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Introdução a
    Ciência dos
    Materiais
    Diagrama Ferro-Carbono




1                Prof. André Carvalho
2



   DIAGRAMAS Fe-C e Fe-Fe3C
Existem dois tipos de diagramas Fe-C:

O  diagrama Fe-C estável, que mostra o equilíbrio entre
  o Fe e a grafita;
 E o diagrama Fe-Fe3C, metaestável, que apresenta o
  equilíbrio entre o ferro e a cementita (Fe3C).

 Em  virtude das velocidades de resfriamento vigentes no
  processamento dos aços serem elevadas em relação as
  condições de equilíbrio, o diagrama empregado como
  ferramenta para o estudo de aços ao carbono e ferros
  fundidos brancos é o diagrama Fe - Fe3C.
3




       DIAGRAMA DE FASE Fe-Fe3C -TRANSFORMAÇÃO ALOTRÓPICA
             +l

 CCC
                     +l
                                           l+Fe3C
CFC
                                 +Fe3C
           + 
 CCC
                            +Fe3C

            As fases ,  e  são soluções sólidas
            com Carbono intersticial
4




FERRO PURO

•       FERRO  = FERRITA
•       FERRO  = AUSTENITA
•       FERRO  = FERRITA 

•       TF= 1534 C                        CARBONO



       Nas ligas ferrosas as fases ,  e  FORMAM
        soluções sólidas com Carbono intersticial
5



Fases presentes no diagrama Fe – Fe3C
                 Ferrita ou ferro α -
                  Forma estável do ferro puro à
                   temperatura ambiente.
                  Estrutura CCC.
                  Apenas pequenas
                   concentrações de carbono são
                   solúveis na ferrita.
                  (solubilidade máxima: 0,022%p
                   de carbono a 727 0C).
                  Propriedades:
                      Dúctil
                      Magnética abaixo de 768 0C
                      massa específica 7,88 g/cm3
6



Fases presentes no diagrama Fe – Fe3C
                 Austenita ou fase γ do ferro
                  Não é estável abaixo de 727 0C.
                  Solubilidade máxima de
                   carbono: 2,14%p a 1147 0C.
                  Não-magnética.
                 Ferrita δ:
                  estável somente a temperaturas
                   elevadas – sem importância
                   tecnológica
                 Cementita (Fe3C)
                  Forma-se quando o limite de C
                   é excedido na ferrita α.
                  Também coexiste com a fase γ
                   entre 727 0C e 1147 0C.
                  Mecanicamente: dura e frágil
7




    Sistema Fe-Fe3C
•  Ferro Puro= até 0,02% de Carbono
• Aço= 0,02 até 2,06% de Carbono
• Ferro Fundido= 2,1-4,5% de Carbono
• Fe3C (CEMENTITA)=
Forma-se quando o limite de
solubilidade do carbono é
ultrapassado (6,7% de C)
8




                       Eutética

Peritética


       Eutetóide
PONTOS IMPORTANTES DO
 SISTEMA Fe-Fe3C (EUTÉTICO)
 LIGA  EUTÉTICA: corresponde à liga de
           mais baixo de fusão
 Líquido → fase γ(austenita) + cementita
      Temperatura= 1148 C
     Teor de Carbono= 4,3%
     As ligas de Ferro fundido de 2,1-4,3% de C são
      chamadas de ligas hipoeutéticas (comerciais).
     As ligas de Ferro fundido acima de 4,3% de C são
      chamadas de ligas hipereutéticas.
10


PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe3C (EUTETÓIDE)

•   LIGA EUTETÓIDE  corresponde à liga de mais
    baixa temperatura de transformação sólida

Austenita → FASE  (FERRITA) + Cementita

•   Temperatura= 725 C
•   Teor de Carbono= 0,8 %
•   Aços com 0,02-0,8% de C são chamadas de aços hipoeutetóides
•   Aços com 0,8-2,1% de C são chamadas de aços hipereutetóides
11



         MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE
    Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio

•   É similar ao eutético
•    Consiste de lamelas alternadas de fase  (ferrita) e
     Fe3C (cementita) chamada de
                        PERLITA

•   Propriedades mecânicas da perlita
    • intermediária entre ferrita (mole e dúctil) e
      cementita (dura e frágil)
12


MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE
13




MICROESTRUTURA DO AÇO EUTETÓIDE
RESFRIADO LENTAMENTE




        Somente Perlita
14


MICROESTRUTURAS /HIPOEUTETÓIDE
Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio
Baixo Carbono
 AÇO BAIXO CARBONO < 0,3% C




 Baixa Dureza e alta ductilidade;
 Bons para trabalhos mecânico e soldagem;
 Não são temperáveis;
 Utilizados na construção de prédios, pontes, navios,
  automóveis.
 Estrutura é usualmente ferrítica e perlítica
 Entre as suas aplicações típicas estão as chapas
  automobilística, perfis estruturais e chapas utilizadas
  na fabricação de tubos, construção civil, pontes
16


MICROESTRUTURA DOS AÇOS BAIXO TEOR DE CARBONO

                       AÇO COM ~0,2%C
                                                          Perlita




                                           Ferríta (pró eutetóide )

 As quantidades de ferríta e variam conforme a % de carbono e podem
 ser determinadas pela regra das alavancas
Médio Carbono
  São aços de boa temperabilidade em água
 Apresentam a melhor combinação de
tenacidade e ductilidade e resistência
mecânica e dureza
 São os aços mais comuns, tendo inúmeras
aplicações em construção : rodas e equipamentos
ferroviários, engrenagens, virabrequins e outras
peças de máquinas que necessitam de elevadas resistências mecânica
e ao desgaste tenacidade
 Quando temperados e revenidos atingem boa tenacidade e
   resistência.
 Os tratamentos térmicos são realizados com taxas de resfriamento
elevadas e com seções finas.
 São utilizados em rodas, equipamentos ferroviários, e peças que
   necessitam de alta resistência mecânica.

                AÇO MÉDIO CARBONO  0,3-0,6% C
18


MICROESTRUTURA DOS AÇOS MÉDIO TEOR DE CARBONO
RESFRIADOS LENTAMENTE

               AÇO COM
               ~0,45%C




                            Ferrita   Perlita
PROPRIEDADES DOS AÇOS ALTO CARBONO
 Apresentam baixa conformabilidade e tenacidade
 Apresentam alta dureza e elevada resistência ao desgaste
 Quando temperados são frágeis
 Apresentam elevada dureza e resistência após a têmpera.
 São comumente utilizados em trilhos, engrenagens,
  componentes sujeitos ao desgaste (martelo).




       AÇO ALTO CARBONO  > 0,6% C
4)
Diagrama de ferro carbono
22


MICROESTRUTURAS /HIPEREUTETÓIDE
Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio
 Teor de Carbono = 0,8-2,06 %
23
24



Aços classificação – ABS (American Bureau of Shipping)




RULES FOR MATERIALS AND WELDING 2009
PART 2
25   May 30, 2011

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Diagrama de ferro carbono

  • 1. Introdução a Ciência dos Materiais Diagrama Ferro-Carbono 1 Prof. André Carvalho
  • 2. 2 DIAGRAMAS Fe-C e Fe-Fe3C Existem dois tipos de diagramas Fe-C: O diagrama Fe-C estável, que mostra o equilíbrio entre o Fe e a grafita;  E o diagrama Fe-Fe3C, metaestável, que apresenta o equilíbrio entre o ferro e a cementita (Fe3C).  Em virtude das velocidades de resfriamento vigentes no processamento dos aços serem elevadas em relação as condições de equilíbrio, o diagrama empregado como ferramenta para o estudo de aços ao carbono e ferros fundidos brancos é o diagrama Fe - Fe3C.
  • 3. 3 DIAGRAMA DE FASE Fe-Fe3C -TRANSFORMAÇÃO ALOTRÓPICA +l CCC +l l+Fe3C CFC +Fe3C +  CCC +Fe3C As fases ,  e  são soluções sólidas com Carbono intersticial
  • 4. 4 FERRO PURO • FERRO  = FERRITA • FERRO  = AUSTENITA • FERRO  = FERRITA  • TF= 1534 C CARBONO  Nas ligas ferrosas as fases ,  e  FORMAM soluções sólidas com Carbono intersticial
  • 5. 5 Fases presentes no diagrama Fe – Fe3C Ferrita ou ferro α -  Forma estável do ferro puro à temperatura ambiente.  Estrutura CCC.  Apenas pequenas concentrações de carbono são solúveis na ferrita.  (solubilidade máxima: 0,022%p de carbono a 727 0C).  Propriedades:  Dúctil  Magnética abaixo de 768 0C  massa específica 7,88 g/cm3
  • 6. 6 Fases presentes no diagrama Fe – Fe3C Austenita ou fase γ do ferro  Não é estável abaixo de 727 0C.  Solubilidade máxima de carbono: 2,14%p a 1147 0C.  Não-magnética. Ferrita δ:  estável somente a temperaturas elevadas – sem importância tecnológica Cementita (Fe3C)  Forma-se quando o limite de C é excedido na ferrita α.  Também coexiste com a fase γ entre 727 0C e 1147 0C.  Mecanicamente: dura e frágil
  • 7. 7 Sistema Fe-Fe3C • Ferro Puro= até 0,02% de Carbono • Aço= 0,02 até 2,06% de Carbono • Ferro Fundido= 2,1-4,5% de Carbono • Fe3C (CEMENTITA)= Forma-se quando o limite de solubilidade do carbono é ultrapassado (6,7% de C)
  • 8. 8 Eutética Peritética Eutetóide
  • 9. PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe3C (EUTÉTICO)  LIGA EUTÉTICA: corresponde à liga de mais baixo de fusão  Líquido → fase γ(austenita) + cementita  Temperatura= 1148 C  Teor de Carbono= 4,3%  As ligas de Ferro fundido de 2,1-4,3% de C são chamadas de ligas hipoeutéticas (comerciais).  As ligas de Ferro fundido acima de 4,3% de C são chamadas de ligas hipereutéticas.
  • 10. 10 PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe3C (EUTETÓIDE) • LIGA EUTETÓIDE  corresponde à liga de mais baixa temperatura de transformação sólida Austenita → FASE  (FERRITA) + Cementita • Temperatura= 725 C • Teor de Carbono= 0,8 % • Aços com 0,02-0,8% de C são chamadas de aços hipoeutetóides • Aços com 0,8-2,1% de C são chamadas de aços hipereutetóides
  • 11. 11 MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio • É similar ao eutético • Consiste de lamelas alternadas de fase  (ferrita) e Fe3C (cementita) chamada de PERLITA • Propriedades mecânicas da perlita • intermediária entre ferrita (mole e dúctil) e cementita (dura e frágil)
  • 13. 13 MICROESTRUTURA DO AÇO EUTETÓIDE RESFRIADO LENTAMENTE Somente Perlita
  • 15. Baixo Carbono AÇO BAIXO CARBONO < 0,3% C  Baixa Dureza e alta ductilidade;  Bons para trabalhos mecânico e soldagem;  Não são temperáveis;  Utilizados na construção de prédios, pontes, navios, automóveis.  Estrutura é usualmente ferrítica e perlítica  Entre as suas aplicações típicas estão as chapas automobilística, perfis estruturais e chapas utilizadas na fabricação de tubos, construção civil, pontes
  • 16. 16 MICROESTRUTURA DOS AÇOS BAIXO TEOR DE CARBONO AÇO COM ~0,2%C Perlita Ferríta (pró eutetóide ) As quantidades de ferríta e variam conforme a % de carbono e podem ser determinadas pela regra das alavancas
  • 17. Médio Carbono  São aços de boa temperabilidade em água  Apresentam a melhor combinação de tenacidade e ductilidade e resistência mecânica e dureza  São os aços mais comuns, tendo inúmeras aplicações em construção : rodas e equipamentos ferroviários, engrenagens, virabrequins e outras peças de máquinas que necessitam de elevadas resistências mecânica e ao desgaste tenacidade  Quando temperados e revenidos atingem boa tenacidade e resistência.  Os tratamentos térmicos são realizados com taxas de resfriamento elevadas e com seções finas.  São utilizados em rodas, equipamentos ferroviários, e peças que necessitam de alta resistência mecânica. AÇO MÉDIO CARBONO  0,3-0,6% C
  • 18. 18 MICROESTRUTURA DOS AÇOS MÉDIO TEOR DE CARBONO RESFRIADOS LENTAMENTE AÇO COM ~0,45%C Ferrita Perlita
  • 19. PROPRIEDADES DOS AÇOS ALTO CARBONO  Apresentam baixa conformabilidade e tenacidade  Apresentam alta dureza e elevada resistência ao desgaste  Quando temperados são frágeis  Apresentam elevada dureza e resistência após a têmpera.  São comumente utilizados em trilhos, engrenagens, componentes sujeitos ao desgaste (martelo). AÇO ALTO CARBONO  > 0,6% C
  • 20. 4)
  • 22. 22 MICROESTRUTURAS /HIPEREUTETÓIDE Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio Teor de Carbono = 0,8-2,06 %
  • 23. 23
  • 24. 24 Aços classificação – ABS (American Bureau of Shipping) RULES FOR MATERIALS AND WELDING 2009 PART 2
  • 25. 25 May 30, 2011