Estrutura e propriedades das ligas Fe-C

Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais
Tecnologia dos Materiais
Estrutura e propriedade das
ligas Fe-C

Base Tecnológica
1. Ciências dos Materiais.
 Ligações químicas.
 Estrutura Cristalina.
 Conceito de Grão e Anisotropia.
 Conceito de Difusão.
 Diagrama de fases das ligas Fe-C.
 Fases do diagrama Fe-C.
 Limite de solubilidade.
 Eutético, Eutetóide e Peritético.
 Microestruturas e seu desenvolvimento.
 Regra da Alavanca Invertida.

Ligações Químicas
1. Estrutura Atômica
2. Ligações Atômicas nos Sólidos
1. Ligações Interatômicas Primárias
1. Iônica
2. Covalente
3. Metálica
2. Ligações Secundárias – Wan der Waals
1. Dipolo Induzido
2. Dipolo Permanente

Estrutura Cristalina
Estrutura:
1. Átomo
2. Estrutura cristalina
3. Grão
4. Peças acabadas

Conceitos Fundamentais:
Um material cristalino é um no qual átomos estão situados numa disposição
repetitiva ou periódica ao longo de grandes distâncias atômicas; isto é, existe
uma ordenação de grande alcance tal que na solidificação, os átomos se
posicionarão entre si num modo tridimensional repetitivo, onde cada átomo
está ligado aos seus átomos vizinhos mais próximos. (CALLISTER, 2002)
Sólidos não-cristalinos são carentes de um arranjo atômico regular e
sistemático ao longo de distâncias atômicas relativamente grandes. Algumas
vezes esses materiais são chamados de amorfos ou líquidos super-resfriados.

Silício
Oxigênio
Esquemas bidimensionais do dióxido de silício (a) cristalino e (b) não-cristalino.

Alotropia:
Alotropia é o fenômeno em que um mesmo elemento químico pode originar
substâncias simples diferentes. As substâncias simples distintas são
conhecidas como alótropos. Estes alótropos são diferentes modificações
estruturais do elemento, ou seja, os átomos do elemento estão ligados entre
si de uma maneira diferente.

Grafite Diamante

Células Unitárias:
São pequenas entidades que se repetem na estrutura cristalina. As células
unitárias para a maioria das estruturas cristalinas são paralelepípedos ou
prismas.
• Cúbica de Corpo Centrado – CCC
• Cúbica de Faces Centrada – CFC
• Hexagonal Compacta - HC

CCC: Cúbica de Corpo Centrado
Ferro: Fase Ferrita – (α)
Fase Delta – (δ)

CFC: Cúbica de Faces Centrada
Ferro: Fase Austenita – (γ)

HC – Hexagonal Compacta

Tabela 1. Estrutura cristalina dos principais metais puros.

Grão
Formação do grão durante a solidificação
Anisotropia
As propriedades físicas de monocristais de
algumas substâncias dependem da direção
cristalográfica na qual as medições sejam
feitas. Por exemplo, o módulo elástico, a
condutividade elétrica, e o índice de refração
podem ter valores diferentes nas direções
[100] e [111]. Esta direcionalidade das
propriedades é denominada anisotropia e está
associada com a variância do espaçamento
atômico ou iônico com a direção
cristalográfica. Substâncias nas quais as
propriedades medidas são independentes da
direção de medição são isotrópicas.

Grão
Microestrutura bruta de fusão
Seção transversal de um grande lingote, apresentando a solidificação:

Difusão
Difusão em sólido semi-infinito

Diagrama de fases das ligas Fe-C

Fases:
Fase é uma porção homogênea de um sistema. Em geral uma fase é
caracterizada pelo seu estado físico, estrutura cristalina (no caso de fases
sólidas) e composição química. Alguma heterogeneidade de composição
química pode existir dentro de uma fase.
Fases das ligas Fe-C:
1. Delta (δ);
2. Austenita (γ);
3. Ferrita (α);
4. Cementita (Fe3C);

Fases Fe-C
Austenita + Fe3C
Ferrita + Fe3C
Líquido

Limite de Solubilidade
Para muitos sistemas de ligas e alguma temperatura específica, existe uma
máxima concentração de átomos soluto que podem se dissolver no solvente
para formar uma solução sólida; isto é denominado um limite de
solubilidade.
A adição de soluto em excesso a este limite de solubilidade resulta na
formação de uma outra solução sólida ou um composto que tenha
composição distintamente diferente.

da Austenita
da Ferrita

Sistema Ferro Carbono
Eutetóide
Eutético
Peritético

Sistema Ferro Carbono
Hipoeutetóide
Eutetóide
Hipereutetóide

Microestrutura
Muitas vezes , as propriedades típicas e, em particular, o comportamento
mecânico de um material depende da microestrutura.
Microestrutura é assunto para observação microscópica direta, usando
microscópios ótico ou eletrônico.
Em ligas metálicas, microestrutura é caracterizada pelo número de fases
presentes, suas proporções e a maneira na qual elas estão distribuídas ou
arranjadas.
A microestrutura de uma liga depende de variáveis como os elementos de liga
presentes, suas concentrações e o tratamento térmico da liga (isto é, a
temperatura do tratamento, o tempo de aquecimento até a temperatura do
tratamento e a taxa de resfriamento desde a temperatura do tratamento até à
temperatura ambiente).

Microestruturas
Perlita
Ferrita

Microestruturas
Perlita
Cementita
Proeutetóide

Desenvolvimento das Microestruturas
Várias das diversas microestruturas que podem ser produzidas em aços e
suas correlações com o diagrama de fases ferro-carboneto de ferro são agora
discutidas e é mostrado que a microestrutura que se desenvolve depende
tanto do teor de carbono quanto do tratamento térmico.
A discussão é confinada para um resfriamento muito lento, no qual o
equilíbrio é continuamente mantido.

Desenvolvimento da Microestrutura
Eutetóide
Aço com 0,76 % de Carbono

Hipoeutetóide

Hipereutetóide

Trabalho 1
Norma SAE e DIN:
O que são as normas SAE e DIN;
Como elas são usadas, aplicação.
Data da entrega: Sexta-feira 28/06/2013

Regra da Alavanca Inversa:
Determinação das Composições e das
Quantidades das Fases.
1. Constrói-se uma linha de amarração
no campo bifásico na temperatura
especificada;
2. Anotam-se as interseções da linha de
amarração com as fronteiras entre as
fases em ambos os lados;
3. Traçam-se linhas perpendiculares à
linha de amarração a partir dessas
interseções até o eixo horizontal das
composições.;
4. Regra da alavanca invertida.

Regra da Alavanca Inversa:
Determinação das Quantidades das
Fases.
Co = Composição da Liga
CL = Composição do Líquido (L)
Cα = Composição de Alfa (α)
R = Co-CL e S = Cα -Co
RS
S
WLíquidodeFração L

__
RS
R
WSólidodeFração S

__

1
0,5
600
Fração das Fases

1
Linha de Amarração
0,5
Fração das Fases

1
0,01
Fração das Fases
Composição das fases:
% de C da ferrita e da cementita

1
0,01
SR
0,5
RS
S
WFerritadeFração

 __
RS
R
WCFedeFração CFe

 33__
Fração das Fases

2
600
1,5
Fração dos Microconstituintes

2
1,5
Ponto eutetóide:
Formação de perlita

2
1,5
0,76
Linha de Amarração SR
RS
S
WPerlitadeFração P

__
RS
R
WCFedeFração CFe

 33__A cementita calculada é formada
nesse campo (γ + Fe3C) . É chamada
de Cementita Proeutetóide.

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