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MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA I (EM304) 10 Semestre 2005/06 AÇOS 1. Diagrama de Equilíbrio das ligas Fe-C F. Jorge Lino Alves SUMÁRIO O diagrama de equili 1. 2 p Formas alotrópicas do ferro Solubilidade do carbono no ferro. Fases ricas em carbono: carbonetos de ferro e grafite. Diagrama estável e metaestável Linhas de temperatura críticas Definição de estruturas em arrefecimento lento das ligas Fe-C Mecanismos de endurecimento e efeitos nas propriedades mecanicas do aço 1. 5. 1. Controle da quantidade de carbonetos 1. 5. 2. Controle dos elementos de liga 1. 5. 3. Controle da velocidade de arrefecimento 1. pellets Carvão Alto Forno Conversores Laminagem quente Revestimento Laminagem a Frio Vazamento contínuo Slabs Transporte 6 Vazamento Continuo 7 Linha de Laminagem a Quente Fornos de reaquecimento Pré redução 10 enrolamento Linha de redução final Linha de arrefecimento Enroladores 8 Fluxo de Produção consiste essencialmente num conjunto de oxidações parciais produzidas por: Acção de uma corrente de ar que atravessa a massa de gusa líquida (afinação por ar); Acção de um óxido de Fe (minério ou sucata) num forno de oleira (afinação por soleira) ou no forno eléctrico (afinação eléctrica).

A eliminação do C é realizada por uma “oxidação” em que o C se transforma em óxido de C e em gás carbónico. A acção do 02 sente-se também sobre outros constituintes da gusa, tais como o Mn, Si e o P, que também se oxidam e eliminam quer parcialmente quer completamente. 19 por outro lado, também o Fe é oxidado parcialmente, o que é indesejável por dois motivos: Reduz o rendimento da operação; 2. A presença do Feo diminui as ro riedades mecânicas do aço. 3 entre 0. 03% e 2. 6%, contendo Si, Mn, P e S. Pode possuir elementos de liga (aços ligados) variando o C entre aqueles limites. 2 Como Evitar ? Paragens Rejeições Ajustamentos Atrasos 23 FERRO – AÇO 24 Ferro puro, ferrite, austenite O ferro puro apresenta 3 variedades alotrópicas estáveis em gamas de temperaturas determinadas: Ferro a Ferro Y Ferro b Pontos de transformação do ferro; curda e(t) 25 4DF8 intersticiais na estrutura CFC • Na austenite um espaço octaedral pode acomodar um átomo com um raio de 0,052 nm. Um vazio tetraedral acomoda um átomo de raio 0,028 nm (raio atómico o C = 0,07 nm). • Assim, na austenite os átomos de C localizam-se em vazios octaédricos, os de maiores dimensões. 0 Vazios intersticiais na estrutura CCC Na ferrite os espaços intersticiais são menores. Um vazio tetraédrico aloja um átomo de raio 0,035 nm e um octaédrico um átomo de raio 0,019 nm. Os espaços octaédricos não são simétricos, pelo que a inclusão de um átomo nesses locais origina deformações de malha importantes. Mas os átomos de C Inserem-se nos espaços octaédricos pois assim a energia do cristal nao aumentará de forma acentuada: dá-se uma eformação provocada pelo afastamento de apenas 2 átomos. 1 Diagramas de equilíbrio O estado de equilibrio termodinâmico das ligas metálicas é estudado por intermédio do diagrama de equilíbrio ou de fases. Excluindo o estado líquido, distingue-se 2 tipos de fases: S válidos, então, apenas se o arrefecimento for feito muito lentamente. 33 Diagramas de equilibrio Regras de interpretação e de leitura Domínios bifásicos: Regra dos segmentos inversos 34 Estudo duma reacção eutéctica 35 Estudo duma reacção eutectóide 36 Estado Recozido Aço Ferr. Trabalho a Frio RL 200 (2. 0% C) 41 Diagrama de equilíbrio Fe-C Aço ao C Linhas de fluxo Aço Inoxidável Austenitico 42 Ferro Fundido Cinzento Lamelar Ferro Fundido Nodular Ferro Branco 43 Transformação eutectóide perlítica Exceptuando os aços com menos de 0,03%C, todas as ligas ferrosas contêm em proporções variáveis o constituinte eutectóide perlite. A perlite é um agregado eutectóide obtido pela transformação isotérmica da austenite v(E’) segundo: formada por glóbulos de Fe3C numa matriz ferrítica estado menos duro e mais deformável. 45 se a < 0. 25

Tamanho de grão ferrítico condiciona OE 0. 25 < < 0. 8 Espaço interlamelar condiciona OE OE = 2. 18 (S-1/2) - 0. 40 (P-112) - 2. 88 (d-112) + 52. 3 (VIPa) (Krauss pag. 1 23) S- Espaço interlamelar médio P - Tamanho das colónias de perlite d - Tamanho de grão austenitico 46 47 Influência da veloc. arrefecimento nos pontos de transformação • As transformações no aquecimento e no arrefecimento são diferentes. • Em geral a histerese no aquecimento é pequena e Ac é uma boa aproximação de Ae, enquanto Ar depende muito da velocidade de arrefecimento e pode afas 8