Microestrutura do ferro fundido

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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 0,77 % p   C . 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 2,14 % p   C é do ferro fundido. Além disso, vamos relembrar que a composição de 4,30 % p   C representa a composição eutética. Logo, composições químicas abaixo de 4,30 % p   C são os ferros fundidos hipoeutéticos e os com composições químicas acima de 4,30 % p   C são os ferros fundidos hipereutéticos.

Liga eutética

Da mesma maneira que fizemos nos tópicos anteriores, vamos resfriar lentamente um liga eutética, com composição de 4,30 % p   C , a partir do ponto a, conforme figura abaixo:

No ponto a nossa liga estará na fase liquida conforme figura abaixo:

A medida que formos resfriando lentamente nossa liga e atingir a temperatura de 1147 ° C começará a ocorrer a reação eutética. Relembrando, essa reação forma dois sólidos a partir de um líquido. Ao chegarmos no ponto b teremos uma microestrutura conforme figura abaixo:

Nossos grãos de austenita irão variar sua composição química de acordo com a linha s o l v u s 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 c 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 d , onde temos 100 % de líquido.

À medida que vamos resfriando e atingimos a linha l i q u i d u s , começa a formação de austenita em forma de dendritas. Ao chegar no ponto e teremos uma microestrutura composta de grãos em forma de dendritas de austenita e líquido, conforme figura abaixo.

Ao resfriarmos do ponto e , o líquido irá variar sua composição de acordo com a linha l i q u i d u s até atingir a composição do ponto eutético, onde nosso liquido se transformará em nossa ledeburita. Assim no ponto f teremos uma microestrutura conforme figura abaixo.

Continuando nosso resfriamento a partir do ponto f teremos a austenita variando sua composição de acordo com a linha s o l v u s da austenita à medida que fomos resfriando lentamente até chegar a isoterma eutetoide, onde nossa austenita irá se transformar em perlita. Assim, no ponto g teremos a seguinte microestrutura:

Ligas Hipereutéticas

Agora resfriar uma liga hipoeutética a partir do ponto h , onde temos 100 % de líquido.

À medida que vamos resfriando e atingimos a linha l i q u i d u s , começa a formação de cementita, que se forma em placas. Ao chegar no ponto i teremos uma microestrutura composta de grãos em forma de placa de cementita e líquido, conforme figura abaixo.

Ao resfriarmos do ponto i , 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 j teremos uma microestrutura conforme figura abaixo.

Continuando nosso resfriamento a partir do ponto j teremos a austenita variando sua composição de acordo com a linha s o l v u s da austenita à medida que fomos resfriando lentamente até chegar a isoterma eutetoide, onde nossa austenita irá se transformar em perlita. Assim, no ponto k teremos a seguinte microestrutura:

Bora praticar um pouco!

Liga eutética

Ligas Hipoeutéticas

Ligas Hipereutéticas

Exercícios Resolvidos

Exercício Resolvido #1

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

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 ( γ + 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 ( γ ) 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 ( F 3 C ).

Resposta

Saindo do cruzamento da linha liquidus formam-se os primeiros cristais sólidos de austenita ( γ ) 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 ( F 3 C ).

Exercício Resolvido #3

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 γ + Cementita ( F e 3 C ), também conhecida como reação eutética:

L ↔   γ + Cementita F e 3 C

Passo 2

Depois que cruzamos a marca de 727°C vemos que deixamos de ter as fases γ + Cementita ( F e 3 C ) e passamos a ter as fases + Cementita ( F e 3 C ).

Essa mudança é proveniente da reação eutetóide que acontece no ponto circulado em azul no gráfico:

  γ   ↔     ∝ + Cementita F e 3 C

Com isso, além de uma mudança nas fases presentes, temos uma mudança na composição das fases. Uma vez que parte da austenita γ 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

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.