O que é o diagrama de fases ferro-carbono?

Diagrama de Fases Ferro-Carbono

O diagrama de fases ferro-carbono é amplamente utilizado para entender as diferentes fases do aço e do ferro fundido. Tanto o aço quanto o ferro fundido são uma mistura de ferro e carbono. Além disso, ambas as ligas contêm um pequeno número de oligoelementos.

O gráfico é bastante complexo, mas como estamos limitando nossa exploração ao Fe3C, focaremos apenas em 6,67% em peso de carbono.

Este diagrama de fases ferro-carbono é plotado com as concentrações de carbono por peso no eixo X e a escala de temperatura no eixo Y.

A Fig. mostra o diagrama de equilíbrio Fe-C no qual várias estruturas (obtidas durante o aquecimento e resfriamento), fases e constituintes microscópicos de vários tipos de aço e ferro fundido são representados. As principais estruturas, o significado de várias linhas e pontos críticos são discutidos abaixo.

Estruturas no diagrama Fe-C

Os principais constituintes microscópicos do ferro e do aço são os seguintes:

• Austenita
• Ferrita
• Cementita
• Perlita

1. Austenita

A austenita é uma solução sólida de carbono livre (ferrita) e ferro em ferro gama. Ao aquecer o aço, após a temperatura crítica superior, a formação da estrutura se completa em austenita que é dura, dúctil e não magnética.

É capaz de dissolver uma grande quantidade de carbono. Está entre as faixas críticas ou de transferência durante o aquecimento e resfriamento do aço. É formado quando o aço contém até 1,8% de carbono a 1130°C. Ao esfriar abaixo de 723°C, começa a se transformar em perlita e ferrita. Os aços austeníticos não podem ser endurecidos pelos métodos usuais de tratamento térmico e não são magnéticos.

2. Ferrite

A ferrita contém muito pouco ou nenhum carbono no ferro. É o nome dado aos cristais de ferro puro que são macios e dúcteis. O resfriamento lento do aço de baixo carbono abaixo da temperatura crítica produz uma estrutura de ferrite. A ferrita não endurece quando resfriada rapidamente. É muito macio e altamente magnético.

3. Cementita

Cementita é um composto químico de carbono com ferro e é conhecido como carboneto de ferro (Fe3C). O ferro fundido com 6,67% de carbono possui a estrutura completa da cementita. A cementita livre é encontrada em todos os aços contendo mais de 0,83% de carbono. Ela aumenta com um aumento na % de carbono, conforme refletido no diagrama de Equilíbrio Fe-C . É extremamente difícil.

Acredita-se que a dureza e a fragilidade do ferro fundido se devam à presença de cementita. Diminui a resistência à tração. Isso é formado quando o carbono forma combinações definidas com o ferro na forma de carbonetos de ferro que são extremamente duros por natureza. A fragilidade e a dureza do ferro fundido são controladas principalmente pela presença de cementita nele. É magnético abaixo de 200°C.

4. Perlita

A perlita é uma liga eutetóide de ferrita e cementita. Ocorre principalmente em aços de médio e baixo carbono na forma de mistura mecânica de ferrita e cementita na proporção de 87:13. Sua dureza aumenta com a proporção de perlita no material ferroso.

A perlita é relativamente forte, dura e dúctil, enquanto a ferrita é fraca, macia e dúctil. É formado por placas claras e escuras alternadas.

Essas camadas são alternadamente ferrita e cementita. Quando vista com a ajuda de um microscópio, a superfície tem a aparência de uma pérola, por isso é chamada de perlita. Os aços duros são misturas de perlita e cementita, enquanto os aços macios são misturas de ferrita e perlita.

À medida que o teor de carbono aumenta além de 0,2% na temperatura na qual a ferrita é rejeitada pela primeira vez da queda de austenita até, ou acima de 0,8% de carbono, nenhuma ferrita livre é rejeitada da austenita. Este aço é chamado de aço eutetóide, e é uma estrutura perlita em composição.

Como o ferro com vários % de carbono (até 6%) é aquecido e resfriado, as fases a seguir representando as linhas falarão sobre a estrutura do ferro, como ele é carregado.

Significado das Linhas de Transformações

1. Linha ABCD

A linha  ABCD  informa que acima desta linha a fusão foi concluída durante o aquecimento do ferro. O metal fundido está puramente na forma liquidus. Abaixo desta linha e acima da linha AHJECF o metal é parcialmente sólido e parcialmente líquido.

O metal sólido é conhecido como austenita. Assim, a linha  ABCD  representa as temperaturas nas quais a fusão é considerada concluída. Além desta linha, o metal está totalmente em estado fundido. Não é uma linha horizontal a temperatura de fusão irá variar com o teor de carbono.

2. Linha AHJECF

Esta linha nos diz que o metal começa a derreter nessa temperatura. Esta linha não é horizontal e, portanto, as temperaturas de fusão mudam com o teor de carbono. Abaixo desta linha e acima da linha GSEC, o metal está em forma sólida e possui uma estrutura de austenita.

3. Linha PSK

Esta linha ocorre perto de 723°C e é uma linha horizontal e é conhecida como uma linha de temperatura crítica mais baixa porque a transformação do aço começa nesta linha. A % de carbono não afeta isso, o que significa que o aço com % diferente de carbono se transformará na mesma temperatura.

O intervalo acima da linha até GSE é conhecido como o intervalo de transformação. Esta linha nos diz que o aço com carbono de até 0,8%  até 0,8%  começará a se transformar de ferrita e perlita em austenita durante o aquecimento.

4. Linha  ECF

É uma linha à temperatura de 1130°C que informa que para ferro fundido com % de C de 2% a 4,3%. Abaixo desta linha e acima da linha SK, o ferro fundido terá austenita + ledeburita e cementita + ledeburita.

Perguntas frequentes.

O que é o diagrama de carbono do ferro?

O diagrama Fe-C (também chamado de fase ferro-carbono ou diagrama de equilíbrio) é uma representação gráfica dos respectivos estados microestruturais da liga ferro-carbono (Fe-C), dependendo da temperatura e do teor de carbono. Para explicar este diagrama, deve ser feita uma introdução sobre estruturas metálicas e ferro puro.

Como você lê um diagrama de ferro-carbono?

Por que o diagrama de carbono do ferro é chamado de diagrama de equilíbrio?

O carboneto de ferro é chamado de fase metaestável. Portanto, o diagrama ferro-carboneto de ferro, embora represente tecnicamente condições metaestáveis, pode ser considerado como representando mudanças de equilíbrio, sob condições de aquecimento e resfriamento relativamente lentos.

Quais são as fases no diagrama de fases ferro-carbono?

Para o diagrama de fases ferro-carbono, os campos de fase de interesse são campos de fase ferrita, cementita, austenita, ferrita + cementita, ferrita + austenita e campos de fase austenita + cementita.

O que é o diagrama de equilíbrio de carbono?

O diagrama de equilíbrio ferro-carbono (também chamado de diagrama de fases ferro-carbono) é uma representação gráfica dos respectivos estados microestruturais da liga ferro-carbono (Fe-C), dependendo da temperatura e do teor de carbono.

Qual ​​é a porcentagem de carbono no aço eutetóide?

O aço contendo 0,8% C é conhecido como aço eutetóide. A microestrutura de equilíbrio do aço eutetóide obtido à temperatura ambiente é a perlita.

O que é aço macio?

O aço macio é um metal ferroso feito de ferro e carbono. É um material de baixo preço com propriedades adequadas para a maioria das aplicações gerais de engenharia. O aço macio de baixo carbono possui boas propriedades magnéticas devido ao seu alto teor de ferro; é, portanto, definido como sendo "ferromagnético".

Do que é feito o aço?

aço, liga de ferro e carbono em que o teor de carbono varia até 2 por cento (com um teor de carbono maior, o material é definido como ferro fundido). De longe o material mais utilizado para a construção de infraestruturas e indústrias do mundo, é usado para fabricar tudo, desde agulhas de costura até navios petroleiros.

Qual ​​é o significado da temperatura a0 no diagrama de ferro carboneto de ferro?

A linha A1 é a linha de temperatura eutetóide e é a temperatura mais baixa na qual f.c.c. ferro pode existir em condições de equilíbrio. Logo acima da linha A1, a microestrutura consiste em aproximadamente 25% de austenita e 75% de ferrita.

Qual ​​é a temperatura crítica no diagrama de carbono do ferro?

Assim, é a temperatura correspondente ao limite de fase gama + alfa/gama para o aço hipo-eutetóide e é uma função do teor de carbono do aço, uma vez que diminui de 910 graus C a 0 % C para 727 graus C a 0,76 % C Também é chamada de temperatura crítica superior dos aços hipoeutetóides.

Qual ​​é a temperatura eutetóide no diagrama de carbono do ferro?

A reação eutetóide descreve a transformação de fase de um sólido em dois sólidos diferentes. No sistema Fe-C, há um ponto eutetóide em aproximadamente 0,8% em peso C, 723°C. A fase logo acima da temperatura eutetóide para aços carbono simples é conhecida como austenita ou gama.

Qual ​​é a importância do diagrama de carbono do ferro?

O diagrama de fases ferro-carbono é amplamente utilizado para entender as diferentes fases do aço e do ferro fundido. Tanto o aço quanto o ferro fundido são uma mistura de ferro e carbono. Além disso, ambas as ligas contêm uma pequena quantidade de oligoelementos.

O carbono é um FCC?

O carbono é mais solúvel na fase FCC, que ocupa a área “γ” no diagrama de fases, do que na fase BCC. A porcentagem de carbono determina o tipo de liga de ferro que é formada no resfriamento da fase FCC, ou do ferro líquido:ferro alfa, aço carbono (perlita) ou ferro fundido.

Como você sabe se é BCC ou FCC?

A diferença mais direta entre os cristais FCC e BCC está nos arranjos atômicos. A estrutura cúbica de face centrada tem um átomo em todas as 8 posições de canto e no centro de todas as 6 faces. A estrutura cúbica de corpo centrado tem um átomo em todas as 8 posições de canto e outro no centro do cubo.

O aço é um BCC ou FCC?

A fase alfa é chamada de ferrita. A ferrita é um constituinte comum em aços e possui uma estrutura Cúbica de Corpo Centrado (BCC) [que é menos densamente compactada que a FCC].

Qual ​​é o equilíbrio de carbono do ferro?

Sob condições de equilíbrio, a ferrita pró-eutetóide se formará em ligas ferro-carbono contendo até 0,8% de carbono. A reação ocorre a 910°C em ferro puro, mas ocorre entre 910°C e 723°C em ligas ferro-carbono.

O que é perlita no diagrama de carbono de ferro?

A perlita é a mistura eutetóide de cementita e ferrita. Diagrama de equilíbrio de ferro carbono:O diagrama de fases de Fe-Fe3C não é um verdadeiro equilíbrio porque o carboneto de ferro é uma fase instável que após tratamento térmico prolongado se decompõe em ferro e carbono (a forma de grafite).

O que é ferrita no diagrama de carbono do ferro?

A ferrita é conhecida como solução sólida α. É uma solução sólida intersticial de uma pequena quantidade de carbono dissolvido em ferro α (BCC). A solubilidade máxima é de 0,025 % C a 723 ºC e dissolve apenas 0,008 % C à temperatura ambiente. É a estrutura mais suave que aparece no diagrama.

Qual ​​é a fase de ferro quase puro?

O ferro puro (α-ferro, ou 'ferrita') sofre uma mudança na estrutura cristalina quando aquecido acima de 910 °C, formando γ-ferro, ou 'austenita'.

Por que a linha ACM é mais inclinada que a linha A3?

A linha Acm é muito mais inclinada do que a linha A3, o que significa que a quantidade de cementita proeutetóide em aços comerciais é muito pequena, mas também significa que o aquecimento, temperaturas muito altas, deve ser feito para dissolver essa cementita para homogeneização completa de austenita.