Ferro Carbono

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5/25/2018 FerroCarbono-slidepdf.com http://slidepdf.com/reader/full/ferro-carbono-562008ca12fdd 1/24 O sistema ferro-carbono Capítulo 1 1.1 O ELEMENTO FERRO O ferro apresenta as seguintes transformações (Figura 1.1): Mudanças de fase do ferro puro [1].    T   e   m   p   e   r   a    t   u   r   a    (    º    C    ) Vapor Líquido Ferro δ (CCC) Ferro γ  (CFC) Ferro α (CCC) Não ferromagnético (Ferro β) Ferromagnético 2875 1538 1394 912 770

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    O sistemaferro-carbono

    Captulo1

    1.1 O ELEMENTO FERRO

    O ferro apresenta as seguintes transformaes (Figura 1.1):

    Mudanas de fase do ferro puro [1].

    Tempera

    tura(C)

    Vapor

    Lquido

    Ferro (CCC)

    Ferro (CFC)

    Ferro (CCC)

    No ferromagntico(Ferro )

    Ferromagntico

    2875

    1538

    1394

    912

    770

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    Aos e ligas especiais2

    Observa-se que o ferro slido, ao ser aquecido a partir da temperatura ambiente, muda asua estrutura de Cbica de Corpo Centrado (CCC) para Cbica de Face Centrada (CFC) a912 C. Continuando o aquecimento a 1394 C, o ferro muda novamente de estrutura, passan-do de CFC para CCC (Figuras 1.2 e 1.3).

    Estrutura cbica de corpo centrado [2,3].(a) Representao esquemtica

    (b) Vista tridimensional

    (c) Clula unitria

    (d) Plano diagonal da clual unitria

    (b)(b)(b)(b)(b)

    (c)(c)(c)(c)(c)

    (d)(d)(d)(d)(d)

    A C

    E G

    a.2

    r

    2r

    r

    a

    A Baa

    a

    E

    H G

    C

    (a)(a)(a)(a)(a)

    z

    x

    y

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    O SISTEMA FERRO-CARBONO 3

    Por meio de clculos geomtricos, pode-se correlacionar o parmetro de rede da clulaunitria acom o raio do tomo (r):

    a= 4r

    3

    CCC (1-a)

    a=4r

    2CFC (1-b)

    Estrutura cbica de face centrada [4].

    (a) Representao esquemtica

    (b) Vista tridimensional

    (c) Clula unitria

    (d) Plano da face da clula unitria

    (a)(a)(a)(a)(a) (b)(b)(b)(b)(b)

    (c)(c)(c)(c)(c)

    A B

    E F

    r

    2r

    r

    a

    z

    x

    y

    A B

    E

    H G

    C

    a

    (d)(d)(d)(d)(d)

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    Aos e ligas especiais4

    medida que se eleva a temperatura, aumenta a vibrao atmica, aumentando oparmetro de rede a. Isto pode ser visualizado na Figura 1.4. O parmetro de rede a expres-so em angstrons (), em que 1 = 1010m.

    Para se medir a densidade volumtrica da clula unitria, ou seja, a porcentagem dovolume da clula que efetivamente ocupada pelos tomos, utiliza-se o Fator de Empaco-tamento (FE) [6]:

    FE =n Va

    Vc(1-c)

    Efeito da temperatura sobre o parmetro do reticulado do ferro [5].

    2,94

    2,92

    2,90

    2,88

    2,86

    0 400 800 1200

    Temperatura (oC)

    Parmetroa

    nafase

    ()

    3,68

    3,66

    3,64

    CCC

    CFC

    CCC

    P

    armetroan

    asfasese

    ()

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    O SISTEMA FERRO-CARBONO 5

    em que:

    n = nmero de tomos inteiros dentro da clula

    Va = volume do tomo (= 4/3 r3)

    Vc = volume da clula (= a3no caso de clulas cbicas)

    Calculando-se o fator de empacotamento para estruturas cbicas, encontra-se:

    FE = 0,68 CCC

    FE = 0,74 CFC

    ou seja, na estrutura cbica de corpo centrado, 68% do volume ocupado por tomos, j na

    estrutura cbica de face centrada, 74% do volume ocupado por tomos, sendo vazio o restante.

    1.2 SOLUES SLIDAS DE FERRO

    Quando dois metais se misturam para formar uma soluo slida, os tomos do solutopodem substituir uma frao dos tomos da matriz (soluo slida substitucional) Figura1.5 ou se alojar nos espaos vazios da matriz (soluo slida intersticial) Figura 1.6. Paraque uma soluo slida substitucional seja formada, alm de compatibilidade eletroqumica, necessrio que o tamanho dos tomos do soluto seja prximo do tamanho dos tomos da

    matriz (mais ou menos 15% de variao no raio ou dimetro atmico) [8].O ferro apresenta vos octadricos e tetradricos em suas estruturas CCC e CFC [9]

    (Figuras 1.7 e 1.8).

    Para elementos de estrutura cbica, como o ferro, as relaes entre o raio (r) do tomo,que se alojaria em um vo tetradrico ou octadrico, e o raio (R) da matriz so apresenta-das na Tabela 1.1:

    Na Tabela 1.1, observa-se que, alm de a estrutura CFC ser mais compacta que aCCC, ela apresenta vos maiores, embora, obviamente, em menor nmero.

    Relaes entre o raio do tomo intersticial (r) e o raio do tomo de matrizes (R)com estrutura cbica [10].

    EstruturaEstruturaEstruturaEstruturaEstruturaRelaoRelaoRelaoRelaoRelao

    FEFEFEFEFE

    OctadricoOctadricoOctadricoOctadricoOctadrico TTTTTetradricoetradricoetradricoetradricoetradrico

    CFC 0,414 0,225 0,74

    CCC 0,154 0,291 0,68

    rrrrrRRRRR

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    Aos e ligas especiais6

    Soluo slida intersticial [7].

    Por exemplo, carbono ( ) dissolvido no ferro CFC ( )

    Vos na estrutura cbica de face centrada [9].

    += vo octadrico= vo tetradrico

    Soluo slida substitucional [7].

    (a) ordenada

    (b) ao acaso

    (a)(a)(a)(a)(a) (b)(b)(b)(b)(b)

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    O SISTEMA FERRO-CARBONO 7

    Antes de analisarmos o diagrama Fe-C, vamos comparar o tamanho do tomo de carbonocom os interstcios da matriz de ferro (Tabela 1.2).

    A anlise da Tabela 1.2 indica que:a) O carbono no forma soluo slida substitucional com o ferro.

    b) O carbono maiorque o maior vo da estrutura CFC do ferro (0,71 e 0,53 ,respectivamente), o que acarretar uma baixa solubilidade do carbono no ferro (mxima de 2% a 1148 C).

    Ferro Carbono

    Intersticial Substitucional

    Raio do vo Raio do vo 15% do raioTemperatura Estrutura Raio Fe Octadrico Tetradrico do Fe

    C () () () ()

    500 CCC 1,25 0,19 0,36 1,06-1,44 0,71

    1000 CFC 1,29 0,53 0,29 1,10-1,48

    Comparao entre o raio atmico do carbono e os vos da estrutura do ferro. Dados

    do ferro calculados a partir da Figura 1.4, equaes (1) e (2) e Tabela 1.1 Raio do

    carbono obtido na referncia [11].

    Raio doRaio doRaio doRaio doRaio docarbonocarbonocarbonocarbonocarbono

    () a 15 C() a 15 C() a 15 C() a 15 C() a 15 C(grafita)(grafita)(grafita)(grafita)(grafita)

    Vos na estrutura cbica de corpo centrado [9].

    += vo octadrico= vo tetradrico

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    Aos e ligas especiais8

    c) O carbono muito maiorque o maior vo da estrutura CCC do ferro (0,71 e0,36 , respectivamente), o que acarretar uma solubilidade quase nula do carbonono ferro (mxima de 0,02% a 727 C).

    1.3 DIAGRAMA FERRO-GRAFITA

    A combinao do carbono e ferro, em equilbrio termodinmico, dar origem a dife-rentes fases para as diversas temperaturas avaliadas. Isto indicado no diagrama de equil-brio Fe-C (grafita) da Figura 1.9. Este diagrama, construdo em escala logartmica paraconcentraes, indica que, na temperatura ambiente, os constituintes do sistema Fe-C se-riam ferrita () e grafita.

    Diagrama de equilbrio ferro-grafita [12].

    Carbono (% em peso)

    G (Grafita)

    0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 20 50 100

    Ponto defuso(1535 C)

    1500

    Ferrita

    1395

    1200

    915

    900

    770

    Ferrita

    600

    Temperatura(C)

    1155

    735

    + G

    0,008 0,69 1,98 4,27

    + L

    L + G1495

    +

    + +L

    Austenita

    AGr

    A3

    A2

    LLquido

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    O SISTEMA FERRO-CARBONO 9

    1.4 DIAGRAMA FERRO-CEMENTITA

    Na produo industrial do ao, entretanto, a solidificao e o resfriamento so muitorpidos para que o equilbrio termodinmico seja alcanado. Ocorre, ento, a formao de

    uma fase metaestvel, a cementita (carboneto de ferro), no lugar da grafita. Embora essafase seja termodinamicamente metaestvel, em termos de aplicaes prticas ela consi-derada estvel, pois, na temperatura ambiente, o coeficiente de difuso do carbono no ferro muito baixo [13] (D = 2,9 x 1019 cm2/s), e a transformao de cementita em grafita pratica-mente nula. O diagrama de fase (e no de equilbrio, como erroneamente chamado) entre oferro e a cementita mostrado na Figura 1.10.

    As fases que aparecem no diagrama da Figura 1.10 so descritas a seguir (elas serodiscutidas com maior profundidade no Captulo 2).

    Ferrita ()Soluo slida de carbono em ferro CCC, existente at a temperatura de 912 C. Nesta

    faixa de temperatura, a solubilidade do carbono no ferro muito baixa, chegando ao mxi-mo de 0,020% a 727 C.

    Austenita ()

    Soluo slida de carbono em ferro CFC, existindo entre as temperaturas de 727 e1495 C, e com solubilidade mxima de carbono no ferro de 2,11% a 1148 C.

    O teor de carbono 2% adotado como separao entre os dois principais produtossiderrgicos [14]:

    Aos teores de carbono at 2% em peso

    Ferros fundidos teores de carbono maiores que 2% em peso

    Ferrita ()

    Para pequenos teores de carbono, acima de 1394 C, o ferro muda novamente paracbico de corpo centrado, dando origem ferrita , que uma soluo slida de carbono

    em ferro CCC, sendo estvel at 1538 C, quando o ferro se liquefaz. Tendo o ferro umaestrutura CCC, a solubilidade do carbono baixa, atingindo um mximo de 0,09% C a 1495 C.Os nomes de ferrita e ferrita so usados para indicar a mesma soluo slida de carbonoem ferro CCC, porm ocorrendo em diferentes faixas de temperatura. A solubilidade mxi-ma de carbono na ferrita um pouco maior que na ferrita (0,09 e 0,02%, respectivamen-te), devido ao fato de que a ferrita ocorre em temperaturas maiores, em que a agitaotrmica da matriz de ferro tambm maior, favorecendo a maior dissoluo do carbono.

    Quando no houver referncia contrria, o termo ferrita, neste texto, corresponder ferrita .

    Cementita (Fe3C)

    um carboneto de ferro com estrutura ortorrmbica [15] e de alta dureza. A cementitad origem a um eutetoide de extrema importncia no estudo dos aos, a perlita, que ser

    vista, posteriormente, com mais detalhes.

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    Aos e ligas especiais10

    Diagrama de fases ferro-cementita [1].

    950

    900

    850

    800

    750

    700

    650

    600

    550

    500

    450

    400

    1560

    1540

    1520

    150 0

    1480

    146 0

    1440

    14 20

    1400

    13 80

    1360

    1700

    1600

    1500

    1400

    1300

    1200

    1100

    1000

    900

    800

    700

    600

    500

    400

    300

    200

    100

    0

    0,010Fe 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70

    0,5

    Fe

    Fe

    912

    0,020

    770 (Temperatura Curie)

    1538

    14950,17

    + L

    + L

    + L

    0,530,09

    L

    1394

    912

    770

    0,77

    727

    14951538

    1394

    1148

    1227

    4,302,11

    Cementita(Fe

    3C)

    1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5

    1580

    Carbono (%empeso) Carbono (% em peso)

    Carbono (% em peso)

    ao ferro fundido

    Temperatura(

    C)

    Temperatura(C)

    Temperatura(

    C)

    + Fe3C

    +

    Lquido

    Linha lquidus

    Linha solidus

    + Fe3C

    6,69

    + Fe3C

    0,020

    g+ Fe3C

    a+ Fe3C

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    O SISTEMA FERRO-CARBONO 11

    1.5 PONTOS RELEVANTES DO DIAGRAMA

    FERRO-CEMENTITA

    Existem vrias temperaturas e linhas de importncia prtica no diagrama de fase ferro-

    cementita.

    Linha A1

    Indica a reao eutetoide + Fe3C a 727 C.

    A utilizao da letra A para designar estas linhas foi feita, primeiro, pelo francs LeChatelier e indica a ocorrncia de uma parada (Arrt) durante a transformao.

    Assim, ao se resfriar um ao com 0,77% C, observa-se uma parada na temperatura de727 C, ou seja, enquanto a transformao + Fe3C no se completar, a temperaturapermanecer invariante (Figura 1.11).

    Linha A2

    Transformao magntica do ferro CCC, ocorrendo a 770 C (tambm chamada deTemperatura Curie da ferrita) [1]. Nesta temperatura, o ferro muda de paramagntico paraferromagntico [16].

    Cintica de formao da perlita (reao eutetoide).

    Temperatura(C)

    727

    (A1)

    Tempo

    + Fe3C

    + Fe3C

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    Aos e ligas especiais12

    Linha A3

    Temperatura de transformao . Para o ferro puro, ocorre a 912 C. medida que

    o teor de carbono vai aumentando, a temperatura A3vai diminuindo, at o limite de 727 C, no qual

    se encontra com A1.

    Linha Acm

    Temperatura de transformao Fe3C. Inicia-se a 727 C com 0,77% C e vai aumen-

    tando com elevao do teor de carbono, at atingir 1148 C a 2,11% C.

    Linha A4

    Temperatura de transformao . Inicia-se a 1394 C para o ferro puro e vaiaumentando com adio de carbono no ferro, atingindo um mximo a 1495 C com 0,17% C.

    Linha Liquidus

    Acima desta linha, todo o ao est na forma lquida. A temperatura, na qual o ao comea a

    solidificar, abaixa com o aumento do teor de carbono, partindo de um mximo a 1538 C no

    ferro puro, at atingir 1148 C na liga Fe-4,30% C. O aspecto tecnolgico imediato que resulta

    desta observao que mais fcil fundir ferros fundidos do que aos, pois as temperaturasde fuso so menores.

    Linha Solidus

    Abaixo desta linha, todo o material estar no estado slido. Na regio entre

    as linhasLiquiduseSolidushaver, no equilbrio, a coexistncia de fases slidas e

    lquidas.

    1.6 EFEITO DO RESFRIAMENTO E AQUECIMENTO

    NAS LINHAS DE TRANSFORMAO

    No diagrama da Figura 1.10, as transformaes limitadas pelas linhas A1, A2, Acm etc.supostamente ocorrem no equilbrio. Nas condies industriais de processamentometalrgico, estas transformaes ocorrem fora do equilbrio termodinmico, e as li-nhas de transformao para aquecimento e resfriamento apresentam-se defasadas (Fi-gura 1.12). Para as condies de equilbrio, utilizam-se as notaes: A1, A2etc., ou Ae1,

    Ae2etc.

    Para o aquecimento, utilizam-se Ac1, Ac2etc., pois a sigla vem do francs (c = chauffage= aquecimento).

    Para o resfriamento, utilizam-se Ar1, Ar2etc., que vem de refroidissement [17].

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    O SISTEMA FERRO-CARBONO 13

    1.7 REAES INVARIANTES

    Reaes invariantes so as que ocorrem com temperatura e presso constantes (Fi-gura 1.11). Algumas das mais comuns so indicadas na Figura 1.13.

    Uma reao invariante importante no estudo dos aos a eutetoide, que ocorre a 727 C.Para um ao com 0,77% C, o produto formado a perlita, que no uma fase, mas umamistura de duas fases, ferrita e cementita, com uma estrutura lamelar caracterstica.

    Um ao com 0,77% C (na prtica, diz-se ao 0,8% C) chamado de eutetoide. Aoscom menos de 0,77% C so hipoeutetoides e, com mais de 0,77% C, so hipereutetoides.

    Embora a perlita no seja uma fase, e sim um constituinte, possvel interpretar odiagrama de fase Ferro-Cementita de modo a prever sua ocorrncia e quantidade relativana microestrutura. Assim, aos com menos de 0,77% C possuem ferrita e perlita em sua

    microestrutura; com 0,77% C, s perlita; e acima de 0,77% C, perlita e cementita (Figu-ra 1.14). Isto, obviamente, se forem obtidos por meio de um resfriamento lento (dentro doforno, por exemplo). Se o resfriamento for mais rpido (em leo ou gua), aparecero outrasfases, metaestveis, e que no so previstas pelo diagrama Ferro-Cementita. Essas outrasfases sero estudadas no prximo captulo.

    Influncia do aquecimento e resfriamento nas linhas de transformao do diagrama

    Fe-C [17].

    Temperatura(C)

    940

    900

    860

    820

    780

    740

    7000 0,2 0,4 0,6 0,77 1,0 1,2 1,4

    ACCM

    ACMou AeCM

    ArCM

    Carbono (% em peso)

    Ac3

    AC1

    A1ou Ae1

    Ar1

    Ar3

    Ae3ou A3

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    Aos e ligas especiais14

    Algumas das reaes encontradas nos diagramas de equilbrio [18].

    Euttico Perittico

    L

    + + L +

    L +

    L +

    Eutetoide Peritetoide

    + + +

    +

    +

    L = Lquido, , = Fases slidas

    Diagrama de fases Fe-Perlita.

    Temperatura(C) 912

    0 0,77 2,11 6,69 %C

    Hipoeutetoides

    EutetoidesHipereutetoides

    Fe3C

    PP

    P

    +

    + Fe3C

    + P P P + Fe3C Fe3C

    L +

    +

    727

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    O SISTEMA FERRO-CARBONO 15

    Micrografias de ao 1020, com e sem ataque qumico.

    Nital 400XGros brancos Ferrita

    Gros escuros Perlita

    Nital 100X

    Linhas de deformao

    ocorridas no forjamento

    rotativo.

    Polido, sem ataque,

    100X

    Observam-se inclusese poros.

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    16/24

    Aos e ligas especiais16

    1.8 OBSERVAES DA MICROESTRUTURA

    Para se observarem as fases presentes em um ao, faz-se o polimento da amostra atque ela fique como espelho, seguindo-se um ataque com um reagente qumico apropriado.

    Um dos reagentes qumicos mais empregados para aos carbono o nital, que consisteem uma mistura de 0,5 a 2% de cido ntrico em lcool etlico.

    A amostra apenas polida e no atacada pode revelar descontinuidades, como trincas,poros, incluses etc. Na amostra atacada quimicamente, consegue-se observar tanto as fasescomo sua distribuio, o que permite avaliar aspectos estruturais de fabricao (regies afetadaspelo calor da soldagem, linhas de deformao ocorridas no forjamento) e caractersticas, comosegregaes etc. Na Figura 1.15, observa-se uma amostra de ao 1020 antes e depois do ataquequmico. Nota-se que a pea possui incluses; foi conformada por deformao (e no fundida);apresenta bandas de segregao de carbono; possui ferrita e perlita na estrutura; sua granulao

    fina (gros pequenos); e ainda que o teor de carbono do ao deve ser de 0,2% (o que serexplicado no prximo item). Essas observaes indicam a importncia do exame metalogrfico,pois um ensaio simples como esse pode fornecer uma srie de informaes importantes sobre aestrutura e o processamento de uma determinada pea.

    Ainda na Figura 1.15, observa-se que o ataque qumico revela o contorno de gro daferrita e diferencia, por colorao, a ferrita da perlita. Com o nital, a ferrita aparece branca ea perlita preta, o que no significa que esse ataque qumico tenha colorido de maneiradistinta as duas fases, ou o contorno de gro da ferrita, mas sim que o reagente qumicocorroeu mais uma fase do que outra, produzindo diferenas de altura em relao superf-cie, refletindo, com isso, mais ou menos luz para a ocular do microscpio. No contorno de gro,o processo semelhante: como os contornos de gro so regies mais desordenadas que assuas regies centrais, mais fcil para o cido remover os tomos do contorno, e essa corro-so qumica mais profunda no contorno de gro formar uma regio mais escura durante aobservao no microscpio (Figura 1.16).

    Na Figura 1.17, observam-se aos hipoeutetoides e hipereutetoides. Em algumas regies, aperlita apresenta-se como uma massa escura homognea e, em outras, conseguimos notar queela formada por lamelas alternadas de ferrita e cementita. Isso se deve inclinao das

    lamelas em relao superfcie de observao e ampliao empregada, que sero discutidasno Captulo 2.

    1.9 DETERMINAO DA FRAO VOLUMTRICA DAS FASES

    Quando um lingote de ao solidifica, observa-se, pelo diagrama de fases, que ele sofreuma srie de transformaes, desde o estado lquido at a temperatura ambiente.

    Analisemos, como exemplo, o resfriamento de uma liga Fe-0,25% C a partir do seuestado lquido (1600 C), at a temperatura ambiente (Figura 1.18). A anlise dessa figura

    indica que, em duas ocasies, a liga monofsica, ou seja, apresenta uma nica fase (noestado lquido e no campo austentico). Nesse caso, bvio que a amostra tem 100% lquidoou 100% (austenita). Existem situaes, entretanto, em que a amostra se apresenta bifsica(+ L, L + , + , + P). Podemos, entretanto, calcular a frao volumtrica de cadafase utilizando a regra da alavanca (Figura 1.19), considerando que as densidades das fases

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    O SISTEMA FERRO-CARBONO 17

    Observaes do contorno de gro em um microscpio(a) Esquema de observao [19].

    (b) O contorno de gro reflete pouca luz por ser uma regio irregular.

    (c) Observao do contorno do antigo gro austentico em ao 1020, pelo mtodo

    de Kohn + reativo de Bchet [20].

    (c)(c)(c)(c)(c)

    Raios doiluminador

    Lente

    Para a ocular

    Luz incidente

    Vidro plano

    Parcelarefletidados raios

    Objeto

    (a)(a)(a)(a)(a)

    Contornode gro

    Luz refletida

    (b)(b)(b)(b)(b)

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    Aos e ligas especiais18

    Estruturas de aos carbono aps resfriamento lento (recozimento). Nital. 430X.

    0,95% C

    Cementita (gros

    alongados claros no

    antigo contorno de gro

    austentico) + Perlita.

    0,45% C

    Ferrita + Perlita

    0,18% C

    Ferrita + Perlita

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    O SISTEMA FERRO-CARBONO 19

    Regio bifsica (+ ) de um diagrama de equilbrio binrio.

    Composio

    Temperatura

    C C0 C

    T1

    +

    Mudanas de fases durante o resfriamento de uma liga Fe-0,25% C.

    1600 C

    Temperaturaambiente

    Lquido

    Lquido +

    Lquido +

    +

    + P

    L

    L

    L

    P

    Amostra totalmente slida

    forma-se no contorno degro da fase

    A perlita substitui a austenita ()restante

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    Aos e ligas especiais20

    so semelhantes. Suponhamos que a liga apresente uma composio C0(por exemplo,0,25% C na liga Fe-C). Na temperatura T1, a liga apresentar duas fases: e , cujas fraes

    volumtricas so dadas por [21]:

    % 100C C0C C

    = (1-d)

    e

    % 100C0 C

    C C= (1-e)

    % + % = 100%

    Da mesma forma, para um ao hipoeutetoide de composio C0, resfriado lentamente, afrao de ferrita livre (ou seja, somente os gros isolados de ferrita, sem levar em conta aferrita presente na perlita) seria dada por:

    1000,77 C0

    0,77%

    L= (1-f)

    ou

    100C0

    0,771 %

    L= (1-g)

    e a quantidade de perlita seria dada por:

    % P = 100=

    100

    C0

    0,77

    C0

    0,77

    ou

    % P =100.C00,77

    (1-h)

    Assim, um ao com Co= 0,2% C apresentar, aproximadamente, 25% de perlita e 75% deferrita. Um ao com 0,4% C apresentar, aproximadamente, 50% de perlita e 50% de ferrita.

    E um ao com 0,77% C apresentar 100% de perlita e nenhuma ferrita livre.Ento, se soubermos o teor de carbono do ao, poderemos avaliar qual vai ser sua es-

    trutura em termos de ferrita e perlita, desde que ele seja resfriado lentamente. De maneirainversa, se avaliarmos por meio da microscopia seu teor de ferrita e perlita, poderemos esti-mar seu teor de carbono utilizando a equao (1-g) ou (1-h).

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    O SISTEMA FERRO-CARBONO 21

    Por exemplo:

    % P =100.C00,77

    ou

    C0=0,77.(%P)

    100 (1-i)

    Assim, se microscopicamente observamos que o ao tem 40% de perlita e 60% deferrita, pela equao (1-i) estimamos o seu teor de carbono em:

    C0=0,77 (40)

    100 0,3%

    C0 0,3% C

    1.10 EFEITO DA VELOCIDADE DE RESFRIAMENTO NA FRAOVOLUMTRICA DA FERRITA E PERLITA

    O teor de carbono do ao carbono s pode ser avaliado em funo de suas reas de ferritae perlita se o resfriamento for muito lento (no forno, por exemplo). Se o resfriamento for maisrpido, mesmo que a microestrutura seja ainda de ferrita e perlita, a quantidade de ferritaser menor que a prevista pelo diagrama de fase, pois a perlita comea a se formar antes definalizar a formao da ferrita, interrompendo o seu processo de crescimento (Figuras 1.20 e 1.21).

    Reduo da frao volumtrica da ferrita com o aumento da taxa de resfriamento(C/min)

    = Ferrita = AustenitaP = Perlita

    + + P

    P

    P

    + + P + P

    Resfriamentolento

    Resfriamentorpido

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    Aos e ligas especiais22

    EXERCCIOS

    1.1.1.1 .1 . Classificar as reaes invariantes do diagrama de fases ferro-cementita (Figura1.10) que ocorrem a:

    a) 727 C

    b) 1148 C

    c) 1495 C

    2.2.2.2 .2 . Para um ao com 0,25% C, calcular as fraes volumtricas das fases presentesa:

    a) 1600 C

    b) 1496 C

    c) 1494 C

    d) 1000 C

    e) 750 C

    f) 726 C (considerando a formao de ferrita livre + perlita)

    g) 726 C (considerando a formao de ferrita total + cementita)

    h) Na temperatura ambiente (considerando a formao de ferrita livre + perlita)

    i) Qual a composio da perlita na temperatura ambiente?

    3.3.3 .3 .3 . Para um ao com 1% C, calcular as fraes volumtricas das fases presentes a:

    a) 1500 C

    b) 1400 C

    Variao da frao volumtrica da ferrita livre (ou proeutectoide) com a taxa de

    resfriamento de um ao 0,4% C [22].

    % Ferrita livre ouproeutectoide

    50

    25

    00,01 0,1 1 10 100 Taxa de resfriamento

    (C/min)

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    O SISTEMA FERRO-CARBONO 23

    c) 1100 C

    d) 750 C

    e) 726 C (considerando cementita livre + perlita)

    f) 726 C (considerando ferrita + cementita total)

    g) Na temperatura ambiente (considerando perlita + cementita livre).

    4.4.4.4.4. Analise as micrografias da Figura 1.15 e estime as fraes de ferrita e perlita doao. Com a equao (1-i), calcule o seu teor de carbono e compare com o valorfornecido pela mesma figura.

    REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

    [1] AMERICAN SOCIETY FOR METALS.Metals handbook. 8. ed. Metals Park, 1973, v. 8, p. 275-276.[2] VAN VLACK, L. H.Princpio de cincia dos materiais. So Paulo: Blucher, 1981, p. 56.

    [3] HUME-ROTHERY, W.Estrutura das ligas de ferro: introduo elementar. So Paulo: Blucher,1968, p. 16.

    [4] VAN VLACK, L. H.Princpio de cincia dos materiais. So Paulo: Blucher, 1981, p. 57.

    [5] HUME-ROTHERY, W.Estrutura das ligas de ferro: introduo elementar. So Paulo: Blucher,1968, p. 18.

    [6] VAN VLACK, L. H.Princpio de cincia dos materiais. So Paulo: Blucher, 1981, p. 55.

    [7] VAN VLACK, L. H.Princpio de cincia dos materiais. So Paulo: Blucher, 1981, p. 84.

    [8] HUME-ROTHERY, W.Estrutura das ligas de ferro: introduo elementar. So Paulo: Blucher,1968, p. 55.

    [9] HONEYCOMBE, R. W. K.; BHADESHIA, H. K. D. H.Steels:microstructure and properties. Londres:Edward Arnold, 1995, p. 4.

    [10] HUME-ROTHERY, W.Estrutura das ligas de ferro: introduo elementar. So Paulo: Blucher,1968, p. 19.

    [11] CRC Materials science and engineering handbook.SHACKELFORD, J. F. (Ed.). EUA: CRCPress LLC, 2001, p. 35.

    [12] AMERICAN SOCIETY FOR METALS.Heat treaters guide. Metals Park, 1982, p. 5.

    [13] McLELLAN, R. B. Interstitial solid solution of iron. In: Chemical metallurgy of iron and steel.Inglaterra: The Iron and Steel Institute, 1973, p. 337.

    [14] KRAUSS, G.Steels: heat treatment and processing principles.ASM, 1997, p. 2.

    [15] HUME-ROTHERY, W.Estrutura das ligas de ferro: introduo elementar. So Paulo: Blucher,1968, p. 91.

    [16] ASM Handbook, Heat Treating, EUA, 1994, v. 4, p. 950.

    [17] CHIAVERINI, V.Aos e ferros fundidos.4. ed. So Paulo: Associao Brasileira de Metais, 1979, p. 34.

    [18] ASKELAND, D. R. The science and engineering of materials. EUA: Thomson, 1994, p. 269.

    [19] VAN VLACK, L. H.Princpio de cincia dos materiais. So Paulo: Blucher, 1981, p. 92.

    [20] MEI, P. R. Efeito de adies de nibio no crescimento do gro austentico. Parte I. Anais do 40Congresso Anual da ABM, jul. 1985. Rio de Janeiro, v. Comfit, p. 199.

    [21] VAN VLACK, L. H.Princpio de cincia dos materiais. So Paulo: Blucher, 1981, p. 238.

    [22] MEI, P. R.Effect of niobium additions on the structure and properties of medium carbonsteels. 1981. CPGS Dissertation Universidade de Cambridge, Inglaterra, p. 57.

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