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[pic] UNIFACS – Universidade de Salvador. Curso de Graduação Bacharelado em Engenharia Mecânica Turma – 2011. 1 SISTEMA FERRO-CAR or6 N to view nut*ge permite-nos compreender porque variações do teor de carbono nos aços resultam na obtenção de diferentes propriedades, e dessa maneira, posslbilltam a fabricação de aços de acordo com propriedades desejadas. O diagrama de equilíbrio ferro-carbono (Fe-C) apresenta as fases termodinamicamente estáveis em função da composição, ou seja do teor de carbono, e da temperatura.

Para se obter as fases termodinamicamente estáveis é necessário que a transformação corra de forma lenta o suficiente para que para que a movimentação de átomos por difusão permita que o equilíbrio termodin¿mlco em função da composlção e da temperatura seja mantido. Em outras palavras é necessário que as velocidades de aquecimento e resfriamento sejam desprezíveis não interferindo nas transformações de fases e por isso a variável tempo não aparece no diagrama.

Na prática raramente os processos ocorrem em equilbrio termodinâmico, mas é importante um conhecimento preciso do diagrama de equilíbrio, já que ele fornece informações que serão importantes na análise das ransformações que ocorrem fora de equilíbrio. O diagrama ferro-carbono (Fe-C), na sua forma mais comumente utilizada, é apresentado na figura abaixo. Como pode ser observado o diagrama é parcial englobando apenas as transformações que ocorrem para uma faixa de teor de carbono de zero a 6,7% em peso, que corresponde a 100% de uma fase denominada cementita (Fe3C).

Pode-se então considerar que o diagrama é m cementita (Fe3C). Pode-se então considerar que o diagrama é melhor caracterizado como Fe-Fe3C do que como Fe-C. As diferentes fases e transformações invariantes que podem ser observadas no diagrama serão definidas a seguir. Em primeiro lugar serão definidas as fases que surgem como consequencia das transformações alotrópicas do ferro que são a ferrita (a), a austenita (y) e a fase 6. • A ferrita (a) é uma solução sólida de carbono no ferro com estrutura cúbica de corpo centrado, sendo estável abaixo de 91 OOC (ver região de estabilidade no diagrama da figura 5. ). A solubilidade máxima do carbono n o ferro com estrutura cúbica de corpo centrado é a7230C, sendo bem menor ? temperatura ambiente (2,7 x 10-7 %). A ferrita é uma fase dútil apresentando dureza e resistência mecânica baixas. ?? A austenita (g) é uma solução sólida de carbono no ferro com estrutura cúbica de face centrada, que se origina da transformação alotrópica da estrutura cúbica de corpo centrado em cúbica de face centrada durante o aquecimento, sendo, portanto, estável a temperaturas mais altas.

A faixa de temperaturas em que a austenita é estável depende do teor de carbono no aço (ver região de estabilidade no diagrama da flgura 5. 2). Nos aços carbono para um teor de carbono correspondente a 0,8% a austenita é estável oc, para teores menores PAGF3ÜF6 para teores menores ou maiores essa temperatura é maior. A solubilidade do carbono é maior na ustenita podendo chegar a 2,06% a 1 1 30DC. Em função desse limite de solubilidade é que são definidos os aços como ligas de ferro contendo até 2,06% de carbono.

As ligas que contém uma porcentagem de carbono entre 2,06 e 6,7% são denominadas ferros fundidos. A austenita também é dúctil e apresenta dureza e resistência Finalmente a fase b, que não tem nome específico, é resultado da transformação alotrópica da estrutura cúbica de face centrada em cúbica de corpo centrado durante o aquecimento, sendo portanto estável a temperaturas acima de 14000C. O limite máximo de solubilidade do carbono nesse é a 14930C. A fase 5 apresenta parâmetro de rede diferente da ferrita.

Resta ainda definir a cementita, que é uma fase que não depende das formas alotrópicas do ferro. • A cementita (Fe3C) ou carboneto de ferro é uma fase que se apresenta na forma de um reticulado cristalino baseado em uma célula unitária ortorrombica (forma de um paralelepípedo com os três lados diferentes) contendo 12 átomos de ferro e 3 de carbono, que corresponde a 6,7% de carbono em peso. A cementita é uma fase frágil apresentando dureza e resistência ecânica altas.

Na verdade a cementita é uma fase metaestável e deveria decompor-se em ferrita e grafita, que seriam as fases termodinamicamente mais estáveis, mas como ela forma-se mais rapidamente que a graf PAGF ela forma-se mais rapidamente que a grafita e a velocidade de decomposição em condições normais é desprezível podemos considerá-la estável para efeitos práticos. Nota-se que no diagrama acima há transformações de fases invariantes nos pontos E, e p. Essas transformações são importantes na formação da microestrutura das ligas ferro-carbono e serão descritas a seguir.

No ponto E, que corresponde a um teor de carbono equivalente a 4,3% e a uma temperatura de 1 1300C, ocorre uma transformação eutética em que uma fase líquida transforma-se em duas fases sólidas. No caso a liga ferro- carbono no estado liquidotransforma-se em uma mistura de austenita e cementita. A transformação eutética, por ocorrer para ligas com teores de carbono mais altos, é importante no estudo dos ferros fundidos. Como a transformação eutática indica a composição com menor ponto de fusão, as ligas ferro-carbono com teores de carbono em torno de 4,3% são convenientes para processos de undição.

No ponto E’, que corresponde a um teor de carbono equivalente uma temperatura de 7230C, ocorre uma transformação eutetóide sólida transforma-se em uma mistura de duas outras fases sólidas. No caso a austenita transforma-se em uma mistura de ferrita e cementita. A mistura de ferrita e cementita resultante da transformação da austenita com composição eutetóide apresenta-se de uma forma bem d resultante da transformação da austenita com composição eutetóide apresenta-se de uma forma bem definida caracterizada por lamelas intercaladas das mesmas na proporção de de ferrita de cementita.

Esta estrutura característica é denominada perlita e é mostrada na figura 5. 3. importante observar que a perlita não é uma fase mas uma mistura de duas fases distintas. A perlita, em função das suas características, apresenta propriedades intermediárias entre a ferrita, que é dúctil e apresenta baixa resistência mecânica e a cementita que é frágil e apresenta uma alta resistência mecânica. Assim é uma estrutura interessante do ponto de vista de aplicação prática já que apresenta uma boa resistência mecânica mantendo uma certa ductilidade.

A transformação eutetóide ocorre em todos os aços carbono com composição acima de 0,025 quando resfriados em equilibrio a partir de uma determinada temperatura em que a estrutura seja austenítica, sendo extremamente importante no estudo das transformações de fase no estado sólido dos aços. Finalmente no ponto P, que corresponde a um teor de carbono equivalente a 16% e a uma temperatura de 14920C, ocorre uma transformação peritética em que uma mistura de uma fase sólida e uma fase líquida transformam- se em uma outra fase sólida. No caso uma mistura de fase de fase liquida transformam-se em austenita.