Considere uma liga de ferro com
. Descreva a sua microestrutura, indicando as porcentagens das fases e dos constituintes:
11.a-Quando o metal é lentamente resfriado, do campo austenítico até a temperatura ambiente.
11.b-Qual é a razão entre a espessura das lamelas de ferrita e cementita se o metal fosse resfriado a velocidade moderada de maneira que a quantidade de perlita na microestrutura fosse de
?
11.a-Quando o metal é lentamente resfriado, do campo austenítico até a temperatura ambiente.
11.b-Qual é a razão entre a espessura das lamelas de ferrita e cementita se o metal fosse resfriado a velocidade moderada de maneira que a quantidade de perlita na microestrutura fosse de
Passo 1
O enunciado pede duas coisas sobre uma liga ferro-carbono com
de carbono:
-
11.a — Descrever a microestrutura quando o metal é lentamente resfriado até a temperatura ambiente e indicar as porcentagens das fases e dos constituintes.
Dados fornecidos diretamente no enunciado: teor de carbono da liga. -
11.b — Se o metal fosse resfriado a uma velocidade moderada tal que a quantidade de perlita na microestrutura fosse
, calcular a razão entre a espessura das lamelas de ferrita e de cementita dentro da perlita.
Informações que vamos usar (valores do diagrama Fe–Fe
C, tomados como padrão):
Passo 2
Conceito físico essencial (explicação didática do que ocorre sob resfriamento lento):
Quando uma liga com de C é resfriada lentamente desde o campo austenítico, ela é hipoeutectoide (
). Isso significa:
Quando uma liga com
- Primeiro, entre a linha
e a linha eutetoide, forma-se ferrita proeutetoide ( ) nas bordas dos grãos de austenita. Essa ferrita tem baixo teor de C (próximo de ). - Ao atingir a temperatura eutetoide (
C), a austenita restante, que tem composição próxima de , transforma-se de uma só vez em perlita (uma mistura lamelar de ferrita e cementita ). - Para obter as frações de fases usamos a regra da alavanca (lever rule) no ponto eutetoide. Vou explicar a regra da alavanca de forma simples: para uma liga com composição
em equilíbrio entre duas fases com composições e , a fração da fase rica em é proporcional à distância (em composição) entre e , e vice‑versa. Em fórmulas: se as fases são A (composição ) e B (composição ), a fração de B é .
Passo 3
Calcular frações das fases (perlita e ferrita proeutetoide) usando a regra da alavanca no ponto eutetoide:
Fração de perlita (que resulta da transformação da austenita restante):
Substituindo os valores:
Fração de ferrita proeutetoide:
Explicação em palavras: portanto, sob resfriamento lento a microestrutura consiste em aproximadamente
de ferrita proeutetoide e
de perlita.
Passo 4
Indicar as porcentagens dos constituintes (ferrita e cementita) considerando a contribuição da perlita:
Dentro da perlita, as duas fases são ferrita (
, composição
) e cementita (
, composição
). Aplicamos a regra da alavanca para a mistura ferrita + cementita cujo “composição global” da perlita é
:
Fração de cementita dentro da perlita:
Fração de ferrita dentro da perlita:
Agora convertendo para porcentagem do microconstituinte em relação à amostra total:
-
Cementita total (apenas a cementita contida na perlita, já que a ferrita proeutetoide não contém cementita):
-
Ferrita total (soma da ferrita proeutetoide mais a ferrita presente na perlita):
Verificação rápida:
(arredondamentos).
Passo 5
Entendendo a parte (b): razão entre espessuras das lamelas de ferrita e cementita na perlita quando a quantidade de perlita na microestrutura é
.
Observação importante (didática): a composição interna da perlita é sempre a composição eutetoide
, independentemente de quanto da amostra seja perlita. Ou seja, as proporções ferrita/cementita dentro da perlita dependem apenas de
,
e
(valores do diagrama) e não da fração total de perlita. Portanto a razão entre as espessuras das lamelas na perlita é a mesma que calculamos para a perlita em equilíbrio.
Justificativa geométrica simples: se as lamelas se repetem periodicamente, a fração volumétrica de cada fase dentro da perlita é igual à razão das espessuras médias, i.e. se num período o ferro ocupa espessura
e a cementita
, então
logo
(Aqui assumimos que a diferença de densidades é pequena e que a fração volumétrica acompanha a fração por comprimento da lamela; para propósitos de prova essa aproximação é a adotada habitualmente.)
Passo 6
Calcular a razão
usando os valores de
e
encontrados no Passo 4:
Interpretação: dentro da perlita cada lamela de ferrita é, em média, cerca de 8 vezes mais espessa que cada lamela de cementita.
Resposta
11.a — Microestrutura:
ferrita proeutetoide e
perlita. Constituintes totais: ferrita
, cementita
.
11.b — Razão entre espessuras das lamelas de ferrita e cementita:
.