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Metalurgia Unidade I 1 INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO CIÊNCIAS E TECNOLOGIA DO MARANHÃO CAMPUS PEDREIRAS CURSO TÉCNICO EM ELETROMECÂNICA EIXO TECNOLÓGICO CONTROLE E PROCESSOS INDUSTRIAIS Prof a Me Suellen Alcântara Ligas ferrosas Diagrama de equilíbrio FerroCarbono 2 Definições Liga metálica que tem como sua composição base o Ferro As ligas ferrosas são produzidas em maiores quantidades do que de qualquer outro de metal Elas são especialmente importantes como materiais de construção de engenharia Definições O seu uso largamente difundido é devido a três fatores Compostos contendo ferro existem em quantidades abundantes na crosta terrestre O ferro metálico e aços podem ser produzidos usando técnicas relativamente econômicas de extração de refino de adição de elementos de liga e de fabricação Ligas ferrosas são extremamente versáteis no sentido de que elas podem ser elaboradas sob medida para ter uma larga faixa de propriedades mecânicas e físicas Definições Divididas em dois grupos Aço Até 2 de carbono Ferro fundido Acima de 2 e raramente superior a 4 Definições Divididas em dois grupos Aço Aço carbono Açoliga Ferro fundido Cinzento Branco Maleável Nodular Definições Divididas em dois grupos Diagrama de equilíbrio FeC UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ Diagrama de equilibrio FeC Fonte Callister 2008 Ferro Puro Estado líquido Estado sólido AÇO FERRO FUNDIDO Diagrama de equilibrio FeC Diagrama de equilíbrio FeC FERRO α Características FERRO α FERRITA EstruturaCCC Temperatura de existência é até 912 C Solubilidade máxima do carbono 0022 a 727C É uma fase mole e dúctil 11 Diagrama de equilíbrio FeC FERRO α Aparência da ferrita α fotomicrografia 12 Diagrama de equilíbrio FeC FERRO γ Características Ferro γ Austenita EstruturaCFC Temperatura de existência9121394 C Solubilidade máxima do carbono 214 a 1147C É mais dura 13 Diagrama de equilíbrio FeC FERRO γ Aparência da ferrita γ Austenita fotomicrografia 14 Diagrama de equilíbrio FeC FERRITA d A FERRITA d é virtualmente a mesma que a FERRITA a exceto pela faixa de temperatura em que cada uma existe Como é estável somente a altas temperaturas não tem interesse comercial Sua estrutura também é CCC 15 Diagrama de equilíbrio FeC CEMENTITA Fe3C Contém 667 de carbono e 9333 de ferro É um material duro e quebradiço Apesar de ser comumente classificado como cerâmica em sua forma pura é mais utilizado na metalurgia 16 Pontos importantes do diagrama Fe3C cementita Temperatura ºC Composição p C 1 2 3 4 5 6 67 0 1600 1400 1200 1000 800 600 400 L Fe3C Fe3C γ Fe3C γ L L Fe3C γ austenita γ δ 430 214 076 0022 912 ºC 1394 ºC 1538 ºC 727 ºC Fe3C 076 727 ºC γ Fe3C Fe3C γ γ 0022 resfriamento aquecimento γ076 p C 0022 p C Fe3C 67 p C REAÇÃO EUTÓIDE DOS AÇOS a 727 ºC AÇOS 008 C 211 FERROS FUNDIDOS C 211 Fe Diagrama de equilibrio FeC L γ Fe3C Eutético γ α Fe3C Eutetóide AÇO FERRO FUNDIDO Digrama de equilíbrio FeC Desenvolvimento de microestruturas O ferro puro ao ser aquecido experimenta duas alterações na sua estrutura cristalina antes de se fundir UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ Digrama de equilíbrio FeC Liga Eutetóide Correspondente a cerca de 077 de carbono Convivência simultânea de três fases Fe3C UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ Digrama de equilíbrio FeC 24 γ γ γ γ γ γ Fe3C Fe3C 727 ºC Fe3C Temperatura ºC 10 20 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Composição p C AÇO EUTETÓIDE 076p C 076 REAÇÃO EUTETÓIDE 67 CFe3C 67 C 0022 PERLITA Digrama de equilíbrio FeC Liga Eutetóide UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ Digrama de equilíbrio FeC Mecanismo de formação da PERLITA a partir da AUSTENITA CC Fe3C C C C C C γ Direção do crescimento da perlita 26 Fe3C Digrama de equilíbrio FeC Microestrutura camadas alternadas ou lamelas compostas pelas duas fases e Fe3C que se formam simultaneamente Propriedades intermediárias entre a macia e dúctil ferrita e a dura e frágil cementita UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ Digrama de equilíbrio FeC Liga Hipoeutetóide A uma temperatura imediatamente abaixo da eutetóide toda a fase γ se transforma em perlita ferrita eutetóide Fe3C A fase α que não muda é denominada ferrita proeutetóide UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ Digrama de equilíbrio FeC Materiais para Construção Mecânica Diagramas de Fase 27 γ γ γ Fe3C Fe3C 727 ºC Temperatura ºC 10 20 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Composição p C AÇO HIPOEUTETÓIDE 076p C 076 67 CFe3C 67 C 0022 PERLITA Fe3C eutetóide γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ próeutetóide REAÇÃO EUTETÓIDE C0 a Digrama de equilíbrio FeC Microestrutura Composta por perlita e ferrita proeutetóide UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ Digrama de equilíbrio FeC Liga hipereutetóide A uma temperatura imediatamente abaixo da eutetóide toda a fase γ se transforma em perlita A fase Fe3C que não muda é denominada cementita proeutetóide UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ Digrama de equilíbrio FeC 29 γ γ γ Fe3C Fe3C 727 ºC Temperatura ºC 10 20 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Composição p C AÇO HIPEREUTETÓIDE 076p C 076 67 PERLITA Fe3Ceutetóide γ γ γ γ REAÇÃO EUTETÓIDE C0 γ γ γ γ γ Fe3C próeutetóide γ γ γ γ Digrama de equilíbrio FeC Microestrutura rede de cementita proeutetóide que envolve as colônias de perlita UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ Digrama de equilíbrio FeC Quadro resumo UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ Diagrama de equilibrio FeC ferrita ferrita perlita perlita cementita perlita Fe puro A Aço hipoeutetoide B Aço eutetoide C Aço hipereutetoide D Diagrama de equilibrio FeC Aço Ferro Fundido 1538C 1493C Ferrita CCC 1394C γ Austenita CFC 912C α eutético 076 0022 α Ferrita CCC Macia e magnética 214 100Χ 1147C 430 γ Fe3C 727C Dura e quebradiça metaestavel Cementita Fe3C 670 Diagrama de equilíbrio FeC Ferro fundido eutético com teor de carbono de 430 Ferro fundido hipoeutético com teor de carbono entre 211 e 430 Ferro fundido hipereutético com teor de carbono acima de 430 Diagrama de equilíbrio FeC Ferro fundido eutético Ledeburita glóbulos de perlita sobre um fundo de cementita Diagrama de equilíbrio FeC Ferro fundido hipoeutético Austenita que se empobrece paulatinamente de carbono até transformar se em perlita Ledeburita constituída agora de glóbulos de perlita sobre um fundo de cementita Diagrama de equilibrio FeC Aço Ferro Fundido 1538C 1493C Ferrita CCC 1394C γ Austenita CFC 912C α eutético 076 0022 α Ferrita CCC Macia e magnética 214 100Χ 1147C 430 γ Fe3C 727C Dura e quebradiça metaestavel Cementita Fe3C 670 Diagrama de equilíbrio FeC Ferro fundido hipoeutético Cristais alongados de cementita e um fundo de ledeburita glóbulos de perlita mais cementita Diagrama de equilibrio FeC Aço Ferro Fundido 1538ºC 1493ºC δ Ferrita CCC 1394ºC γ Austenita CFC 912ºC 100X eutético 727ºC 076 eutetóide 0022 Macia e magnética Dura e quebradiça metaestável Cementita Fe3C 670 Diagrama de equilíbrio FeC Essas estruturas correspondem ao ferro fundido branco Não possuem carbono na forma de grafita Pouco uso comercial devido sua grande dureza e baixa usinabilidade Diagrama de equilíbrio FeC Si Os ferros fundidos mais utilizados são os cinzentos onde há a presença do silício geralmente em teores superiores a 2 Decomposição da cementita Fe3C em Fe C na forma de grafita Silício entra como elemento grafitizante Diagrama de equilíbrio FeC Si Diferentemente dos aços à medida que o teor de carbono aumenta estas ligas tomamse mais moles menos resistentes e mais usináveis Entretanto sua ductilidade qualquer que seja o teor de carbono é praticamente nula devido à presença de carbono livre em veios de grafita Diagrama de equilíbrio FeC Si Segundo a ASTM temse 5 classificações de ferro fundido cinzento Dúvidas
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Metalurgia Unidade I 1 INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO CIÊNCIAS E TECNOLOGIA DO MARANHÃO CAMPUS PEDREIRAS CURSO TÉCNICO EM ELETROMECÂNICA EIXO TECNOLÓGICO CONTROLE E PROCESSOS INDUSTRIAIS Prof a Me Suellen Alcântara Ligas ferrosas Diagrama de equilíbrio FerroCarbono 2 Definições Liga metálica que tem como sua composição base o Ferro As ligas ferrosas são produzidas em maiores quantidades do que de qualquer outro de metal Elas são especialmente importantes como materiais de construção de engenharia Definições O seu uso largamente difundido é devido a três fatores Compostos contendo ferro existem em quantidades abundantes na crosta terrestre O ferro metálico e aços podem ser produzidos usando técnicas relativamente econômicas de extração de refino de adição de elementos de liga e de fabricação Ligas ferrosas são extremamente versáteis no sentido de que elas podem ser elaboradas sob medida para ter uma larga faixa de propriedades mecânicas e físicas Definições Divididas em dois grupos Aço Até 2 de carbono Ferro fundido Acima de 2 e raramente superior a 4 Definições Divididas em dois grupos Aço Aço carbono Açoliga Ferro fundido Cinzento Branco Maleável Nodular Definições Divididas em dois grupos Diagrama de equilíbrio FeC UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ Diagrama de equilibrio FeC Fonte Callister 2008 Ferro Puro Estado líquido Estado sólido AÇO FERRO FUNDIDO Diagrama de equilibrio FeC Diagrama de equilíbrio FeC FERRO α Características FERRO α FERRITA EstruturaCCC Temperatura de existência é até 912 C Solubilidade máxima do carbono 0022 a 727C É uma fase mole e dúctil 11 Diagrama de equilíbrio FeC FERRO α Aparência da ferrita α fotomicrografia 12 Diagrama de equilíbrio FeC FERRO γ Características Ferro γ Austenita EstruturaCFC Temperatura de existência9121394 C Solubilidade máxima do carbono 214 a 1147C É mais dura 13 Diagrama de equilíbrio FeC FERRO γ Aparência da ferrita γ Austenita fotomicrografia 14 Diagrama de equilíbrio FeC FERRITA d A FERRITA d é virtualmente a mesma que a FERRITA a exceto pela faixa de temperatura em que cada uma existe Como é estável somente a altas temperaturas não tem interesse comercial Sua estrutura também é CCC 15 Diagrama de equilíbrio FeC CEMENTITA Fe3C Contém 667 de carbono e 9333 de ferro É um material duro e quebradiço Apesar de ser comumente classificado como cerâmica em sua forma pura é mais utilizado na metalurgia 16 Pontos importantes do diagrama Fe3C cementita Temperatura ºC Composição p C 1 2 3 4 5 6 67 0 1600 1400 1200 1000 800 600 400 L Fe3C Fe3C γ Fe3C γ L L Fe3C γ austenita γ δ 430 214 076 0022 912 ºC 1394 ºC 1538 ºC 727 ºC Fe3C 076 727 ºC γ Fe3C Fe3C γ γ 0022 resfriamento aquecimento γ076 p C 0022 p C Fe3C 67 p C REAÇÃO EUTÓIDE DOS AÇOS a 727 ºC AÇOS 008 C 211 FERROS FUNDIDOS C 211 Fe Diagrama de equilibrio FeC L γ Fe3C Eutético γ α Fe3C Eutetóide AÇO FERRO FUNDIDO Digrama de equilíbrio FeC Desenvolvimento de microestruturas O ferro puro ao ser aquecido experimenta duas alterações na sua estrutura cristalina antes de se fundir UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ Digrama de equilíbrio FeC Liga Eutetóide Correspondente a cerca de 077 de carbono Convivência simultânea de três fases Fe3C UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ Digrama de equilíbrio FeC 24 γ γ γ γ γ γ Fe3C Fe3C 727 ºC Fe3C Temperatura ºC 10 20 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Composição p C AÇO EUTETÓIDE 076p C 076 REAÇÃO EUTETÓIDE 67 CFe3C 67 C 0022 PERLITA Digrama de equilíbrio FeC Liga Eutetóide UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ Digrama de equilíbrio FeC Mecanismo de formação da PERLITA a partir da AUSTENITA CC Fe3C C C C C C γ Direção do crescimento da perlita 26 Fe3C Digrama de equilíbrio FeC Microestrutura camadas alternadas ou lamelas compostas pelas duas fases e Fe3C que se formam simultaneamente Propriedades intermediárias entre a macia e dúctil ferrita e a dura e frágil cementita UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ Digrama de equilíbrio FeC Liga Hipoeutetóide A uma temperatura imediatamente abaixo da eutetóide toda a fase γ se transforma em perlita ferrita eutetóide Fe3C A fase α que não muda é denominada ferrita proeutetóide UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ Digrama de equilíbrio FeC Materiais para Construção Mecânica Diagramas de Fase 27 γ γ γ Fe3C Fe3C 727 ºC Temperatura ºC 10 20 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Composição p C AÇO HIPOEUTETÓIDE 076p C 076 67 CFe3C 67 C 0022 PERLITA Fe3C eutetóide γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ próeutetóide REAÇÃO EUTETÓIDE C0 a Digrama de equilíbrio FeC Microestrutura Composta por perlita e ferrita proeutetóide UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ Digrama de equilíbrio FeC Liga hipereutetóide A uma temperatura imediatamente abaixo da eutetóide toda a fase γ se transforma em perlita A fase Fe3C que não muda é denominada cementita proeutetóide UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ Digrama de equilíbrio FeC 29 γ γ γ Fe3C Fe3C 727 ºC Temperatura ºC 10 20 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Composição p C AÇO HIPEREUTETÓIDE 076p C 076 67 PERLITA Fe3Ceutetóide γ γ γ γ REAÇÃO EUTETÓIDE C0 γ γ γ γ γ Fe3C próeutetóide γ γ γ γ Digrama de equilíbrio FeC Microestrutura rede de cementita proeutetóide que envolve as colônias de perlita UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ Digrama de equilíbrio FeC Quadro resumo UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ Diagrama de equilibrio FeC ferrita ferrita perlita perlita cementita perlita Fe puro A Aço hipoeutetoide B Aço eutetoide C Aço hipereutetoide D Diagrama de equilibrio FeC Aço Ferro Fundido 1538C 1493C Ferrita CCC 1394C γ Austenita CFC 912C α eutético 076 0022 α Ferrita CCC Macia e magnética 214 100Χ 1147C 430 γ Fe3C 727C Dura e quebradiça metaestavel Cementita Fe3C 670 Diagrama de equilíbrio FeC Ferro fundido eutético com teor de carbono de 430 Ferro fundido hipoeutético com teor de carbono entre 211 e 430 Ferro fundido hipereutético com teor de carbono acima de 430 Diagrama de equilíbrio FeC Ferro fundido eutético Ledeburita glóbulos de perlita sobre um fundo de cementita Diagrama de equilíbrio FeC Ferro fundido hipoeutético Austenita que se empobrece paulatinamente de carbono até transformar se em perlita Ledeburita constituída agora de glóbulos de perlita sobre um fundo de cementita Diagrama de equilibrio FeC Aço Ferro Fundido 1538C 1493C Ferrita CCC 1394C γ Austenita CFC 912C α eutético 076 0022 α Ferrita CCC Macia e magnética 214 100Χ 1147C 430 γ Fe3C 727C Dura e quebradiça metaestavel Cementita Fe3C 670 Diagrama de equilíbrio FeC Ferro fundido hipoeutético Cristais alongados de cementita e um fundo de ledeburita glóbulos de perlita mais cementita Diagrama de equilibrio FeC Aço Ferro Fundido 1538ºC 1493ºC δ Ferrita CCC 1394ºC γ Austenita CFC 912ºC 100X eutético 727ºC 076 eutetóide 0022 Macia e magnética Dura e quebradiça metaestável Cementita Fe3C 670 Diagrama de equilíbrio FeC Essas estruturas correspondem ao ferro fundido branco Não possuem carbono na forma de grafita Pouco uso comercial devido sua grande dureza e baixa usinabilidade Diagrama de equilíbrio FeC Si Os ferros fundidos mais utilizados são os cinzentos onde há a presença do silício geralmente em teores superiores a 2 Decomposição da cementita Fe3C em Fe C na forma de grafita Silício entra como elemento grafitizante Diagrama de equilíbrio FeC Si Diferentemente dos aços à medida que o teor de carbono aumenta estas ligas tomamse mais moles menos resistentes e mais usináveis Entretanto sua ductilidade qualquer que seja o teor de carbono é praticamente nula devido à presença de carbono livre em veios de grafita Diagrama de equilíbrio FeC Si Segundo a ASTM temse 5 classificações de ferro fundido cinzento Dúvidas