Diagrama de Fases Ferro-Carbono Explicado: Insights Chave Para Aço e Ferro Fundido

Diagrama de Fases Ferro-Carbono

O diagrama de fases ferro-carbono é amplamente usado para entender as diferentes fases do aço e ferro fundido. Ambos o aço e o ferro fundido são uma mistura de ferro e carbono. Além disso, ambas as ligas contêm um pequeno número de elementos de traço.

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

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

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

Estruturas No Diagrama Fe-C

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

• Austenita
• Ferrita
• Cementita
• Pearlita

1. Austenita

Austenita é uma solução sólida de carbono livre (ferrita) e ferro no ferro gama. No aquecimento do aço, após a temperatura crítica superior, a formação da estrutura 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 formada quando o aço contém carbono até 1,8% a 1130°C. No resfriamento abaixo de 723°C, começa a se transformar em perlita e ferrita. Aços austeníticos não podem ser endurecidos pelos métodos usuais de tratamento térmico e são não magnéticos.

2. Ferrita

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

3. Cementita

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

A dureza e fragilidade do ferro fundido acredita-se serem devidas à presença de cementita. Diminui a resistência à tração. É formada quando o carbono forma combinações definidas com ferro na forma de carbonetos de ferro que são extremamente duros na natureza. A fragilidade e dureza do ferro fundido são principalmente controladas pela presença de cementita nele. É magnética abaixo de 200°C.

4. Pearlita

Pearlita é uma liga eutetoide de ferrita e cementita. Ocorre particularmente em aços de médio e baixo carbono na forma de uma mistura mecânica de ferrita e cementita na proporção de 87:13. Sua dureza aumenta com a proporção de perlita em material ferroso.

Pearlita é relativamente forte, dura e dúctil, enquanto ferrita é fraca, macia e dúctil. É construída de placas claras e escuras alternadas.

Estas camadas são alternadamente ferrita e cementita. Quando vistas com a ajuda de um microscópio, a superfície tem uma aparência como uma pérola, daí o nome perlita. Aços duros são misturas de perlita e cementita, enquanto aços macios são misturas de ferrita e perlita.

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

À medida que o ferro com vários % de carbono (até 6%) é aquecido e resfriado, as seguintes fases representando as linhas dirão sobre a estrutura do ferro, como ela muda.

Significado Das Linhas De Transformação

1. Linha ABCD

A linha ABCD indica que acima desta linha a fusão foi completada durante o aquecimento do ferro. O metal fundido está puramente na forma líquida. 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 temperaturas nas quais a fusão é considerada completa. Além desta linha, o metal está totalmente em estado fundido. Não é uma linha horizontal; a temperatura de fusão varia com o teor de carbono.

2. Linha AHJECF

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

3. Linha PSK

Esta linha ocorre perto de 723°C e é uma linha horizontal e é conhecida como linha de temperatura crítica inferior porque a transformação do aço começa nesta linha. O % de carbono não tem efeito sobre ela, ou seja, aço com diferentes % de carbono transformará na mesma temperatura.

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

4. Linha ECF

É uma linha na temperatura 1130°C que indica 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 Ferro-Carbono?

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

Como Ler Um Diagrama Ferro-Carbono?

Por Que O Diagrama Ferro-Carbono É Chamado Diagrama De Equilíbrio?

O carboneto de ferro é chamado de fase metaestável. Portanto, o diagrama ferro-carboneto de ferro, embora tecnicamente represente 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 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 de microestrutura da liga ferro-carbono (Fe-C) dependendo da temperatura e teor de carbono.

Qual É a Porcentagem De Carbono No Aço Eutetoide?

Aço contendo 0,8% C é conhecido como aço eutetoide. A microestrutura de equilíbrio do aço eutetoide obtida à temperatura ambiente é perlita.

O Que É Aço Doce?

Aço doce é um metal ferroso feito de ferro e carbono. É um material de baixo preço com propriedades adequadas para a maioria das aplicações de engenharia geral. Aço doce de baixo carbono boas propriedades magnéticas devido ao seu alto teor de ferro; é, portanto, definido como 'ferromagnético'.

Do Que É Feito O Aço?

aço, liga de ferro e carbono na qual o teor de carbono varia até 2 por cento (com teor de carbono mais alto, o material é definido como ferro fundido). De longe, o material mais amplamente usado para construir a infraestrutura e indústrias do mundo, é usado para fabricar tudo, desde agulhas de costura até petroleiros.

Qual É o Significado Da Temperatura A0 No Diagrama Ferro-Carboneto De Ferro?

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

O Que É Temperatura Crítica No Diagrama Ferro-Carbono?

Assim, é a temperatura correspondente à fronteira de fase gama + alfa/gama para aço hipoeutetoide e é uma função do teor de carbono do aço, pois diminui de 910°C a 0% C para 727°C a 0,76% C. Também é chamada de temperatura crítica superior de aços hipoeutetoides.

O Que É Temperatura Eutetoide No Diagrama Ferro-Carbono?

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

Qual É a Importância Do Diagrama Ferro-Carbono?

O diagrama de fases ferro-carbono é amplamente usado para entender as diferentes fases do aço e ferro fundido. Ambos o aço e o ferro fundido são uma mistura de ferro e carbono. Além disso, ambas as ligas contêm uma pequena quantidade de elementos de traço.

O Carbono É 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 formada ao resfriar da fase FCC, ou do ferro líquido: ferro alfa, aço carbono (perlita) ou ferro fundido.

Como Saber Se É BCC Ou FCC?

A diferença mais direta entre 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 BCC Ou FCC?

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

O Que É O Equilíbrio Ferro-Carbono?

Sob condições de equilíbrio, ferrita proeutetoide se formará em ligas ferro-carbono contendo até 0,8% de carbono. A reação ocorre a 910°C no ferro puro, mas ocorre entre 910°C e 723°C em ligas ferro-carbono.

O Que É Perlita No Diagrama Ferro-Carbono?

Pearlita é a mistura eutetoide de cementita e ferrita. Diagrama de equilíbrio 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 grafite).

O Que É Ferrita No Diagrama Ferro-Carbono?

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

Qual É a Fase Quase Pura De Ferro?

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 Íngreme Que A Linha A3?

A linha Acm é muito mais íngreme que a linha A3, o que, embora signifique que a quantidade de cementita proeutetoide em aços comerciais é muito pequena, também significa que o aquecimento a temperaturas muito altas tem que ser feito para dissolver esta cementita para homogeneização completa da austenita.