Diagrama Ferro-Carbono
Teoria
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Hoje vamos ver o que é um diagrama ferro-carbono, como interpretá-lo e tirar dele todas as informações super importantes que ele pode nos oferecer!
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Hoje a gente vai falar sobre um diagrama de liga binária ferro-carbono, que talvez seja o mais importante diagramas de fases da atualidade, uma vez que neste diagrama temos os principais materiais estruturais utilizados na atualidade!
Sabem que materiais são esses?????
Exatamente!!! Esses materiais são os aços ou os ferros fundidos. Para todo o lado que olhamos temos esses materiais fazendo parte de alguma estrutura, por exemplo, os vergalhões presentes no concreto armado, eixo de carro, estruturas metálicas, etc.
Se liga na imagem abaixo:
A figura acima representa o diagrama ferro-carbono. Vamos juntos identificar cada parte do diagrama para posteriormente analisarmos o resfriamento de certas composições.
O eixo
Note que no diagrama Fe-C o eixo da composição estende-se somente até
A convenção e a conveniência ditam que a composição ainda seja expressa em termos de
Diagrama Fe-C: Principais Fases
No diagrama ferro-carbono abaixo, introduzimos as principais fases:
Note que o ferro puro antes de fundir na temperatura de
Se você tá perdido no que significa CCC ou CFC, não se preocupa! Essa classificação é referente a estrutura do sólido! Para entender mais clica aqui!
Diagrama Fe-C: Principais Pontos
Agora que conhecemos as fases vamos montar as iterações entre essas fases e observar os pontos de máxima solubilidade de cada fase e os pontos eutético e eutetoide!
Ponto eutético é o ponto onde teremos a reação eutética, que nada mais é do que a transformação de um líquido em dois sólidos simultaneamente.
O ponto eutetoide é o ponto onde temos uma fase sólida se transformando em duas novas fases sólidas. E nesse ponto que ocorre a reação eutetoide!
Agora, voltando para o diagrama de fases Ferro-Carbono!
Circulado em vermelho estão as fases que coexistem juntas e circulado em azul temos a solubilidade máxima de cada fase e os pontos eutético e eutetoide:
: Corresponde a solubilidade máxima de carbono que a fase α pode absorver : Ponto eutetoide : Corresponde a solubilidade máxima de carbono que a fase γ pode absorver : Ponto eutético
Aços e Ferro fundido: Composição
Outra classificação que precisamos entender bem é a diferença de aços para ferros fundidos.
Dividimos o diagrama em duas áreas diferentes: uma que a composição varia de
A ferrita ou ferro-α é a fase mais macia e dúctil isso ocorre, pois a fase α possui uma baixa composição de carbono, que no máximo é de
Agora que aprendemos sobre os aços e os ferros fundidos, não fale mais que um material é de ferro 🤣🤣🤣
Agora, bora praticar com exercícios?!
Diagrama Fe-C: Principais Fases
Aços e Ferro fundido: Composição
Exercícios Resolvidos
Exercício Resolvido #1
Elaboração própria
Sobre o diagrama Fe-C determine a opção correta:
- Liga Fe-C contém 0,2 a 2,1% de carbono
- A máxima solubilidade do carbono no ferro ocorre a 1147°C
- Na composição do aço poderá aparecer outros elementos de liga além do Fe-C.
Passo 1
Liga Fe-C contém 0,06% a 2% de carbono
Passo 2
A máxima solubilidade do carbono no ferro ocorre a 1130°C
Passo 3
Na composição do aço poderá aparecer outros elementos de liga além do Fe-C, que afetará as propriedades do material
Resposta
Alternativa A
Exercício Resolvido #2
Elaboração própria
Descreva o que ocorre na temperatura de 1538°C
Passo 1
Pra responder essa questão precisamos olhar no gráfico e ver o que que está acontecendo nessa temperatura.
A temperatura de 1538°C representa o ponto de fusão do ferro puro. Ou seja, quando o ferro tem 0% de Carbono, e olhamos pro eixo vertical da esquerda.
Nessa temperatura acontece a transição da fase líquida para a fase .
Resposta
Nessa temperatura acontece a transição da fase líquida para a fase .
Exercício Resolvido #3
Elaboração própria
Descreva o que ocorre no ponto A.
Passo 1
No ponto A na parte superior do diagrama a 1130°C indica que ocorre uma presença de uma liga eutética, com um teor de carbono de 4,3% e apresenta o mais baixo ponto de fusão.
Resposta
No ponto A na parte superior do diagrama a 1130°C indica que ocorre uma presença de uma liga eutética, com um teor de carbono de 4,3% e apresenta o mais baixo ponto de fusão.
Exercício Resolvido #4
Elaboração própria
Sobre as transformações que ocorrem entre 0 e 2% de carbono determine a opção correta:
- Aço com 0,8% de carbono é chamado de hipoeutetóide
- Aço com teores inferiores a 0,8% de carbono é chamado de eutetóide
- Aço com teores superiores a 0,8% até 2% de carbono é chamado de hiper-eutetóide
Passo 1
Aço com 0,8% de carbono é chamado de eutetóide
Passo 2
Aço com teores inferiores a 0,8% de carbono é chamado de hipo- eutetóide
Passo 3
Aço com teores superiores a 0,8% até 2% de carbono é chamado de hiper-eutetóide
Resposta
Alternativa C
Exercício Resolvido #5
Elaboração própria
Levando em consideração um aço hipoeutetóide com 0,3% de carbono descreva o que ocorre durante o resfriamento do material até a temperatura de 1000°C.
Passo 1
Durante o resfriamento ao atravessar a linha solidus o material está inteiramente solidificado (austenita). A austenita conterá 0,3% de carbono dissolvidos no ferro gama e irá apresentar uma estrutura CFC (cúbica de face centrada).
Resposta
Durante o resfriamento ao atravessar a linha solidus o material está inteiramente solidificado (austenita). A austenita conterá 0,3% de carbono dissolvidos no ferro gama e irá apresentar uma estrutura CFC (cúbica de face centrada).
Exercício Resolvido #6
Elaboração própria
A perlita é um constituinte do aço, apresenta este nome devido a nuance de cores de madrepérola, sobre este constituinte determine a alternativa correta:
- Mistura de 60% de ferrita e 40% de cementita
- As propriedades da perlita são superiores ao da ferrita
- A proporção de perlita em um aço com 0,5% terá 62,5% de perlita
Passo 1
Mistura de 88% de ferrita e 12% de cementita
Passo 2
As propriedades da perlita são inferiores ao da ferrita
Passo 3
A proporção de perlita em um aço com 0,5% terá 62,5% de perlita
Resposta
Alternativa C
Exercício Resolvido #7
Elaboração própria
O ferro puro pode variar suas formas conforme o aumento de temperatura, podendo-se apresentar na forma alotrópica alfa ou gama. Sobre esta mudança explique brevemente como ocorre.
Passo 1
O ferro puro fica no estado alotrópico alfa até 910°C e a partir disso até 1390°C na fase alotrópico gama, uma observação importante é que o ferro gama pode ser mantido em solução carbono, ao contrário do ferro alfa.
Resposta
O ferro puro fica no estado alotrópico alfa até 910°C e a partir disso até 1390°C na fase alotrópico gama, uma observação importante é que o ferro gama pode ser mantido em solução carbono, ao contrário do ferro alfa.
Exercício Resolvido #8
Elaboração própria
Abaixo é representado o diagrama de Fe-C onde está marcando os pontos relevantes do diagrama. Sobre os pontos e as indicações: A1, A2 e ACM determine a alternativa correta.
- A1: ponto peritético a 727°C. Ao resfriar o aço com 0,76%C, sendo nesse ponto considerado semelhante ao metal puro
- A2: região de transformação magnética do ferro (CFC), de paramagnético para ferro magnético.
- ACM: Inicia-se a 727°C com 0,77%C e vai aumentando com a elevação do teor de carbono até atingir 1148°C com 2,11%C.
Passo 1
A1: ponto eutético a 727°C. Ao resfriar o aço com 0,76%C, sendo nesse ponto considerado semelhante ao metal puro.
Passo 2
A2: região de transformação magnética do ferro (CCC), de paramagnético para ferro magnético.
Passo 3
ACM: Inicia-se a 727°C com 0,77%C e vai aumentando com a elevação do teor de carbono até atingir 1148°C com 2,11%C.
Resposta
Alternativa 3
Exercício Resolvido #9
Calcule as frações mássicas da ferrita e da cementita na perlita.
Passo 1
Esse problema pede que calculemos as frações de massa de -ferrita e cementita em perlita. Para isso vamos utilizar a regra da alavanca que é nada mais nada menos do que pegar um ponto de referência qualquer com uma quantidade de carbono e prolongar esse ponto (com uma linha de amarração) até que toque nas linhas de referência do nosso diagrama (linha Solidus e linha Liquidus). Seguindo esse raciocínio nossa regra da alavanca para a ferrita fica sendo
Para a perlita nós temos a seguinte composição . Sendo assim, vamos ter
Por fim, para encontrarmos a porcentagem de cementita poderíamos usar a regra da alavanca também, com uma pequena alteração, porém, como somos espertos vamos nos recordar que a soma das frações mássicas das duas fases deve ser igual à unidade, ou seja,
Pronto, está concluído nosso exercício com sucesso.
Resposta
Exercício Resolvido #10
Qual é a concentração de carbono em uma liga ferro-carbono para a qual a fração de ferrita total é de ?
Passo 1
Esse problema pede que calculemos a concentração de carbono de uma liga ferro-carbono para a qual a fração de ferrita total é . A aplicação da regra da alavanca (na forma da Equação ) produz
Ou seja, nossa concentração de carbono em uma liga ferro- carbono para a qual a fração de ferrita total é de é de em peso de .
Resposta
em peso de .
Exercício Resolvido #11
Livro Callister, Problema 9.63
Para uma liga ferro-carbono com composição de 5%p C-95%p Fe, faça esboços esquemáticos da microestrutura que seria observada sob condições de resfriamento muito lento nas seguintes temperaturas: 1175ºC (2150ºF), 1145ºC (2095ºF) e 700ºC (1290ºF). Identifique as fases e indique suas composições (aproximadas).
Passo 1
Fala aí galera, hoje vou ensinar vocês essa questão aqui que é muito massa!
Abaixo é mostrado o diagrama de fases Fe-Fe3C (Figura 9.24). Uma linha vertical com uma composição de 5% em peso de C-95% em peso de Fe foi desenhada e, além disso, setas horizontais nas três temperaturas exigidas na declaração do problema (ou seja, 1175 ° C, 1145 ° C e 700 ° C).
Passo 2
Com base nas localizações dos três pontos de composição da temperatura, os esboços esquemáticos das respectivas microestruturas, juntamente com as composições de fase, são representados da seguinte forma:
Resposta
