidantes.
• São ferromagnéticos.
• As aplicações principais são aquelas que exigem boaresistência à corrosão, ótima aparência superficial erequisitos mecânicos moderados.
• Apresentam, tendência ao crescimento de grão apóssoldagem, particularmente para seções de grandeespessura, experimentando certas formas de fragilidade.
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 31/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
FERRÍTICO
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 32/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
AUSTENÍTICOS• Não endurecível por esfriamento rápido de alta temperatura porém, é
endurecível por trabalho a frio.
• Como tem boa característica inoxidável, muito usado em peças quenecessitem de resistência à corrosão ou em equipamentos químicos.
• Usado também como resistente ao calor devido a boa resistência aoxidação e amolecimento em altas temperaturas.
• Requer atenção no que diz respeito ao aquecimento excessivo devido aonão refinamento de grão por tratamento térmico.
• Na condição solubilizado, a maioria não são magnéticos, porém no trabalho afrio, além de aumentar a dureza obtém-se leve sensibilidade magnética.
• No caso do AISI 304, no aquecimento acima de 600ºC, tende a ocorrer corrosãono contorno de grão. Logo, para estas aplicações, sugere-se os aços com baixos
teores Carbono (AFP 304L, AFP 316L).
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 33/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
AUSTENÍTICOS• Os aços inoxidáveis apresentam uma boa resistência a corrosão,
porém, em alguns casos outras características além da resistência àcorrosão são necessários, para a utilização dos mesmos emdeterminadas aplicações; acrescentamos então outros elementos deliga para que o aço inoxidável adquira essas características.
• Uma grande melhoria em muitas propriedades é conseguira com aintrodução de Ni como elemento de liga. Consegue-se uma mudançana estrutura, transformando ligas ferríticas em ligas austeníticas(estrutura de alta resistência e tenacidade).
• Os aços inoxidáveis austeníticos são conhecidos pela sua excelente
resistência à corrosão em muitos meios agressivos.
• Outros elementos como molibdênio, titânio e nióbio, se adicionados podem melhorar a resistência a corrosão e minimizar a corrosãointergranular por estabilização dos carbonetos presentes.
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 34/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
AUSTENÍTICO• Dos três grupos, estes aços são os que apresentam maior resistência à
corrosão. Eles combinam baixo limite de escoamento com alta resistênciaa tração e bom alongamento, oferecendo as melhores propriedades paratrabalho a frio.
• Não podem ser endurecido por tratamento térmico, mas suas resistência atração e dureza podem ser aumentadas por encruamento.
• Não são ferromagnéticos.
• Eles possuem uma ampla faixa de propriedades mecânicas, oferecendo boa ductilidade e resistência a altas e/ou baixíssimas temperaturas, alémde boa trabalhabilidade e soldabilidade.
• Existem também aços inoxidáveis duplex (com dois tipos de estruturaconvivendo), porém como são aços muito especiais eles não serãodiscutidos.
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 35/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
AUSTENÍTICO
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 36/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
AUSTENÍTICO
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 37/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
MARTENSÍTICO
• Estes aços, após resfriamento rápido de alta temperatura, mostram umaestrutura caracterizando alta dureza e fragilidade, denominadaMartensítica.
• Contém de 12 a 17% de Cromo e O, l a O, 5% de carbono (em certoscasos até 1% de carbono) e podem atingir diversos graus de dureza pela variação das condições de aquecimento e resfriamento(tratamento térmico).
• São dificilmente atacados pela corrosão atmosférica no estadotemperado e se destacam pela dureza.
• São ferromagnéticos.
• Apresentam trabalhabilidade inferior as demais classes e soldabilidade pior, especialmente com carbono mais elevado, devido a formação demartensita no resfriamento.
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 38/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
MARTENSÍTICO•
Capacidade de endurecimento ao se esfriar rapidamente de altas temperaturas(transformação martensítica).
• O revenimento em temperatura adequada possibilita a obtensão de uma faixalarga de dureza, resistência, deformabilidade e tenacidade.
• Boa resistência à oxidação em meio atmosférico, sem perder dureza até
500°C, podedo assim, ser utilizado como resistente ao calor.
• Boa resistência à soluções como ácido nítrico em temperatura ambiente porémcorrosivo em soluções redutoras com ácido sulfurico e clorídrico. A
resistência diminui com o aumento de quantidade e elementos como Carbono,Enxofre e Fósforo.
• Necessita de atenção quando soldado, pois a trincar devido à capacidade deendurecimento por têmpera.
• Tanto em condições de recozido, temperado e revenido apresentamsensibilidade magnética (ferromagnético)
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 39/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
MARTENSÍTICO
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 40/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
CEMENTITA
• Cementita ou carboneto de ferro (Fe3C) eestrutura em forma de cristal ortorrômbico.
• Contém 6,67% de carbono e 93,33% de ferro.• É um material duro e quebradiço e, apesar de ser
comumente classificado como cerâmica em suaforma pura, é mais utilizado na metalurgia.
• É formado diretamente pelo derretimento do ferrofundido branco.• É um composto intermetálico com baixa
velocidade de decomposição em ferro α.
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 41/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
MICROCONSTI-
TUINTE
DUREZABRINELL
LRT/MPa
ALONG.EM 2”
%
α
PERLITAFe
3C
90250-300
650
35085030
40100
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOSMICROCONSTITUINTES DOS AÇOS
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 42/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
EFEITO DO TEOR DE CARBONO
%C σE
MPa
LTR MPa
ALONGEM 2”
DUREZABRINELL
0,010,20,4
0,60,81,01,21,4
125250310
350365365360350
285415525
670805755715695
473730
2315222419
90115145
190220195200215
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 43/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
EFEITO DO TEOR DE CARBONO
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 44/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
EFEITO DE ELEMENTOS DE LIGA
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 45/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
EFEITO DE ELEMENTOS DE LIGA
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 46/47
Introdução à Ciência dos Materiais Prof. Carlã
5/12/2018 Sistema Ferro-Carbono - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-ferro-carbono 47/47
Perguntas1. Qual a classificação dos aços quanto o teor de
carbono?2. Quais as microestruturas encontradas no diagrama Fe-
C?
3. Qual a diferença de um aço para um ferro fundido?
4. Para os aços eutetóide, hipoeutetóide ehipereutetóide, aquecido até 1200ºC, ao seremresfriados lentamente qual a fase que se obtém?