Microestrutura do ferro fundido
Teoria
E aiiiii pessoal!! Tudo bem com vocês?
Nos tópicos anteriores conhecemos o diagrama ferro-carbono e suas principais características. Também vimos qual é a microestrutura que forma a partir da reação eutetoide, além de conhecer as microestruturas dos aços hipo e hipereutetoide. Mas quais serão as microestruturas para os ferros fundidos?
Vimos que a composição eutetoide para o aço é de . Além disso, vimos que aços com composição abaixo do eutetoide são chamados de aços hipoeutetoides e aços com a composição química acima do eutetoide são chamados de aços hipereutetoides. Da mesma maneira que existe essa classificação para os aços, existe, também, essa classificação para o ferro fundido. No diagrama abaixo vemos essa classificação.
Vale relembrar, então, que composição química acima de é do ferro fundido. Além disso, vamos relembrar que a composição de representa a composição eutética. Logo, composições químicas abaixo de são os ferros fundidos hipoeutéticos e os com composições químicas acima de são os ferros fundidos hipereutéticos.
Liga eutética
Da mesma maneira que fizemos nos tópicos anteriores, vamos resfriar lentamente um liga eutética, com composição de , a partir do ponto a, conforme figura abaixo:
No ponto nossa liga estará na fase liquida conforme figura abaixo:
A medida que formos resfriando lentamente nossa liga e atingir a temperatura de começará a ocorrer a reação eutética. Relembrando, essa reação forma dois sólidos a partir de um líquido. Ao chegarmos no ponto teremos uma microestrutura conforme figura abaixo:
Nossos grãos de austenita irão variar sua composição química de acordo com a linha da austenita à medida que fomos resfriando lentamente até chegar a isoterma eutetoide, isso significa que nossos grãos de austenita irá “expulsar” carbono até chegar no ponto eutetoide, onde esses grãos irão se transformar em perlita, conforme diagrama abaixo.
Assim, a microestrutura formada no ponto será de grãos de perlita e cementita. Essa microestrutura é conhecida como ledeburita, conforme figura abaixo.
A imagem acima é a microestrutura de um ferro fundido branco eutético, formando por ledeburita!
Ligas Hipoeutéticas
Da mesma maneira que resfriamos um liga eutética, vamos agora resfriar uma liga hipereutética a partir do ponto , onde temos de líquido.
À medida que vamos resfriando e atingimos a linha , começa a formação de austenita em forma de dendritas. Ao chegar no ponto teremos uma microestrutura composta de grãos em forma de dendritas de austenita e líquido, conforme figura abaixo.
Ao resfriarmos do ponto , o líquido irá variar sua composição de acordo com a linha até atingir a composição do ponto eutético, onde nosso liquido se transformará em nossa ledeburita. Assim no ponto teremos uma microestrutura conforme figura abaixo.
Continuando nosso resfriamento a partir do ponto teremos a austenita variando sua composição de acordo com a linha da austenita à medida que fomos resfriando lentamente até chegar a isoterma eutetoide, onde nossa austenita irá se transformar em perlita. Assim, no ponto teremos a seguinte microestrutura:
Ligas Hipereutéticas
Agora resfriar uma liga hipoeutética a partir do ponto , onde temos de líquido.
À medida que vamos resfriando e atingimos a linha , começa a formação de cementita, que se forma em placas. Ao chegar no ponto teremos uma microestrutura composta de grãos em forma de placa de cementita e líquido, conforme figura abaixo.
Ao resfriarmos do ponto , o líquido irá variar sua composição de acordo com a linha liquidus até atingir a composição do ponto eutético, onde nosso liquido se transformará em nossa ledeburita. Assim no ponto teremos uma microestrutura conforme figura abaixo.
Continuando nosso resfriamento a partir do ponto teremos a austenita variando sua composição de acordo com a linha da austenita à medida que fomos resfriando lentamente até chegar a isoterma eutetoide, onde nossa austenita irá se transformar em perlita. Assim, no ponto teremos a seguinte microestrutura:
Bora praticar um pouco!
Liga eutética
Ligas Hipoeutéticas
Ligas Hipereutéticas
Exercícios Resolvidos
Exercício Resolvido #1
Elaboração própria
Descreva sucintamente como pode ser observada as transformações de fase durante a solidificação dos ferros fundidos?
Passo 1
São observadas através do diagrama Fe-C, avaliando composições acima de 2,14%p C:
Resposta
São observadas através do diagrama Fe-C, avaliando composições acima de 2,14%p C.
Exercício Resolvido #2
Elaboração própria
Considerando o diagrama Fe-C, apresentado abaixo, analise o desenvolvimento da estrutura da liga hipoeutetica logo que ela passa pela linha liquidus.
Passo 1
Primeiro, vamos analisar o diagrama de fases Fe-C:
O ponto eutético é o ponto circulado em azul, então uma liga hipoeutética é uma liga com composição menos que 4,3%p C.
A linha liquidus é a linha que separa a fase líquida da região onde existe fase líquida e fase sólida ( + L ).
Passo 2
Agora vamos olhar o que está acontecendo no diagrama:
Saindo do cruzamento da linha liquidus formam-se os primeiros cristais sólidos de austenita () denominada primária.
Nessa região ainda temos uma matriz líquida e alguns pequenos núcleos sólidos de austenita formados.
Quando “cruzamos” com a linha solidus a fase líquida remanescente se transforma em cementita ).
Resposta
Saindo do cruzamento da linha liquidus formam-se os primeiros cristais sólidos de austenita () denominada primária.
Nessa região ainda temos uma matriz líquida e alguns pequenos núcleos sólidos de austenita formados.
Quando “cruzamos” com a linha solidus a fase líquida remanescente se transforma em cementita ).
Exercício Resolvido #3
Elaboração própria
Uma liga de ferro fundido contendo 4,3%p (porcentagem em peso) de C (eutética) resfriada isotermicamente, segundo as condições de metaestabilidade, sofre duas reações, que resultam nas seguintes transformações de fase. Determine-as.
Passo 1
Primeiro vamos traçar uma linha na composição 4,3%p C que queremos avaliar:
Olhando de cima pra baixo, a primeira transformação que vemos acontecendo é a transformação da fase Líquida para as fases + Cementita (), também conhecida como reação eutética:
+ Cementita
Passo 2
Depois que cruzamos a marca de 727°C vemos que deixamos de ter as fases + Cementita () e passamos a ter as fases + Cementita ().
Essa mudança é proveniente da reação eutetóide que acontece no ponto circulado em azul no gráfico:
+ Cementita
Com isso, além de uma mudança nas fases presentes, temos uma mudança na composição das fases. Uma vez que parte da austenita se transforma em cementita, passamos a ter mais cementita na liga.
Resposta
Reação eutética: Líquido ⇌ Austenita + Cementita
Reação eutetóide: Austenita ⇌ Ferrita + Cementita
Exercício Resolvido #4
Elaboração própria
A microestrutura do ferro fundido é resultado da união de diferentes fatores, cite-os:
Passo 1
Primeiro vamos relembrar o que é o Ferro Fundido!
Ferro fundido é o nome dado pra Liga Fe-C que tem mais de 2,14%p C em sua composição!
Passo 2
Os Ferros Fundidos podem ter microestruturas bastante diferentes dependendo:
- Composição: pois influencia as regiões no diagrama de fases que a liga vai passar ao longo do seu resfriamento, e, portanto, as fases formadas.
- A taxa de resfriamento: a velocidade de resfriamento vai influenciar na capacidade de difusão dos átomos e consequentemente o formato das estruturas formadas.
- O processamento escolhido: cada tipo de processamento de liga trará resultados diferentes, pois o material vai lidar com diferentes temperaturas, por diferentes tempos, e tudo isso influenciará a estrutura final formada.
Resposta
Composição, taxa de resfriamento, processamento da liga.