Um material composto por ferro e carbono tem em sua microestrutura 25
de fase pró-eutetóide. Responda:
Determine as possíveis quantidades de carbono e diga qual material seria mais resistente e por que. Para uma das possíveis quantidades determine a quantidade de ferrita e cementita.
Determine as possíveis quantidades de carbono e diga qual material seria mais resistente e por que. Para uma das possíveis quantidades determine a quantidade de ferrita e cementita.
Passo 1
Beleza, o enunciado diz que temos um aço (ligado Fe–C) cuja microestrutura, depois do resfriamento, apresenta 25 % de fase pró-eutetóide. A pergunta é:
- Quais teores de carbono (C₀) podem gerar exatamente 25 % de fase pró-eutetóide?
- Qual desses materiais seria mais “resistente” e por quê?
- Para um desses teores, calcule as proporções de ferrita e cementita na microestrutura final.
Conteúdo necessário: diagrama de fases Fe–C (metastável), entendimento das fases pró-eutetóide (ferrita em hipereutetóide ou cementita em hipereutetóide) e uso da regra da alavanca (lever rule) para calcular frações de fase.
Dados típicos (a 727 °C, temperatura da transformação eutetóide):
– Composição eutetóide:
– Solubilidade de C em ferrita (α):
– Composição da cementita:
– Composição eutetóide:
– Solubilidade de C em ferrita (α):
– Composição da cementita:
Passo 2
Calcular o C₀ para que a fração de fase pró-eutetóide seja 25 % em cada caso:
a) Hipoeutetóide (pró-eutetóide = ferrita).
Usamos a regra da alavanca entre e
na temperatura eutetóide:
Usamos a regra da alavanca entre
Substituindo
$$0{,}25 = \frac{0{,}76 - C_0}{0{,}76 - 0{,}02}
;\Longrightarrow; C_0 = 0{,}76 - 0{,}25,(0{,}74)
;\approx;0{,}76 - 0{,}185 = 0{,}575%\approx0{,}58%.$$
b) Hipereutetóide (pró-eutetóide = cementita).
Agora a alavanca é entre e Fe₃C:
Agora a alavanca é entre
Substituindo
$$0{,}25 = \frac{C_0 - 0{,}76}{6{,}70 - 0{,}76}
;\Longrightarrow; C_0 = 0{,}76 + 0{,}25,(5{,}94)
;\approx;0{,}76 + 1{,}485 = 2{,}245%\approx2{,}25%.$$
Passo 3
Qual é o mais resistente?
Em aços, “resistência” geralmente está ligada à dureza e ao limite de escoamento. Quanto mais cementita (Fe₃C) você tiver, mais duro e resistente (mas também mais frágil) o material fica.
– No aço com 0,58 % C, a fase pró-eutetóide é ferrita (mais macia).
– No aço com 2,25 % C, a fase pró-eutetóide é cementita (muito dura).
Em aços, “resistência” geralmente está ligada à dureza e ao limite de escoamento. Quanto mais cementita (Fe₃C) você tiver, mais duro e resistente (mas também mais frágil) o material fica.
– No aço com 0,58 % C, a fase pró-eutetóide é ferrita (mais macia).
– No aço com 2,25 % C, a fase pró-eutetóide é cementita (muito dura).
Logo, o material com 2,25 % C é o mais resistente (maior dureza/limite de escoamento) por ter 25 % de cementita pró-eutetóide.
Passo 4
Para o aço com 0,58 % C, vamos achar as frações finais de ferrita (α) e cementita (Fe₃C).
- Já sabemos que 25 % é ferrita pró-eutetóide.
- O restante (75 %) é perlita (eutetóide α+Fe₃C).
Dentro da perlita, a fração de ferrita e de cementita é fixa (pela regra da alavanca entre
e
limítrofes ao eutetóide):
Então na perlita (75 % da massa total):
– Ferrita perlítica =
– Cementita perlítica =
– Ferrita perlítica =
– Cementita perlítica =
Somando com a ferrita pró-eutetóide (25 %):
– Ferrita total =
– Cementita total =
– Ferrita total =
– Cementita total =
Resposta
- Os teores de carbono são aproximadamente 0,58 % C (hipoeutetóide) e 2,25 % C (hipereutetóide).
- O mais resistente é o de 2,25 % C, pois tem 25 % de cementita pró-eutetóide (fase dura).
- Para 0,58 % C, a microestrutura final é cerca de 91,8 % de ferrita e 8,2 % de cementita.