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Diagrama FeFe3C Marcelo F Moreira ETM 203 Materiais de Construção Mecânica Os aços são os materiais mais utilizados na construção mecânica e em elementos de máquinas O emprego generalizado de aços decorre da combinação de uma ampla faixa de resistência LE e LR de ductilidade elevada rigidez 210 GPa e custo relativamente baixo 2 Importância do aço Vidro 3 Fluídos lubrificantes 6 Borracha 4 Magnésio e ligas 02 Outros 6 Alumínio e ligas 8 Polímeros 11 Ferro fundido 11 Aço 54 Quantidade de materiais utilizados em um sedã familiar ETM 203 Materiais de Construção Mecânica Importância do aço 3 Alotropia do ferro puro ETM 203 Materiais de Construção Mecânica Alotropia do ferro puro Na temperatura ambiente o ferro puro apresenta estrutura cristalina cúbica de corpo centrado CCC denominada de ferrita alfa Esta fase ferrita é estável até 912C e nesta temperatura a estrutura CCC sofre uma transformação alotrópica para a estrutura cúbica de faces centradas CFC Esta nova fase é denominada de ferro gama ou austenita 5 ETM 203 Materiais de Construção Mecânica Alotropia do ferro puro A fase austenita CFC é estável entre 912C e 1394C Na temperatura de 1394C ocorre uma nova transformação alotrópica em que a estrutura CFC da austenita transformase novamente em CCC denominada de ferrita delta A fase ferrita delta CCC é estável até a temperatura de 1538C Acima de 1538C a estrutura cristalina CCC da ferrita passa para o estado líquido 6 Diagrama FeFe₃C ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 9 Diagrama FeFe3C O diagrama FeFe3C permite definir as microestruturas e fases presentes em aços ao carbono e ferros fundidos para diferentes teores de carbono O diagrama apresenta três patamares com reações relevantes ferros fundidos aços 211 ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 10 Reação eutética Reação peritética Reação eutetóide Diagrama FeFe3C metaestável ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 11 Diagrama FeFe3C metaestável Reação eutética ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 12 Reações relevantes no diagrama FeFe3C REAÇÃO EUTÉTICA 43 C 1148C L líquido austenita Fe3C cementita CL 43 C C 211 C C Fe3C 667 C L 100 52 Fe3C 48 ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 13 Reação peritética Diagrama FeFe3C metaestável ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 14 Patamar peritético Reações relevantes no diagrama FeFe3C Detalhes do patamar peritético ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 15 REAÇÃO PERITÉTICA 017 C 1495C L líquido ferrita delta austenita CL 053 C C 009 C C 017 C Reações relevantes no diagrama FeFe3C L 182 818 100 ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 16 Reação eutetóide Diagrama FeFe3C metaestável ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 17 Patamar eutetóide Patamar eutético Detalhes da reação eutetóide Reações relevantes no diagrama FeFe3C ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 18 REAÇÃO EUTETÓIDE 077 C 727C austenita ferrita Fe3C cementita C 077 C C 002 C C Fe3C 667 C Reações relevantes no diagrama FeFe3C 100 887 Fe3C 113 ETM 203 Materiais de Construção Mecânica AUSTENITA Consiste em uma solução sólida intersticial de C com até 211 no ferro CFC O nome austenita é uma homenagem ao metalurgista inglês Sir William C Roberts Austen RobertsAusten foi um importante pesquisador no campo da metalografia e metalurgia desenvolveu trabalhos pioneiros sobre o diagrama FeC e sobre um pirômetro automático 19 Definições Austenita William C Roberts Austen 18431912 UK ETM 203 Materiais de Construção Mecânica Em aços ao carbono e aços baixa liga só é estável acima de 727C Apresenta resistência mecânica em torno de 150 MPa e elevada ductilidade e tenacidade Não é magnética A solubilidade do carbono na austenita é de no máximo 211 Os átomos de carbono formam um solução sólida intersticial na austenita 20 Definições Austenita Austenita observada em microscópio de alta temperatura em aço contendo 08 de C ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 21 Definições Austenita Posições dos átomos de carbono 077 Å nos interstícios do reticulado CFC da austenita Posição tetraédrica no CFC 028 Å ou 023R Posição octaédrica no CFC 051 Å ou 041R ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 22 Definições Ferrita A ferrita consiste em uma solução sólida intersticial formada entre o ferro CCC e o carbono A solubilidade máxima de carbono na ferrita é de 0022 A ferrita é magnética e apresenta resistência de cerca de 300 MPa e elevada ductilidade Ferrita observada em aço contendo 001 de C ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 23 Definições Ferrita Posições dos átomos de carbono 077 Å nos interstícios do reticulado CCC da ferrita Posição tetraédrica no CCC 036 Å ou 029R Posição octaédrica no CCC 019 Å ou 015 R ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 24 Definições Cementita CEMENTITA do latim caementum Denominação do carboneto de ferro Fe3C contendo 67 de C em peso e estrutura cristalina ortorrômbica Apresenta elevada dureza baixa resistência ductilidade e tenacidade nulas ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 25 Definições Cementita Cementita próeutetóide perlita Cementita eutetóide Aço eutetóide cementita eutetóide Aço hipereutetóide cementita próeutetóide cementita eutetóide Cementita eutetóide ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 26 Definições Perlita PERLITA Consiste na mistura mecânica das fases ferrita 885 em peso e cementita 115 em peso formadas pela reação eutetóide 4000 x ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 27 Cinética da Reação eutetóide REAÇÃO EUTETÓIDE 077 C 727C austenita ferrita Fe3C cementita C 077 C C 002 C C Fe3C 667 C Perlita Mistura mecânica das fases ferrita e cementita Propriedades mecânicas das fases ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 29 Propriedades Propriedades mecânicas de alguns constituintes dos aços ao carbono Constituinte Limite de escoamento MPa Alongamento Dureza Brinell HB FERRITA 300 40 90 CEMENTITA Fe3C 30 0 650 AUSTENITA 50 150 70 30 60 150 PERLITA Fe3C 525 10 250 300 ETM 203 Materiais de Construção Mecânica Propriedades Aço SAE Teor de carbono C Limite de escoamento MPa Limite de resistência MPa Alongamento em 50 mm Dureza Brinell kgfmm2 Resistência ao impacto J 1015 015 325 425 37 121 116 1020 020 345 440 36 131 118 1022 022 360 485 34 143 117 1030 030 345 520 32 149 94 1040 040 375 590 28 170 65 1050 050 425 750 20 217 27 1060 060 420 775 18 229 13 1080 080 525 1010 11 293 7 1095 095 500 1015 95 293 5 30 Definições e resfriamento em condições de equilíbrio ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 32 Aço eutetóide C 077 Aços hipoeutetóides C 077 Aços hipereutetóides C 077 077 Definições ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 33 Aços de médio carbono Aços baixo carbono 03 Aços de alto carbono 077 Definições ETM 203 Materiais de Construção Mecânica Resfriamento em condições de equilíbrio A sequência de resfriamento apresentada a seguir pressupõe condições de equilíbrio termodinâmico O resfriamento é lento o suficiente para que ocorra a homogeneização da composição das fases formadas 34 ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 35 Aço hipoeutetóide Ferrita próeutetóide e perlita ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 36 Resfriamento em condições de equilíbrio Aço hipoeutetóide Ferrita próeutetóide Ferrita eutetóide Perlita ferrita do eutetóide cementita Cementita eutetóide ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 37 Aço eutetóide 100 de perlita ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 38 Resfriamento em condições de equilíbrio Aço eutetóide Cementita eutetóide Ferrita eutetóide Perlita ferrita do eutetóide cementita ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 39 Perlita e cementita próeutetóide Aço hipereutetóide ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 40 Resfriamento em condições de equilíbrio Aço hipereutetóide Cementita próeutetóide Ferrita eutetóide Perlita ferrita do eutetóide cementita Cementita eutetóide Cálculos da quantidade dos microconstituintes ETM 203 Materiais de Construção Mecânica Cálculos dos microconstituintes Vamos tomar como exemplo o aço hipoeutetóide SAE 1020 contendo 020 de C e vamos calcular as quantidades dos microconstituintes ferrita e perlita presentes na microestrutura Coordenadas C0 02 de C T 727C patamar eutético 42 ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 43 Cálculos dos microconstituintes 02 C ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 44 02 C Cálculos dos microconstituintes ETM 203 Materiais de Construção Mecânica Cálculos dos microconstituintes Quantidade de perlita A perlita é formada pela reação eutetóide na temperatura do patamar 727C e sua quantidade é calculada na temperatura do patamar Quantidade de ferrita próeutetóide A ferrita próeutetóide é calculada na temperatura do patamar eutetóide 45 𝛾 02 002 077 002 100 24 𝛼 077 02 077 002 100 76 ETM 203 Materiais de Construção Mecânica Cálculos dos microconstituintes Considerando agora o aço hipoeutetóide SAE 1020 contendo 020 de C vamos calcular a quantidade total das fases ferrita e Fe3C presentes na temperatura ambiente Coordenadas C0 02 de C T ambiente menor do diagrama 46 ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 47 Cálculos dos microconstituintes 02 C ETM 203 Materiais de Construção Mecânica Cálculos dos microconstituintes Quantidade de ferrita total A quantidade de ferrita total é calculada na menor temperatura do diagrama Ela envolve a ferrita pró eutetóide e a ferrita formada pela reação eutetóide Quantidade de cementita Fe3C total A quantidade de cementita envolve a cementita formada na reação eutetóide 48 𝛼𝑇 667 02 667 0 100 97 𝐹𝑒3𝐶 02 0 667 0 100 3 ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 49 Referências 1 Callister W D MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING An Introduction John Wiley Sons 5th edition 1999 2 Shackelford J F INTRODUCTION TO MATERIALS SCIENCE FOR ENGINEERS Prentice Hall 4th edition 1996 3 Smith W F PRINCÍPIOS DE CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS McGraw Hill Terceira edição 1998 4 The Making Shaping and Treatmet of steel USS 5 Thelning K E Steel and its heat treatement 2nd edition 1984
Envie sua pergunta para a IA e receba a resposta na hora
Texto de pré-visualização
Diagrama FeFe3C Marcelo F Moreira ETM 203 Materiais de Construção Mecânica Os aços são os materiais mais utilizados na construção mecânica e em elementos de máquinas O emprego generalizado de aços decorre da combinação de uma ampla faixa de resistência LE e LR de ductilidade elevada rigidez 210 GPa e custo relativamente baixo 2 Importância do aço Vidro 3 Fluídos lubrificantes 6 Borracha 4 Magnésio e ligas 02 Outros 6 Alumínio e ligas 8 Polímeros 11 Ferro fundido 11 Aço 54 Quantidade de materiais utilizados em um sedã familiar ETM 203 Materiais de Construção Mecânica Importância do aço 3 Alotropia do ferro puro ETM 203 Materiais de Construção Mecânica Alotropia do ferro puro Na temperatura ambiente o ferro puro apresenta estrutura cristalina cúbica de corpo centrado CCC denominada de ferrita alfa Esta fase ferrita é estável até 912C e nesta temperatura a estrutura CCC sofre uma transformação alotrópica para a estrutura cúbica de faces centradas CFC Esta nova fase é denominada de ferro gama ou austenita 5 ETM 203 Materiais de Construção Mecânica Alotropia do ferro puro A fase austenita CFC é estável entre 912C e 1394C Na temperatura de 1394C ocorre uma nova transformação alotrópica em que a estrutura CFC da austenita transformase novamente em CCC denominada de ferrita delta A fase ferrita delta CCC é estável até a temperatura de 1538C Acima de 1538C a estrutura cristalina CCC da ferrita passa para o estado líquido 6 Diagrama FeFe₃C ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 9 Diagrama FeFe3C O diagrama FeFe3C permite definir as microestruturas e fases presentes em aços ao carbono e ferros fundidos para diferentes teores de carbono O diagrama apresenta três patamares com reações relevantes ferros fundidos aços 211 ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 10 Reação eutética Reação peritética Reação eutetóide Diagrama FeFe3C metaestável ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 11 Diagrama FeFe3C metaestável Reação eutética ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 12 Reações relevantes no diagrama FeFe3C REAÇÃO EUTÉTICA 43 C 1148C L líquido austenita Fe3C cementita CL 43 C C 211 C C Fe3C 667 C L 100 52 Fe3C 48 ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 13 Reação peritética Diagrama FeFe3C metaestável ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 14 Patamar peritético Reações relevantes no diagrama FeFe3C Detalhes do patamar peritético ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 15 REAÇÃO PERITÉTICA 017 C 1495C L líquido ferrita delta austenita CL 053 C C 009 C C 017 C Reações relevantes no diagrama FeFe3C L 182 818 100 ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 16 Reação eutetóide Diagrama FeFe3C metaestável ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 17 Patamar eutetóide Patamar eutético Detalhes da reação eutetóide Reações relevantes no diagrama FeFe3C ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 18 REAÇÃO EUTETÓIDE 077 C 727C austenita ferrita Fe3C cementita C 077 C C 002 C C Fe3C 667 C Reações relevantes no diagrama FeFe3C 100 887 Fe3C 113 ETM 203 Materiais de Construção Mecânica AUSTENITA Consiste em uma solução sólida intersticial de C com até 211 no ferro CFC O nome austenita é uma homenagem ao metalurgista inglês Sir William C Roberts Austen RobertsAusten foi um importante pesquisador no campo da metalografia e metalurgia desenvolveu trabalhos pioneiros sobre o diagrama FeC e sobre um pirômetro automático 19 Definições Austenita William C Roberts Austen 18431912 UK ETM 203 Materiais de Construção Mecânica Em aços ao carbono e aços baixa liga só é estável acima de 727C Apresenta resistência mecânica em torno de 150 MPa e elevada ductilidade e tenacidade Não é magnética A solubilidade do carbono na austenita é de no máximo 211 Os átomos de carbono formam um solução sólida intersticial na austenita 20 Definições Austenita Austenita observada em microscópio de alta temperatura em aço contendo 08 de C ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 21 Definições Austenita Posições dos átomos de carbono 077 Å nos interstícios do reticulado CFC da austenita Posição tetraédrica no CFC 028 Å ou 023R Posição octaédrica no CFC 051 Å ou 041R ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 22 Definições Ferrita A ferrita consiste em uma solução sólida intersticial formada entre o ferro CCC e o carbono A solubilidade máxima de carbono na ferrita é de 0022 A ferrita é magnética e apresenta resistência de cerca de 300 MPa e elevada ductilidade Ferrita observada em aço contendo 001 de C ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 23 Definições Ferrita Posições dos átomos de carbono 077 Å nos interstícios do reticulado CCC da ferrita Posição tetraédrica no CCC 036 Å ou 029R Posição octaédrica no CCC 019 Å ou 015 R ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 24 Definições Cementita CEMENTITA do latim caementum Denominação do carboneto de ferro Fe3C contendo 67 de C em peso e estrutura cristalina ortorrômbica Apresenta elevada dureza baixa resistência ductilidade e tenacidade nulas ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 25 Definições Cementita Cementita próeutetóide perlita Cementita eutetóide Aço eutetóide cementita eutetóide Aço hipereutetóide cementita próeutetóide cementita eutetóide Cementita eutetóide ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 26 Definições Perlita PERLITA Consiste na mistura mecânica das fases ferrita 885 em peso e cementita 115 em peso formadas pela reação eutetóide 4000 x ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 27 Cinética da Reação eutetóide REAÇÃO EUTETÓIDE 077 C 727C austenita ferrita Fe3C cementita C 077 C C 002 C C Fe3C 667 C Perlita Mistura mecânica das fases ferrita e cementita Propriedades mecânicas das fases ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 29 Propriedades Propriedades mecânicas de alguns constituintes dos aços ao carbono Constituinte Limite de escoamento MPa Alongamento Dureza Brinell HB FERRITA 300 40 90 CEMENTITA Fe3C 30 0 650 AUSTENITA 50 150 70 30 60 150 PERLITA Fe3C 525 10 250 300 ETM 203 Materiais de Construção Mecânica Propriedades Aço SAE Teor de carbono C Limite de escoamento MPa Limite de resistência MPa Alongamento em 50 mm Dureza Brinell kgfmm2 Resistência ao impacto J 1015 015 325 425 37 121 116 1020 020 345 440 36 131 118 1022 022 360 485 34 143 117 1030 030 345 520 32 149 94 1040 040 375 590 28 170 65 1050 050 425 750 20 217 27 1060 060 420 775 18 229 13 1080 080 525 1010 11 293 7 1095 095 500 1015 95 293 5 30 Definições e resfriamento em condições de equilíbrio ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 32 Aço eutetóide C 077 Aços hipoeutetóides C 077 Aços hipereutetóides C 077 077 Definições ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 33 Aços de médio carbono Aços baixo carbono 03 Aços de alto carbono 077 Definições ETM 203 Materiais de Construção Mecânica Resfriamento em condições de equilíbrio A sequência de resfriamento apresentada a seguir pressupõe condições de equilíbrio termodinâmico O resfriamento é lento o suficiente para que ocorra a homogeneização da composição das fases formadas 34 ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 35 Aço hipoeutetóide Ferrita próeutetóide e perlita ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 36 Resfriamento em condições de equilíbrio Aço hipoeutetóide Ferrita próeutetóide Ferrita eutetóide Perlita ferrita do eutetóide cementita Cementita eutetóide ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 37 Aço eutetóide 100 de perlita ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 38 Resfriamento em condições de equilíbrio Aço eutetóide Cementita eutetóide Ferrita eutetóide Perlita ferrita do eutetóide cementita ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 39 Perlita e cementita próeutetóide Aço hipereutetóide ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 40 Resfriamento em condições de equilíbrio Aço hipereutetóide Cementita próeutetóide Ferrita eutetóide Perlita ferrita do eutetóide cementita Cementita eutetóide Cálculos da quantidade dos microconstituintes ETM 203 Materiais de Construção Mecânica Cálculos dos microconstituintes Vamos tomar como exemplo o aço hipoeutetóide SAE 1020 contendo 020 de C e vamos calcular as quantidades dos microconstituintes ferrita e perlita presentes na microestrutura Coordenadas C0 02 de C T 727C patamar eutético 42 ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 43 Cálculos dos microconstituintes 02 C ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 44 02 C Cálculos dos microconstituintes ETM 203 Materiais de Construção Mecânica Cálculos dos microconstituintes Quantidade de perlita A perlita é formada pela reação eutetóide na temperatura do patamar 727C e sua quantidade é calculada na temperatura do patamar Quantidade de ferrita próeutetóide A ferrita próeutetóide é calculada na temperatura do patamar eutetóide 45 𝛾 02 002 077 002 100 24 𝛼 077 02 077 002 100 76 ETM 203 Materiais de Construção Mecânica Cálculos dos microconstituintes Considerando agora o aço hipoeutetóide SAE 1020 contendo 020 de C vamos calcular a quantidade total das fases ferrita e Fe3C presentes na temperatura ambiente Coordenadas C0 02 de C T ambiente menor do diagrama 46 ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 47 Cálculos dos microconstituintes 02 C ETM 203 Materiais de Construção Mecânica Cálculos dos microconstituintes Quantidade de ferrita total A quantidade de ferrita total é calculada na menor temperatura do diagrama Ela envolve a ferrita pró eutetóide e a ferrita formada pela reação eutetóide Quantidade de cementita Fe3C total A quantidade de cementita envolve a cementita formada na reação eutetóide 48 𝛼𝑇 667 02 667 0 100 97 𝐹𝑒3𝐶 02 0 667 0 100 3 ETM 203 Materiais de Construção Mecânica 49 Referências 1 Callister W D MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING An Introduction John Wiley Sons 5th edition 1999 2 Shackelford J F INTRODUCTION TO MATERIALS SCIENCE FOR ENGINEERS Prentice Hall 4th edition 1996 3 Smith W F PRINCÍPIOS DE CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS McGraw Hill Terceira edição 1998 4 The Making Shaping and Treatmet of steel USS 5 Thelning K E Steel and its heat treatement 2nd edition 1984