Microestrutura do aço eutetoide
Teoria
Fala galerinha.... Tudo bem?
No tópico anterior aprendermos como ler, quais são as principais fases, as máximas solubilidades, o ponto eutetoide e o ponto eutético no diagrama ferro-carbono, ou melhor, ferro-cementita. Agora veremos como a microestrutura se forma a partir do resfriamento lento para composição eutetoide.
Vamos dar um zoom na região do ponto eutetoide!
Suponha que a nossa liga eutetoide esteja no ponto , a uma temperatura de e com composição química de . No ponto , a microestrutura é composta de ferro- ou austenita, a figura abaixo mostra a representação esquemática dessa microestrutura.
Se resfriarmos lentamente nossa liga chegaremos ao ponto eutetoide, neste ponto ocorre a famosa reação eutetoide, que nada mais é do que a austenita (sólido) se transformando simultaneamente em ferro- e Cementita (dois sólidos). Essa transformação começa a ocorre nos contornos de grão. Vamos visualizar isso dando um zoom em nosso contorno de grão da austenita.
Observe a formação lamelar de Ferrita (ferro-) e Cementita (), assim como vimos nas ligas eutéticas. À medida que nossa liga vai resfriando a Ferrita vai expulsando o carbono para a Cementita.
Continuando o resfriamento lento e chegando ao ponto teremos uma microestrutura totalmente lamelar, composta de Ferrita + Cementita, conhecida como perlita. Observe na figura abaixo que a microestrutura da perlita mantém os contornos de grãos da fase austenita.
A figura abaixo mostra a microestrutura da perlita, observada em um aumento de 5000X em microscopia eletrônica de varredura.
Para uma estrutura com de perlita, qual será a quantidade de Ferrita e de Cementita presentes?
Para respondermos isso vamos aplicar a regra da alavanca que aprendemos em tópicos anteriores, para isso considerem a linha de amarração a própria linha isotérmica eutetoide ou linha solidus, conforme o diagrama abaixo:
Assim, teremos as seguintes frações mássicas de Ferrita () total e Cementita ():
Isto significa que um aço na composição eutetoide, isto é 100% perlita, terá 0,89% de Ferrita (ferro-) e 0,11% de Cementita ().
Vamos praticar um pouco!!!!
Exercícios Resolvidos
Exercício Resolvido #1
Elaboração própria
Os aços com concentração são muito utilizados na manufatura de fios para estrutura de pneus, válvulas, trilhos ferroviários. O aço eutetóide é uma das classificações deste material, sobre essa categoria determine a opção correta.
- A liga que apresenta 2,0 % C em peso
- Quando submetidos a resfriamento moderado, sua microestrutura será constituída unicamente de ferrita
- Nos aços eutetóides, o espaçamento interlamelar da perlita é o parâmetro microestrutural que possui maior influência no seu comportamento mecânico
Passo 1
A liga que apresenta 0,76% C, em peso
Passo 2
Quando submetidos a resfriamento moderado, sua microestrutura será constituída unicamente de perlita
Passo 3
Nos aços eutetóides, o espaçamento interlamelar da perlita é o parâmetro microestrutural que possui maior influência no seu comportamento mecânico
Resposta
Alternativa III
Exercício Resolvido #2
Elaboração própria
Determine a característica correta da perlita, constituinte do aço eutético.
- Microestrutura formada nos aços eutetóides acima da temperatura do eutetóide
- Composta por camadas alternadas de lamelas de ferrita e austenita
- Quando vista ao microscópio apresenta uma aparência de madrepérola
Passo 1
Microestrutura formada nos aços eutetóides abaixo da temperatura do eutetóide
Passo 2
Composta por camadas alternadas de lamelas de ferrita e cementita
Passo 3
Quando vista ao microscópio apresenta uma aparência de madrepérola
Resposta
Alternativa III
Exercício Resolvido #3
Elaboração própria
Analise a influência dos elementos de liga no ponto eutético.
Passo 1
As adições de elementos de ligas (Cr, Ni, Ti, etc.) alteram o diagrama de fases binário para o sistema ferro-cementita. Uma das importantes alterações é o deslocamento da posição eutetóide em relação à temperatura e à concentração de carbono.
Resposta
Uma das importantes alterações é o deslocamento da posição eutetóide em relação à temperatura e à concentração de carbono.
Exercício Resolvido #4
Elaboração própria
Analise a influência dos elementos de liga no ponto eutetoide.
Passo 1
Primeira coisa que a gente precisa ter em mente é que o ponto eutetoide, como qualquer pronto em um diagrama de fases, é composto por duas coordenadas: composição e temperatura.
No diagrama Fe-C o ponto eutetoide ocorre numa liga de 0,77%p C à 727 °C.
Passo 2
Na questão a gente tem 2 gráficos, o da esquerda mostra a influência de elementos liga na temperatura eutetoide e o da direita mostra a influência dos elementos ligas na composição eutetoide.
Interpretando esses dois gráficos a gente pode ver que as adições de elementos de ligas (Cr, Ni, Ti, etc.) alteram o diagrama de fases binário para o sistema Fe-C em relação à temperatura e à concentração de carbono.
No gráfico da esquerda vemos que Titânio (Ti), Molibdênio (Mo), Silício (Si), Tungstênio (W) e Cromo (Cr) aumentam a temperatura eutetoide, enquanto Mn e Ni diminuem.
No gráfico da direita vemos que, em baixa concentração, todos os elementos liga diminuem a composição eutetoide, porém, com comportamentos diferentes dependendo do %p.
Resposta
No gráfico da esquerda vemos que Titânio (Ti), Molibdênio (Mo), Silício (Si), Tungstênio (W) e Cromo (Cr) aumentam a temperatura eutetoide, enquanto Mn e Ni diminuem.
No gráfico da direita vemos que, em baixa concentração, todos os elementos liga diminuem a composição eutetoide, porém, com comportamentos diferentes dependendo do %p.
Exercício Resolvido #5
Elaboração própria
Abaixo é representada uma esquematização das microestruturas da liga Fe-FeC. Faça o esboço da microestrutura acima e abaixo do ponto eutético (A e B) respectivamente.
Passo 1
Presença de 100% de austenita
Passo 2
Quando tem-se o resfriamento temos 2 fases presentes: alfa + cementita
Resposta
Acima do ponto eutetóide: 
Abaixo do ponto eutetóide: 
Exercício Resolvido #6
Elaboração própria
A perlita é formada por camadas de ferrita e cementita. Explique como ocorre a formação da ferrita nessa estrutura.
Passo 1
A formação do aço perlítico acontece a partir de uma fase inicial de austenita, conforme conseguimos ver aqui nesse trecho do diagrama de fases Fe-C:
Passo 2
Então a austenita tá lá de boas e de repente começa a ficar muito frio pra ela...
A formação da HYPERLINK "https://pt.wikipedia.org/wiki/Ferrite" \o "Ferrite" ferrita se dá a partir dos contornos de grão e vai crescendo em direção ao centro do grão. Os contornos de grão são regiões mais propícias pra formação de novas fases por serem mais “instáveis” já que seus átomos da ponta não estão ligados a nenhum outro.
À medida que a ferrita cresce, o excesso de carbono sai pelas regiões adjacentes, dando origem à cementita. Como existe a formação praticamente simultânea de vários núcleos de ferrita, a estrutura passará a ser composta de regiões alternadas de ferrita e de cementita.
Resposta
A formação da HYPERLINK "https://pt.wikipedia.org/wiki/Ferrite" \o "Ferrite" ferrita se dá a partir dos contornos de grão e vai crescendo em direção ao centro do grão.
À medida que a ferrita cresce, o excesso de carbono sai pelas regiões adjacentes, dando origem à cementita. Como existe a formação praticamente simultânea de vários núcleos de ferrita, a estrutura passará a ser composta de regiões alternadas de ferrita e de cementita.
Exercício Resolvido #7
Petrobras Biocombustível - 2008 - Engenheiro(a) de Equipamentos Júnior - Terminais e Dutos - 44
Observe a micrografia de um aço eutetóide, que revela a microestrutura lamelar.
O aço eutetóide é um aço que tem um teor de carbono:
- Acima de 0,77%, sendo esta uma composição particular encontrada no diagrama ferro-carbono cuja transformação de austenita para ferrita e cementita ocorre sem a variação da temperatura.
- Inferior a 0,77%, sendo esta uma composição particular encontrada no diagrama ferro-carbono cuja transformação de ferrita para austenita e cementita ocorre com a variação da temperatura
- De 0,77%, sendo esta uma composição particular encontrada no diagrama ferro-carbono cuja transformação de austenita para ferrita e cementita ocorre com a variação da temperatura.
Passo 1
Em 0,77%, sendo esta uma composição particular encontrada no diagrama ferro-carbono cuja transformação de austenita para ferrita e cementita ocorre com a variação da temperatura.
A transformação de uma fase sólida em duas fases sólidas acontece lentamente
Resposta
Alternativa C
Exercício Resolvido #8
Petrobras Biocombustível - 2010 - Engenheiro(a) de Equipamentos Júnior - Terminais e Dutos - 48
A reação eutética é definida como aquela na qual, durante a resfriamento, uma fase líquida se transforma de maneira isotérmica e reversível em duas fases sólidas, que se encontram intimamente ligadas num produto bifásico de baixo ponto de fusão, conhecido como sólido eutético. Para o sistema cobre-prata, a equação da reação eutética poderia ser descrita como:
A reação eutética também é típica do sistema ferro-carbono, cuja reação ocorre
- Somente nos ferro fundidos com 0,76%p C, desde que em solidificações dentro das condições de equilíbrio
- Somente nos ferros fundidos com 4,3%p C, desde que em solidificações dentro das condições de equilíbrio
- O teor de 4,3%, temperatura de 1400°C corresponde à liga de mais baixo ponto de solidificação ou fusão.
Passo 1
Somente nos ferros fundidos com 4,3%p C, desde que em solidificações dentro das condições de equilíbrio
Passo 2
O teor de 4,3%, temperatura de 1148°, corresponde à liga de mais baixo ponto de solidificação ou fusão.
Resposta
Alternativa 3
Exercício Resolvido #9
Considere de uma liga que contém , que é resfriada até uma temperatura imediatamente abaixo da eutetoide.
Quantos quilogramas de ferrita proeutetoide se formam?
Quantos quilogramas de ferrita eutetoide se formam?
Quantos quilogramas de cementita se formam?
Passo 1
Nesse problema, nós consideramos um liga de que contém que é resfriada em uma temperatura abaixo da eutetoide. Para sabermos a quantidade de ferrita proeutetoide que se forma vamos utilizar a equação onde obteremos
Passando isso para massa vamos ter
Passo 2
Para determinarmos, agora, a quantidade de ferrita eutetóide, primeiro é necessário calcular a quantidade de ferrita total usando a régua de alavanca aplicada inteiramente no campo de fase , assim, teremos
Que corresponde, em massa, a
Agora, a quantidade de ferrita eutetoide é apenas a diferença entre ferrita total e proeutetoide que pode ser assim calculada
Passo 3
Por fim, para calcularmos a quantidade de cementita que se forma, novamente vamos utilizar a regra da alavanca em todo campo de fase o que leva a
Em massa vamos ter o seguinte valor
Pronto, está concluído nosso exercício.
Resposta
Exercício Resolvido #10
Capítulo 9 , Perguntas e Problemas, exercício 3
Cite três variáveis que determinam a microestrutura de uma liga.
Passo 1
Olá! Tudo bem? As três variáveis que determinam a microestrutura de uma liga são:
(1) os elementos de liga presentes;
(2) as concentrações desses elementos de liga;
(3) o tratamento térmico da liga.
Resposta
Os elementos de liga presentes, as concentrações desses elementos de liga e o tratamento térmico da liga.
Exercício Resolvido #11
CALLISTER, Ciências dos materiais, 8° edição, cap.9, Nº 28
Explique sucintamente por que, na solidificação, uma liga com a composição eutética forma uma microestrutura que consiste em camadas alternadas das duas fases sólidas.
Passo 1
Após a solidificação, uma liga de composição eutética forma uma microestrutura que consiste em camadas alternadas das duas fases sólidas, porque durante a solidificação deve ocorrer difusão atômica, e com essa configuração em camadas o comprimento de difusão atômica é mínimo.
Resposta
Porque durante a solidificação deve ocorrer difusão atômica, e com essa configuração em camadas o comprimento de difusão atômica é mínimo.