Diagrama Ferro-Carbono

Question 1

O ferro puro, ao ser aquecido, apresenta duas mudanças de estrutura cristalina antes de se fundir. Quais são?

Answer 1

À temperatura ambiente, a forma estável, chamada de ferrita, ou ferro α, apresenta uma estrutura cristalina CCC.
‘
A ferrita, a 912ºC (1674ºF), apresenta uma transformação polimórfica para austenita CFC, ou ferro γ.
‘
Essa austenita persiste até 1394ºC (2541ºF), quando a austenita CFC se reverte, novamente, a uma fase CCC, chamada de ferrita δ, e, finalmente, se funde a 1538ºC (2800ºF).

Question 2

Qual composto é formado á 6,70 %p C ?

Answer 2

Cementita ou carbeto de ferro (Fe3C)

Question 3

Quais os símbolos da ferrita, austenita, ferrita alfa e cementita?

Answer 3

ferrita alfa - ferro α
austenita gama - ferro γ
ferrita delta - ferrita δ
cementita - Fe3C

Question 4

Por que o gráfico só mostra até 6,70%p. C ?

Answer 4

Porque na prática, todos os aços e ferros fundidos apresentam teores de carbono inferiores a 6,70 %p C; portanto, consideramos apenas o sistema ferro-carbeto de ferro.

Question 5

Na linha em 6,70%p.C temos quanto de cementita?

Answer 5

6,70 %p C corresponde a 100 %p Fe3C.

Question 6

Pelo diagrama Fe-Fe3C qual é a solubilidade máxima de carbono na ferrita (α) e na austenita (γ) ?

Answer 6

0,022 é o valor máximo de carbono no ferro formando uma solução sólida homogênea, a partir desse valor o carbono já não é totalmente solúvel e passa a existir nova fase.
‘
A solubilidade máxima do carbono na austenita,
2,14 %p.

Question 7

A ferrita é uma fase relativamente dura ou macia?

Answer 7

A ferrita é macia.

Question 8

A austenita é magnética?

Answer 8

NÃO.

Question 9

Pelo diagrama qual fase se forma quando o limite de solubilidade para o carbono na ferrita α é excedido abaixo de 727ºC ?

Answer 9

Cementita (α + Fe3C).

Question 10

A cementita aumenta ou diminui a resistência do material?

Answer 10

Aumenta em alguns aços, pois, a cementita é muito dura, porém é frágil. No entanto, como a cementita é mais frágil, o aumento em seu teor resultará em uma diminuição tanto na ductilidade quanto na tenacidade (ou energia de impacto).

Question 11

Qual é a limitação real do diagrama ferro-carbono?

Answer 11

A limitação é devido a cementita ser na realidade metaestável e não um composto de equilíbrio. Durante vários anos, ela gradualmente mudará ou se transformará em ferro α e carbono, na forma de grafita, entretanto, uma vez que a taxa de decomposição da cementita é extremamente lenta, virtualmente todo o carbono no aço estará na forma de Fe3C, em vez de grafita, e o diagrama de fases ferro-carbeto de ferro é válido para todas as finalidades práticas.

Question 12

Quais são as reações eutéticas e eutetóides do diagrama ferro-carbono?

Answer 12

Reação eutética:
‘
Líquido = austenita + cementita
—
L = γ (2,14 %p C) + Fe3C (6,70 %p C)
‘
Reação eutetóide:
‘
Austenita = Ferrita α + cementita
γ = α + Fe3C
—
γ (0,77 %p C)= α (0,022 %p C) + Fe3C (6,70 %p C)

Question 13

Com base no teor de carbono existem 3 tipos de ligas ferrosas, quais são?

Answer 13

• Ferro comercial puro ( menos de 0,008% de C)
• aço (0,008 a 2,14% de C, mas geralmente não passa de 1%)
• ferro fundido (2,14 a 6,70% de C, mas geralmente não passa de 4,5%)

Question 14

O que é perlita e Baianita?

Answer 14

Perlita é a fase eutetóide de ferrita + cementita (α + Fe3C). É uma fase lamelar, a qual consiste em camadas alternadas de fase clara (ferrita α) e camadas finas escuras (Fe3C).
‘
Baianita também consiste nas fases ferrita e cementita, porém, a bainita ocorre em temperaturas abaixo daquelas em que a perlita se forma. A bainita se forma como agulhas ou placas, dependendo da temperatura da transformação; os detalhes microestruturais da bainita são tão finos que sua resolução só é possível usando microscopia eletrônica. Nenhuma fase proeutetoide se forma com a bainita.
‘
Como os aços bainíticos apresentam uma estrutura mais fina eles são, em geral, mais resistentes e mais duros que os aços perlíticos.

Question 15

Quais as propriedades mecânicas da perlita?

Answer 15

Mecanicamente, a perlita apresenta propriedades intermediárias entre a ferrita, macia e dúctil, e a cementita, dura e frágil.

Question 16

O que são ligas hipoeutetóide e hipereutetóide?

Answer 16

Hipoeutetóide estão à esquerda do ponto eutético possuem entre 0,022 e 0,76 %p C (menos carbono) e hipereutetóide estão à direita do ponto eutético possuem entre 0,76 e 2,14 %p C (mais carbono) .

Question 17

Quais microconstituinte aparecerão nas ligas ferro-carbono hipoeutetoides resfriadas lentamente até uma temperatura abaixo da temperatura eutetoide?

Answer 17

A ferrita proeutetoide (que é formada durante o resfriamento antes da temperatura da linha eutética) + a perlita (que é formada imediatamente ao se resfriar abaixo da linha eutética).
‘
Ver pág 310 ou imagem do celular de ligas hipoeutetoides.

Question 18

Quais microconstituinte aparecerão nas ligas ferro-carbono hipereutetoides resfriadas lentamente até uma temperatura abaixo da temperatura eutetoide?

Answer 18

A microestrutura resultante consistirá em perlita (que é formada imediatamente ao se resfriar abaixo da linha eutética) + cementita proeutetoide (que é formada durante o resfriamento antes da temperatura da linha eutética).
‘
Ver pág 312 ou imagem do celular de ligas hipereutetoides.

Question 19

Qual a influência da adição de elementos de liga sob o ponto eutético?

Answer 19

A adição de elementos de liga causa deslocamento do ponto eutético, causando alteração na temperatura do ponto e nas frações dos microconstituintes de perlita e ferrita ou cementita proeutetóides. .

Question 20

Identifique no diagrama ferro-carbono as linhas A1, A2, A3, Acm e A4. E diga o que acontece em cada uma.

Answer 20

• Linha A1 - Linha da reação eutetóide ( γ = α + Fe3C).
• Linha A2 - é a Linha de Curie, é onde o ferro deixa de ser magnético e passar a ser não magnético.
• Linha A3 - linha que demarca a transformação da austenita em ferrita α ( γ = α)
• Linha Acm - linha que demarca a transformação da austenita em austenita mais cementita ( γ = γ + Fe3C )
• Linha A4 - Linha linha que demarca a transformação γ = δ
• Linha liquidos

Question 21

Qual a taxa de resfriamento para se obter a ferrita acicular (em forma de agulhas) ?

Answer 21

Resfriamento rápido.

Question 22

A taxa de transformação de fase aumenta com a diminuição da temperatura?

Answer 22

Sim, quanto menor for a temperatura menor será o tempo para a transformação e consequentemente maior será a taxa de transformação.
‘
Note no gráfico de tempo x transformação do celular e pdf 340, que a 540°C (1000°F) apenas
cerca de 3 segundos são necessários para a reação prosseguir até 50% da sua conclusão.

Question 23

O que é diagrama TTT?

Answer 23

São gráficos transformação-tempo-temperatura (ou T-T-T), ou diagramas de transformações isotérmicas (Temperatura = cnst).

Question 24

Como se obtém a perlita grossa e a perlita fina?

Answer 24

A perlita grossa é obtida logo abaixo do eutetóide, onde as taxas de difusão são relativamente altas, de modo que durante a transformação os átomos de carbono podem difundir-se ao longo de distâncias relativamente grandes, o que resulta na formação de lamelas grossas.
‘
A perlita fina é obtida com a diminuição da temperatura, devido a taxa de difusão do carbono diminuir, tornando as camadas progressivamente mais finas.
‘
A perlita fina é mais dura e mais resistente que a perlita grossa. Isso porque na perlita fina existem mais contornos de grãos e mais lâminas da fase cementita (resistente e rígida) restringindo severamente a deformação da fase ferrita (dúctil) nas regiões adjacentes ao contorno de fases. Dessa forma, o maior grau de reforço e a maior restrição ao movimento das discordâncias na perlita fina são responsáveis por sua maior dureza e resistência.
‘
A perlita grossa é mais dúctil.

Question 25

É possível formar bainita a partir da perlita ou vice-versa?

Answer 25

Não, as fases são concorrentes entre si e só podem ser formadas a partir da austenita. Dependendo da temperatura vamos formar apenas a perlita, ou apenas a bainita.
Então, uma vez que uma dada porção de uma liga tenha se transformado em perlita ou bainita,
a transformação no outro microconstituinte não será possível sem um reaquecimento para formar austenita.

Question 26

No diagrama TTT onde a taxa de transformação é máxima?

Answer 26

Na extremidade do nariz, no ponto “N”.

pdf pág 343 ou celular

Question 27

Como se forma a esferoidita?

Answer 27

A esferoidita é obtida quando um aço tendo uma microestrutura perlítica ou bainítica é aquecido e deixado em uma temperatura abaixo da eutetoide durante um período de tempo suficientemente longo — por exemplo, em aproximadamente 700°C (1300°F) durante 18 a 24 horas. Em vez das lamelas alternadas de ferrita e cementita (perlita), ou da microestrutura observada para a bainita, a fase Fe3C aparecerá na forma de partículas com aspecto esférico, dispersas em uma matriz contínua da fase α.
‘
Os aços com esferoidita são extremamente dúcteis, muito mais que aqueles com perlita fina ou grossa. Adicionalmente, eles são notavelmente tenazes, pois qualquer trinca pode encontrar apenas uma fração muito pequena das partículas frágeis de cementita na medida em que ela se propaga através da matriz dúctil de ferrita.

Question 28

Como se forma a martensita?

Answer 28

A martensita é a fase metaestável que se forma quando as ligas ferro-carbono são austenitizadas e resfriadas rapidamente (ou temperadas) até uma temperatura relativamente baixa (na vizinhança da temperatura ambiente).
A transformação martensítica ocorre quando a taxa de resfriamento brusca é rápida o suficiente para prevenir a difusão do carbono.
‘
A transformação ocorre quase instantaneamente; a martensita nucleia e cresce a uma taxa muito rápida — na velocidade do som no interior da matriz de austenita. Dessa forma, a taxa da transformação martensítica, para todos os fins práticos, é independente do tempo.
‘
A martensita é a mais dura e mais resistente e, além disso, a mais frágil, na realidade, ela tem ductilidade desprezível.
‘
A martensita possui estrutura TCC.

Question 29

A martensita é a única transformação em que não há difusão?

Answer 29

Sim, na martensita o resfriamento é tão rápido que não dá tempo para a difusão do carbono. Todos os átomos de carbono permanecem como impurezas intersticiais na martensita; assim, eles formam uma solução sólida supersaturada.

Question 30

A martensita é uma solução sólida supersaturada de carbono?

Answer 30

Sim, como não há tempo para ocorrer a difusão todos os átomos de carbono permanecem como impurezas intersticiais na martensita, assim, eles formam uma solução sólida supersaturada.

Question 31

A martensita pode coexistir com a austenita?

Answer 31

Sim, a região branca na matriz de martensita é a austenita que não se transformou durante o resfriamento brusco.

Question 32

No gráfico TTT pq a linha de transformação martensítica é horizontal?

Answer 32

A característica horizontal e linear das linhas martensítica indicam que a transformação martensítica é independente do tempo. Ela é função exclusivamente da temperatura até a qual a liga é resfriada rapidamente ou temperada.

Question 33

Considere uma liga com a composição eutetoide sendo resfriada muito rapidamente de 727°C até 165°C (330°F). A partir do diagrama de transformação térmica, pode-se observar que 50% da austenita irá se transformar imediatamente em martensita, enquanto essa temperatura for mantida existirá transformação
adicional?

Answer 33

Não, só existirá transformação quando a temperatura for alterada, porque a martensita é transformada em função da temperatura sendo independente de tempo.

Question 34

Considerando o diagrama de transformação isotérmica para uma liga ferro-carbono com composição eutetoide (pág 346 ou curva TTT celular), especifique a natureza da microestrutura final (em termos dos microconstituintes presentes e das porcentagens aproximadas) de uma pequena amostra que foi submetida aos tratamentos
tempo-temperatura abaixo. Em cada caso, suponha que inicialmente a amostra estava a 760°C e que havia sido mantida, nessa temperatura, tempo suficiente para ser obtida uma estrutura homogênea totalmente austenítica:
‘
(a) Resfriamento rápido até 350°C (660°F), manutenção durante 10^4 segundos e têmpera até a temperatura ambiente.
(b) Resfriamento rápido até 250°C (480°F), manutenção durante 100 segundos e têmpera até a temperatura ambiente.
(c) Resfriamento rápido até 650°C (1200°F), manutenção durante 20 segundos, resfriamento rápido até 400°C (750°F), manutenção durante 10^3 segundos e têmpera até a temperatura ambiente.

Answer 34

(a) 100% Bainita
(b) 100% Martensita
(c) 50% Perlita e 50% Bainita

Question 35

O que é a martensita revenida?

Answer 35

A microestrutura da martensita revenida consiste em partículas de cementita extremamente pequenas e uniformemente dispersas em uma matriz contínua de ferrita. Essa microestrutura é semelhante à da esferoidita, exceto que as partículas de cementita são muito, muito menores.
‘
O revenido é feito mediante o aquecimento de um aço martensítico até uma temperatura
abaixo da temperatura eutetóide, por um período de tempo específico. Normalmente, o revenido é conduzido em temperaturas entre 250ºC e 650°C. Esse tratamento térmico de
revenido permite, por meio de processos de difusão, a formação da martensita revenida, de acordo com a reação:
‘
Martensita (TCC, mono fásica) = Martensita revenida (fases a + Fe (10.20) 3C)
‘
Em que a martensita TCC monofásica, que está supersaturada com carbono, transforma-se em martensita revenida, composta pelas fases estáveis ferrita e cementita.
‘
A martensita revenida pode ser quase tão dura e resistente quanto a martensita, porém com
uma ductilidade e uma tenacidade substancialmente aumentadas.

Question 36

Classifique de 1 a 6 o nível de dureza, ductilidade e resistência, para perlita grossa, perlita fina, baianita, esforoidita, martensita e martensita revenida.

Answer 36

Do menor p/ o maior nível:
‘
DUREZA
1 esforoidita - 2 perlita grossa - 3 perlita fina - 4 baianita - 5 martensita revenida - 6 martensita.
‘
DUCTILIDADE
1 martensita - 2 martensita revenida - 3 baianita - 4 perlita fina - 5 perlita grossa - 6 esferoidita.
‘
RESISTÊNCIA
1 esferoidita - 2 perlita grossa - 3 perlita fina - 4 bainita - 5 martensita revenida - 6 martensita.
‘
—— RESUMO ——
* Os aços martensíticos são os mais duros e resistentes, mas também os mais frágeis.
* A martensita revenida é muito resistente, porém relativamente dúctil.
* A bainita apresenta uma combinação desejável de resistência e ductilidade, mas não é tão resistente
quanto a martensita revenida.
* A perlita fina é mais dura, resistente e frágil que a perlita grossa.
* A esferoidita tem menor dureza e é a mais dúctil das microestruturas discutidas.

Question 37

Resuma as microestruturas das ligas ferro-carbono: Perlita grossa e fina, baianita, esferoidita, martensita e martensita revenida.

Answer 37

Perlita grossa e perlita fina — as camadas alternadas de ferrita α e cementita são mais finas
para a perlita fina do que para a perlita grossa. A perlita grossa forma-se em temperaturas
mais altas (isotermicamente) e para taxas de resfriamento mais lentas (resfriamento
contínuo).
‘
Bainita — possui uma estrutura muito fina, composta por uma matriz de ferrita e partículas
alongadas de cementita. Forma-se em temperaturas mais baixas/taxas de resfriamento
mais altas que a perlita fina.
‘
Esferoidita — é composta por partículas de cementita em forma de esfera que estão incorporadas em uma matriz de ferrita. O aquecimento da perlita fina/grossa ou da bainita, a aproximadamente 700°C durante várias horas, produz a esferoidita.
‘
Martensita — uma solução sólida ferro-carbono em forma de placas ou agulhas com estrutura
cristalina tetragonal de corpo centrado. A martensita é produzida por meio de uma têmpera rápida da austenita até uma temperatura suficientemente baixa, de modo a
prevenir a difusão do carbono e a formação de perlita e/ou bainita.
‘
Martensita revenida — consiste em partículas muito pequenas de cementita em uma matriz
de ferrita. O aquecimento da martensita a temperaturas na faixa de aproximadamente
250ºC a 650°C resultará na sua transformação em martensita revenida.