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 200 HB e cuja ductilidade mínima (redução de área, %RA) seja 35\%. 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.

Passo 3

Vamos listar valores aproximados de dureza HB e redução de área %RA para as microestruturas típicas em função do teor de carbono:
\begin{array}{l|c|c} \text{Microestrutura / \%C} & \text{Dureza (HB)} & \text{Redução de área (\%RA)}\\hline \text{Ferrita + perlita grossa, }0{,}2\%C & 120 & 40\\\ \text{Perlita grossa, }0{,}6\%C & 200 & 15\\\ \text{Perlita fina, }0{,}8\%C & 250 & 10\\\ \text{Esferoidita, }0{,}8\%C & 150 & 25 \end{array}çãá
Esses valores são típicos de bibliografia de aços carbono.

Passo 4

Comparando com os requisitos:
– Dureza \ge200 HB: só é atendida pela perlita grossa (em ~0,6 % C) e pela perlita fina.
– Ductilidade \ge35\%: só é atendida pela liga de baixo teor de carbono (~0,2 % C, ferrit a+perlita grossa) ou por esferoidita de alto carbono, mas esta última não chega a 35 %RA.
Não há interseção:
– Se escolhemos ~0,6 % C e perlita grossa, temos dureza 200 HB mas %RA \approx15\%.
– Se escolhemos ~0,2 % C, temos %RA \approx40\% mas dureza \approx120 HB.
– 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 200 HB e 35\% RA.

Resposta

Não é possível obter uma liga Fe–C que satisfaça ao mesmo tempo dureza mínima de 200 HB e ductilidade mínima de 35\% RA, pois as microestruturas que dão dureza elevada têm ductilidade baixa e vice-versa.

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