Diagrama ferro-carbono

Teoria Completa

E ai pessoal! Belezinha????

Nos tópicos anteriores aprendermos muitas coisas sobre os diagramas de fases. Neste tópico, iremos dar continuidade a esse estudo vendo um diagrama de liga binária ferro-carbono, que talvez seja o mais importante diagrama da atualidade, uma vez que neste diagrama temos os principais materiais estruturais utilizados na atualidade!

Sabem que materiais são esses?????

Exatamente!!! Esses materiais são os aços ou os ferros fundidos. Para todo o lado que olhamos temos esses materiais fazendo parte de alguma estrutura, por exemplo, os vergalhões presentes no concreto armado, eixo de carro, estruturas metálicas, etc.

A figura acima representa o diagrama ferro-carbono. Vamos juntos identificar cada parte do diagrama para posterior analisamos o resfriamento de certas composições. Assim como nos demais diagramas estudados, o eixo x representa a composição em peso de carbono, ou melhor, a composição de carboneto de ferro F e 3 C , mais conhecido como cementita! A cementita é um material duro e quebradiço, tipo de material cerâmico. Já eixo y temos a temperatura.

Note que no diagrama ferro-carbono o eixo da composição estende-se somente até 6,70 % p   de cementita. Isso ocorre, pois na prática todos os aços e ferros fundidos apresentam composição inferior a 6,70 % p de cementita. A convenção e a conveniência ditam que a composição ainda seja expressa em termos de " % p   C " ao invés de " % p   F e 3 C " , assim 6,70 % p   C corresponde a 100 % p   F e 3 C .

No diagrama ferro-carbono acima, introduzimos as principais fases. Note que o ferro puro antes de fundir na temperatura de 1538 ° C passa por duas mudanças. A primeira delas é a transformação do ferro- α ou ferrita, que possui estrutura CCC, em ferro- γ ou austenita, que possui estrutura CFC, essa primeira transformação ocorre a 912 ° C . Posterior o ferro- γ ou austenita se transforma em ferro- δ , que possui novamente estrutura CCC, a uma temperatura de 1394 ° C .

Agora que conhecemos as fases vamos montar as iterações entre essas fases e observar os pontos de máxima solubilidade de cada fase e os pontos eutético e eutetoide! Vamos lá!

Circulado em vermelho estão as fases que coexistem juntas e circulado em azul temos a solubilidade máxima de cada fase e os pontos eutético e eutetoide:

  • 0,022 % p   C → Corresponde a solubilidade máxima de carbono que a fase α pode absorver
  • 0,77 % p   C → Ponto eutetoide
  • 2,14 % p   C → Corresponde a solubilidade máxima de carbono que a fase γ pode absorver
  • 4,30 % p   C → Ponto eutético

O ponto eutético aprendermos em tópicos anteriores, mas não custa relembrar! Ponto eutético é o ponto onde teremos a reação eutética, que nada mais é do que a transformação de um líquido em dois sólidos simultaneamente.

O ponto eutetoide é o ponto onde temos uma fase sólida se transformando em duas novas fases sólidas. E nesse ponto que ocorre a reação eutetoide.

Outra classificação que precisamos entender bem é a diferença de aços para ferros fundidos. Dividimos o diagrama em duas áreas diferentes: uma que a composição varia de 0 % p   C até 2,14 % p   C e outra que a composição varia de 2,14 % p   C até 6,70 % p   C .

A ferrita ou ferro- α é a fase mais macia e dúctil isso ocorre, pois a fase α possui uma baixa composição de carbono, que no máximo é de 0,022 % p   C . A austenita ou ferro- γ também é uma fase macia e dúctil, porém dependendo da quantidade de carbono, ela será mais dura do que a ferrita. Já a cementita F e 3 C é uma fase dura e frágil. Quando maior for à quantidade de carbono de um liga de aço maior será sua dureza!

Agora que aprendemos sobre os aços e os ferros fundidos, não fale mais que um material é de ferro, hehehehehehe!!!!!

Expandir

Exercício Resolvido #1

Elaboração própria

Sobre o diagrama Fe-C determine a opção correta:

  1. Liga Fe-C contém 0,2 a 2,1% de carbono
  2. A máxima solubilidade do carbono no ferro ocorre a 1147°C
  3. Na composição do aço poderá aparecer outros elementos de liga além do Fe-C.
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Passo 1

Liga Fe-C contém 0,06% a 2% de carbono

Passo 2

A máxima solubilidade do carbono no ferro ocorre a 1130°C

Passo 3

Na composição do aço poderá aparecer outros elementos de liga além do Fe-C, que afetará as propriedades do material

Resposta

Alternativa A

Exercício Resolvido #2

Elaboração própria

Descreva o que ocorre na temperatura de 1539°C

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Resposta

A temperatura de 1539°C representa o ponto de fusão do ferro puro, onde é observada somente a fase liquida do diagrama.

Exercício Resolvido #3

Elaboração própria

Descreva o que ocorre no ponto A.

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Resposta

No ponto A na parte superior do diagrama a 1130°C indica que ocorre uma presença de uma liga eutética, com um teor de carbono de 4,3% e apresenta o mais baixo ponto de fusão.

Exercício Resolvido #4

Elaboração própria

Sobre as transformações que ocorrem entre 0 e 2% de carbono determine a opção correta:

  1. Aço com 0,8% de carbono é chamado de hipoeutetóide
  2. Aço com teores inferiores a 0,8% de carbono é chamado de eutetóide
  3. Aço com teores superiores a 0,8% até 2% de carbono é chamado de hiper-eutetóide
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Passo 1

Aço com 0,8% de carbono é chamado de eutetóide

Passo 2

Aço com teores inferiores a 0,8% de carbono é chamado de hipo- eutetóide

Passo 3

Aço com teores superiores a 0,8% até 2% de carbono é chamado de hiper-eutetóide

Resposta

Alternativa C

Exercício Resolvido #5

Elaboração própria

Levando em consideração um aço hipoeutetóide com 0,3% de carbono descreva o que ocorre durante o resfriamento do material até a temperatura de 1000°C.

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Resposta

Durante o resfriamento ao atravessar a linha solidus o material está inteiramente solidificado (austenita). A austenita conterá 0,3% de carbono dissolvidos no ferro gama e irá apresentar uma estrutura CFC (cúbica de face centrada).

Exercício Resolvido #6

Elaboração própria

A perlita é um constituinte do aço, apresenta este nome devido a nuance de cores de madrepérola, sobre este constituinte determine a alternativa correta:

  1. Mistura de 60% de ferrita e 40% de cementita
  2. As propriedades da perlita são superiores ao da ferrita
  3. A proporção de perlita em um aço com 0,5% terá 62,5% de perlita
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Passo 1

Mistura de 88% de ferrita e 12% de cementita

Passo 2

As propriedades da perlita são inferiores ao da ferrita

Passo 3

A proporção de perlita em um aço com 0,5% terá 62,5% de perlita

Passo 4

Resposta

Alternativa C

Exercício Resolvido #7

Elaboração própria

O ferro puro pode variar suas formas conforme o aumento de temperatura, podendo-se apresentar na forma alotrópica alfa ou gama. Sobre esta mudança explique brevemente como ocorre.

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Resposta

O ferro puro fica no estado alotrópico alfa até 910°C e a partir disso até 1390°C na fase alotrópico gama, uma observação importante é que o ferro gama pode ser mantido em solução carbono, ao contrário do ferro alfa.

Exercício Resolvido #8

Elaboração própria

Abaixo é representado o diagrama de Fe-C onde está marcando os pontos relevantes do diagrama. Sobre os pontos e as indicações: A1, A2 e ACM determine a alternativa correta.

  1. A1: ponto peritético a 727°C. Ao resfriar o aço com 0,76%C, sendo nesse ponto considerado semelhante ao metal puro
  2. A2: região de transformação magnética do ferro (CFC), de paramagnético para ferro magnético.
  3. ACM: Inicia-se a 727°C com 0,77%C e vai aumentando com a elevação do teor de carbono até atingir 1148°C com 2,11%C.
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Passo 1

A1: ponto eutético a 727°C. Ao resfriar o aço com 0,76%C, sendo nesse ponto considerado semelhante ao metal puro.

Passo 2

A2: região de transformação magnética do ferro (CCC), de paramagnético para ferro magnético.

Passo 3

ACM: Inicia-se a 727°C com 0,77%C e vai aumentando com a elevação do teor de carbono até atingir 1148°C com 2,11%C.

Resposta

Alternativa 3

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