Microestrutura do aço eutetoide

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Teoria

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No tópico anterior aprendermos como ler, quais são as principais fases, as máximas solubilidades, o ponto eutetoide e o ponto eutético no diagrama ferro-carbono, ou melhor, ferro-cementita. Agora veremos como a microestrutura se forma a partir do resfriamento lento para composição eutetoide.

Vamos dar um zoom na região do ponto eutetoide!

Suponha que a nossa liga eutetoide esteja no ponto a , a uma temperatura de 800 ° C e com composição química de 0,77 % p   C . No ponto a , a microestrutura é composta de 100 % ferro- γ ou austenita, a figura abaixo mostra a representação esquemática dessa microestrutura.

Se resfriarmos lentamente nossa liga chegaremos ao ponto eutetoide, neste ponto ocorre a famosa reação eutetoide, que nada mais é do que a austenita (sólido) se transformando simultaneamente em ferro- α e Cementita (dois sólidos). Essa transformação começa a ocorre nos contornos de grão. Vamos visualizar isso dando um zoom em nosso contorno de grão da austenita.

Observe a formação lamelar de Ferrita (ferro- α ) e Cementita ( F e 3 C ), assim como vimos nas ligas eutéticas. À medida que nossa liga vai resfriando a Ferrita vai expulsando o carbono para a Cementita.

Continuando o resfriamento lento e chegando ao ponto b teremos uma microestrutura totalmente lamelar, composta de Ferrita + Cementita, conhecida como perlita. Observe na figura abaixo que a microestrutura da perlita mantém os contornos de grãos da fase austenita.

A figura abaixo mostra a microestrutura da perlita, observada em um aumento de 5000X em microscopia eletrônica de varredura.

Para uma estrutura com 100 % de perlita, qual será a quantidade de Ferrita e de Cementita presentes?

Para respondermos isso vamos aplicar a regra da alavanca que aprendemos em tópicos anteriores, para isso considerem a linha de amarração a própria linha isotérmica eutetoide ou linha solidus, conforme o diagrama abaixo:

Assim, teremos as seguintes frações mássicas de Ferrita ( α ) total e Cementita ( F e 3 C ):

W α = F r a ç ã o   d e   α C o m p r i m e n t o   d a   l i n h a   d e   a m a r r a ç ã o = 6,7 - 0,77 6,7 - 0,022 = 0,89

W F e 3 C = F r a ç ã o   d e   F e 3 C C o m p r i m e n t o   d a   l i n h a   d e   a m a r r a ç ã o = 0,77 - 0,022 6,7 - 0,022 = 0,11

Isto significa que um aço na composição eutetoide, isto é 100% perlita, terá 0,89% de Ferrita (ferro- α ) e 0,11% de Cementita ( F e 3 C ).

Vamos praticar um pouco!!!!

Exercícios Resolvidos

Exercício Resolvido #1

Os aços com concentração são muito utilizados na manufatura de fios para estrutura de pneus, válvulas, trilhos ferroviários. O aço eutetóide é uma das classificações deste material, sobre essa categoria determine a opção correta.

  1. A liga que apresenta 2,0 % C em peso
  2. Quando submetidos a resfriamento moderado, sua microestrutura será constituída unicamente de ferrita
  3. Nos aços eutetóides, o espaçamento interlamelar da perlita é o parâmetro microestrutural que possui maior influência no seu comportamento mecânico

Passo 1

A liga que apresenta 0,76% C, em peso

Passo 2

Quando submetidos a resfriamento moderado, sua microestrutura será constituída unicamente de perlita

Passo 3

Nos aços eutetóides, o espaçamento interlamelar da perlita é o parâmetro microestrutural que possui maior influência no seu comportamento mecânico

Resposta

Alternativa III

Exercício Resolvido #2

Determine a característica correta da perlita, constituinte do aço eutético.

  1. Microestrutura formada nos aços eutetóides acima da temperatura do eutetóide
  2. Composta por camadas alternadas de lamelas de ferrita e austenita
  3. Quando vista ao microscópio apresenta uma aparência de madrepérola

Passo 1

Microestrutura formada nos aços eutetóides abaixo da temperatura do eutetóide

Passo 2

Composta por camadas alternadas de lamelas de ferrita e cementita

Passo 3

Quando vista ao microscópio apresenta uma aparência de madrepérola

Resposta

Alternativa III

Exercício Resolvido #3

Analise a influência dos elementos de liga no ponto eutético.

Passo 1

As adições de elementos de ligas (Cr, Ni, Ti, etc.) alteram o diagrama de fases binário para o sistema ferro-cementita. Uma das importantes alterações é o deslocamento da posição eutetóide em relação à temperatura e à concentração de carbono.

Resposta

Uma das importantes alterações é o deslocamento da posição eutetóide em relação à temperatura e à concentração de carbono.

Exercício Resolvido #4

Analise a influência dos elementos de liga no ponto eutetoide.

Passo 1

Primeira coisa que a gente precisa ter em mente é que o ponto eutetoide, como qualquer pronto em um diagrama de fases, é composto por duas coordenadas: composição e temperatura.

No diagrama Fe-C o ponto eutetoide ocorre numa liga de 0,77%p C à 727 °C.

Passo 2

Na questão a gente tem 2 gráficos, o da esquerda mostra a influência de elementos liga na temperatura eutetoide e o da direita mostra a influência dos elementos ligas na composição eutetoide.

Interpretando esses dois gráficos a gente pode ver que as adições de elementos de ligas (Cr, Ni, Ti, etc.) alteram o diagrama de fases binário para o sistema Fe-C em relação à temperatura e à concentração de carbono.

No gráfico da esquerda vemos que Titânio (Ti), Molibdênio (Mo), Silício (Si), Tungstênio (W) e Cromo (Cr) aumentam a temperatura eutetoide, enquanto Mn e Ni diminuem.

No gráfico da direita vemos que, em baixa concentração, todos os elementos liga diminuem a composição eutetoide, porém, com comportamentos diferentes dependendo do %p.

Resposta

No gráfico da esquerda vemos que Titânio (Ti), Molibdênio (Mo), Silício (Si), Tungstênio (W) e Cromo (Cr) aumentam a temperatura eutetoide, enquanto Mn e Ni diminuem.

No gráfico da direita vemos que, em baixa concentração, todos os elementos liga diminuem a composição eutetoide, porém, com comportamentos diferentes dependendo do %p.

Exercício Resolvido #5

Abaixo é representada uma esquematização das microestruturas da liga Fe-FeC. Faça o esboço da microestrutura acima e abaixo do ponto eutético (A e B) respectivamente.

Passo 1

Presença de 100% de austenita

Passo 2

Quando tem-se o resfriamento temos 2 fases presentes: alfa + cementita

Resposta

Acima do ponto eutetóide:

Abaixo do ponto eutetóide:

Exercício Resolvido #6

A perlita é formada por camadas de ferrita e cementita. Explique como ocorre a formação da ferrita nessa estrutura.

Passo 1

A formação do aço perlítico acontece a partir de uma fase inicial de austenita, conforme conseguimos ver aqui nesse trecho do diagrama de fases Fe-C:

Passo 2

Então a austenita tá lá de boas e de repente começa a ficar muito frio pra ela...

A formação da  HYPERLINK "https://pt.wikipedia.org/wiki/Ferrite" \o "Ferrite" ferrita se dá a partir dos contornos de grão e vai crescendo em direção ao centro do grão. Os contornos de grão são regiões mais propícias pra formação de novas fases por serem mais “instáveis” já que seus átomos da ponta não estão ligados a nenhum outro.

À medida que a ferrita cresce, o excesso de carbono sai pelas regiões adjacentes, dando origem à cementita. Como existe a formação praticamente simultânea de vários núcleos de ferrita, a estrutura passará a ser composta de regiões alternadas de ferrita e de cementita.

Resposta

A formação da  HYPERLINK "https://pt.wikipedia.org/wiki/Ferrite" \o "Ferrite" ferrita se dá a partir dos contornos de grão e vai crescendo em direção ao centro do grão.

À medida que a ferrita cresce, o excesso de carbono sai pelas regiões adjacentes, dando origem à cementita. Como existe a formação praticamente simultânea de vários núcleos de ferrita, a estrutura passará a ser composta de regiões alternadas de ferrita e de cementita.

Exercício Resolvido #7

Observe a micrografia de um aço eutetóide, que revela a microestrutura lamelar.

O aço eutetóide é um aço que tem um teor de carbono:

  1. Acima de 0,77%, sendo esta uma composição particular encontrada no diagrama ferro-carbono cuja transformação de austenita para ferrita e cementita ocorre sem a variação da temperatura.
  2. Inferior a 0,77%, sendo esta uma composição particular encontrada no diagrama ferro-carbono cuja transformação de ferrita para austenita e cementita ocorre com a variação da temperatura
  3. De 0,77%, sendo esta uma composição particular encontrada no diagrama ferro-carbono cuja transformação de austenita para ferrita e cementita ocorre com a variação da temperatura.

Passo 1

Em 0,77%, sendo esta uma composição particular encontrada no diagrama ferro-carbono cuja transformação de austenita para ferrita e cementita ocorre com a variação da temperatura.

A transformação de uma fase sólida em duas fases sólidas acontece lentamente

Resposta

Alternativa C

Exercício Resolvido #8

A reação eutética é definida como aquela na qual, durante a resfriamento, uma fase líquida se transforma de maneira isotérmica e reversível em duas fases sólidas, que se encontram intimamente ligadas num produto bifásico de baixo ponto de fusão, conhecido como sólido eutético. Para o sistema cobre-prata, a equação da reação eutética poderia ser descrita como:

A reação eutética também é típica do sistema ferro-carbono, cuja reação ocorre

  1. Somente nos ferro fundidos com 0,76%p C, desde que em solidificações dentro das condições de equilíbrio
  2. Somente nos ferros fundidos com 4,3%p C, desde que em solidificações dentro das condições de equilíbrio
  3. O teor de 4,3%, temperatura de 1400°C corresponde à liga de mais baixo ponto de solidificação ou fusão.

Passo 1

Somente nos ferros fundidos com 4,3%p C, desde que em solidificações dentro das condições de equilíbrio

Passo 2

O teor de 4,3%, temperatura de 1148°, corresponde à liga de mais baixo ponto de solidificação ou fusão.

Resposta

Alternativa 3

Exercício Resolvido #9

Considere 2,0   k g de uma liga que contém 99,6 %   p   F e - 0,4 % p   C , que é resfriada até uma temperatura imediatamente abaixo da eutetoide.

a Quantos quilogramas de ferrita proeutetoide se formam?

b Quantos quilogramas de ferrita eutetoide se formam?

c Quantos quilogramas de cementita se formam?

Passo 1

Nesse problema, nós consideramos um liga de 2,0   k g que contém 99,6 %   p   F e ,     0,4 %   p   C que é resfriada em uma temperatura abaixo da eutetoide. Para sabermos a quantidade de ferrita proeutetoide que se forma vamos utilizar a equação 9.21 onde obteremos

W α ' = 0,76 - C 0 ' 0,74 = 0,76 - 0,4 0,74 = 0,4 86

Passando isso para massa vamos ter

α ' = 0,4 85 ⋅ 2,0 = 0,9 73 k g

Passo 2

Para determinarmos, agora, a quantidade de ferrita eutetóide, primeiro é necessário calcular a quantidade de ferrita total usando a régua de alavanca aplicada inteiramente no campo de fase α   +   F e 3 C , assim, teremos

W α = C F e 3 C - C 0 ' C F e 3 C - C α = 6,70 - 0,4 6,70 - 0,022 = 0,94 3

Que corresponde, em massa, a

α = 0,94 3 ⋅ 2,0 = 1,88 7   k g

Agora, a quantidade de ferrita eutetoide é apenas a diferença entre ferrita total e proeutetoide que pode ser assim calculada

α " = α - α ' = 1,88 7 - 0,94 3 = 0,94 4   k g

Passo 3

Por fim, para calcularmos a quantidade de cementita que se forma, novamente vamos utilizar a regra da alavanca em todo campo de fase α + F e 3 C o que leva a

W F e 3 C = C 0 ' - C α C F e 3 C - C α = 0,4 - 0,022 6,70 - 0,022 = 0,057

Em massa vamos ter o seguinte valor

F e 3 C = 0,057 ⋅ 2,0 = 0,11 3   k g

Pronto, está concluído nosso exercício.

Resposta

a α ' :   0,94 3   k g

b α " :   0,94 4   k g

  c F e 3 C :   0,11 3   k g

Exercício Resolvido #10

Cite três variáveis que determinam a microestrutura de uma liga.

Passo 1

Olá! Tudo bem? As três variáveis que determinam a microestrutura de uma liga são:

(1) os elementos de liga presentes;

(2) as concentrações desses elementos de liga;

(3) o tratamento térmico da liga.

Resposta

Os elementos de liga presentes, as concentrações desses elementos de liga e o tratamento térmico da liga.

Exercício Resolvido #11

Explique sucintamente por que, na solidificação, uma liga com a composição eutética forma uma microestrutura que consiste em camadas alternadas das duas fases sólidas.

Passo 1

Após a solidificação, uma liga de composição eutética forma uma microestrutura que consiste em camadas alternadas das duas fases sólidas, porque durante a solidificação deve ocorrer difusão atômica, e com essa configuração em camadas o comprimento de difusão atômica é mínimo.

Resposta

Porque durante a solidificação deve ocorrer difusão atômica, e com essa configuração em camadas o comprimento de difusão atômica é mínimo.

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