10.P6 Deseja-se produzir uma liga ferro-carbono com uma dureza mínima de 200 HB e uma ductilidade mínima de 35 %RA. Essa liga é possível? Se isso for possível, qual será sua composição e qual será sua microestrutura (asperlitas grossa e fina e a esferoidita são alternativas)? Se isso não for possível, explique por quê.
Passo 1
O enunciado pede uma liga ferro-carbono cuja dureza mínima seja
HB e cuja ductilidade mínima (redução de área, %RA) seja
. O conteúdo aqui é a relação entre composição (teor de carbono), microestrutura (perlita grossa, perlita fina ou esferoidita) e propriedades mecânicas (dureza vs. ductilidade). Vamos usar o diagrama equilíbrio Fe–C e dados típicos de dureza e ductilidade para cada microestrutura.
Passo 2
Em ligas Fe–C a temperatura ambiente podem formar-se, dependendo do teor de carbono e do tratamento térmico:
– perlita grossa (menor quantidade de carbonetos, camadas mais espaçadas),
– perlita fina (mais carbonetos, camadas próximas),
– esferoidita (carbonetos esferoidais em matriz ferrítica).
A dureza aumenta com o teor de perlita e sua finura, enquanto a ductilidade diminui nessa mesma proporção.
– perlita grossa (menor quantidade de carbonetos, camadas mais espaçadas),
– perlita fina (mais carbonetos, camadas próximas),
– esferoidita (carbonetos esferoidais em matriz ferrítica).
A dureza aumenta com o teor de perlita e sua finura, enquanto a ductilidade diminui nessa mesma proporção.
Passo 3
Vamos listar valores aproximados de dureza
e redução de área
para as microestruturas típicas em função do teor de carbono:
Esses valores são típicos de bibliografia de aços carbono.
Passo 4
Comparando com os requisitos:
– Dureza HB: só é atendida pela perlita grossa (em ~0,6 % C) e pela perlita fina.
– Ductilidade : só é atendida pela liga de baixo teor de carbono (~0,2 % C, ferrit
erlita grossa) ou por esferoidita de alto carbono, mas esta última não chega a 35 %RA.
– Dureza
– Ductilidade
Não há interseção:
– Se escolhemos ~0,6 % C e perlita grossa, temos dureza HB mas %RA
.
– Se escolhemos ~0,2 % C, temos %RA mas dureza
HB.
– Esferoidita em ~0,8 % C atinge RA~25% e HB~150.
– Se escolhemos ~0,6 % C e perlita grossa, temos dureza
– Se escolhemos ~0,2 % C, temos %RA
– Esferoidita em ~0,8 % C atinge RA~25% e HB~150.
Passo 5
Como dureza alta e ductilidade alta são características antagônicas nas microestruturas disponíveis (perlita grossa, perlita fina, esferoidita), não existe composição nem microestrutura que forneça simultaneamente
HB e
RA.
Resposta
Não é possível obter uma liga Fe–C que satisfaça ao mesmo tempo dureza mínima de
HB e ductilidade mínima de
RA, pois as microestruturas que dão dureza elevada têm ductilidade baixa e vice-versa.