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Tecnologia dos Materiais
Estrutura e propriedade das
ligas Fe-C
Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais
Base Tecnológica
1. Ciências dos Materiais.
 Ligações químicas.
 Estrutura Cristalina.
 Conceito de Grão e Anisotropia.
 Conceito de Difusão.
 Diagrama de fases das ligas Fe-C.
 Fases do diagrama Fe-C.
 Limite de solubilidade.
 Eutético, Eutetóide e Peritético.
 Microestruturas e seu desenvolvimento.
 Regra da Alavanca Invertida.
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Ligações Químicas
1. Estrutura Atômica
2. Ligações Atômicas nos Sólidos
1. Ligações Interatômicas Primárias
1. Iônica
2. Covalente
3. Metálica
2. Ligações Secundárias – Wan der Waals
1. Dipolo Induzido
2. Dipolo Permanente
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Estrutura Cristalina
Estrutura:
1. Átomo
2. Estrutura cristalina
3. Grão
4. Peças acabadas
Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais
Estrutura Cristalina
Conceitos Fundamentais:
Um material cristalino é um no qual átomos estão situados numa disposição
repetitiva ou periódica ao longo de grandes distâncias atômicas; isto é, existe
uma ordenação de grande alcance tal que na solidificação, os átomos se
posicionarão entre si num modo tridimensional repetitivo, onde cada átomo
está ligado aos seus átomos vizinhos mais próximos. (CALLISTER, 2002)
Sólidos não-cristalinos são carentes de um arranjo atômico regular e
sistemático ao longo de distâncias atômicas relativamente grandes. Algumas
vezes esses materiais são chamados de amorfos ou líquidos super-resfriados.
Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais
Estrutura Cristalina
Silício
Oxigênio
Esquemas bidimensionais do dióxido de silício (a) cristalino e (b) não-cristalino.
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Estrutura Cristalina
Alotropia:
Alotropia é o fenômeno em que um mesmo elemento químico pode originar
substâncias simples diferentes. As substâncias simples distintas são
conhecidas como alótropos. Estes alótropos são diferentes modificações
estruturais do elemento, ou seja, os átomos do elemento estão ligados entre
si de uma maneira diferente.
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Estrutura Cristalina
Grafite Diamante
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Estrutura Cristalina
Células Unitárias:
São pequenas entidades que se repetem na estrutura cristalina. As células
unitárias para a maioria das estruturas cristalinas são paralelepípedos ou
prismas.
• Cúbica de Corpo Centrado – CCC
• Cúbica de Faces Centrada – CFC
• Hexagonal Compacta - HC
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Estrutura Cristalina
CCC: Cúbica de Corpo Centrado
Ferro: Fase Ferrita – (α)
Fase Delta – (δ)
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Estrutura Cristalina
CFC: Cúbica de Faces Centrada
Ferro: Fase Austenita – (γ)
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Estrutura Cristalina
HC – Hexagonal Compacta
Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais
Estrutura Cristalina
Tabela 1. Estrutura cristalina dos principais metais puros.
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Grão
Formação do grão durante a solidificação
Anisotropia
As propriedades físicas de monocristais de
algumas substâncias dependem da direção
cristalográfica na qual as medições sejam
feitas. Por exemplo, o módulo elástico, a
condutividade elétrica, e o índice de refração
podem ter valores diferentes nas direções
[100] e [111]. Esta direcionalidade das
propriedades é denominada anisotropia e está
associada com a variância do espaçamento
atômico ou iônico com a direção
cristalográfica. Substâncias nas quais as
propriedades medidas são independentes da
direção de medição são isotrópicas.
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Grão
Microestrutura bruta de fusão
Seção transversal de um grande lingote, apresentando a solidificação:
Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais
Difusão
Difusão em sólido semi-infinito
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Diagrama de fases das ligas Fe-C
Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais
Diagrama de fases das ligas Fe-C
Fases:
Fase é uma porção homogênea de um sistema. Em geral uma fase é
caracterizada pelo seu estado físico, estrutura cristalina (no caso de fases
sólidas) e composição química. Alguma heterogeneidade de composição
química pode existir dentro de uma fase.
Fases das ligas Fe-C:
1. Delta (δ);
2. Austenita (γ);
3. Ferrita (α);
4. Cementita (Fe3C);
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Fases Fe-C
Austenita + Fe3C
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Líquido
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Limite de Solubilidade
Para muitos sistemas de ligas e alguma temperatura específica, existe uma
máxima concentração de átomos soluto que podem se dissolver no solvente
para formar uma solução sólida; isto é denominado um limite de
solubilidade.
A adição de soluto em excesso a este limite de solubilidade resulta na
formação de uma outra solução sólida ou um composto que tenha
composição distintamente diferente.
Diagrama de fases das ligas Fe-C
Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais
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da Austenita
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Sistema Ferro Carbono
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Microestrutura
Muitas vezes , as propriedades típicas e, em particular, o comportamento
mecânico de um material depende da microestrutura.
Microestrutura é assunto para observação microscópica direta, usando
microscópios ótico ou eletrônico.
Em ligas metálicas, microestrutura é caracterizada pelo número de fases
presentes, suas proporções e a maneira na qual elas estão distribuídas ou
arranjadas.
A microestrutura de uma liga depende de variáveis como os elementos de liga
presentes, suas concentrações e o tratamento térmico da liga (isto é, a
temperatura do tratamento, o tempo de aquecimento até a temperatura do
tratamento e a taxa de resfriamento desde a temperatura do tratamento até à
temperatura ambiente).
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Microestruturas
Perlita
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Microestruturas
Perlita
Ferrita
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Perlita
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Desenvolvimento das Microestruturas
Várias das diversas microestruturas que podem ser produzidas em aços e
suas correlações com o diagrama de fases ferro-carboneto de ferro são agora
discutidas e é mostrado que a microestrutura que se desenvolve depende
tanto do teor de carbono quanto do tratamento térmico.
A discussão é confinada para um resfriamento muito lento, no qual o
equilíbrio é continuamente mantido.
Diagrama de fases das ligas Fe-C
Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais
Desenvolvimento da Microestrutura
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Aço com 0,76 % de Carbono
Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais
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Trabalho 1
Norma SAE e DIN:
O que são as normas SAE e DIN;
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Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais
Regra da Alavanca Inversa:
Determinação das Composições e das
Quantidades das Fases.
1. Constrói-se uma linha de amarração
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2. Anotam-se as interseções da linha de
amarração com as fronteiras entre as
fases em ambos os lados;
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linha de amarração a partir dessas
interseções até o eixo horizontal das
composições.;
4. Regra da alavanca invertida.
Diagrama de fases das ligas Fe-C
Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais
Regra da Alavanca Inversa:
Determinação das Quantidades das
Fases.
Co = Composição da Liga
CL = Composição do Líquido (L)
Cα = Composição de Alfa (α)
R = Co-CL e S = Cα -Co
Diagrama de fases das ligas Fe-C
RS
S
WLíquidodeFração L

__
RS
R
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
__
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Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais
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WFerritadeFração

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
 33__
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Ponto eutetóide:
Formação de perlita
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S
WPerlitadeFração P

__
RS
R
WCFedeFração CFe

 33__A cementita calculada é formada
nesse campo (γ + Fe3C) . É chamada
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Trb0807 cobem 2001_villar
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Geometria de complexos
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1.1 ciências dos materiais

  • 1. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Tecnologia dos Materiais Estrutura e propriedade das ligas Fe-C
  • 2. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Base Tecnológica 1. Ciências dos Materiais.  Ligações químicas.  Estrutura Cristalina.  Conceito de Grão e Anisotropia.  Conceito de Difusão.  Diagrama de fases das ligas Fe-C.  Fases do diagrama Fe-C.  Limite de solubilidade.  Eutético, Eutetóide e Peritético.  Microestruturas e seu desenvolvimento.  Regra da Alavanca Invertida.
  • 3. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Ligações Químicas 1. Estrutura Atômica 2. Ligações Atômicas nos Sólidos 1. Ligações Interatômicas Primárias 1. Iônica 2. Covalente 3. Metálica 2. Ligações Secundárias – Wan der Waals 1. Dipolo Induzido 2. Dipolo Permanente
  • 4. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Estrutura Cristalina Estrutura: 1. Átomo 2. Estrutura cristalina 3. Grão 4. Peças acabadas
  • 5. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Estrutura Cristalina Conceitos Fundamentais: Um material cristalino é um no qual átomos estão situados numa disposição repetitiva ou periódica ao longo de grandes distâncias atômicas; isto é, existe uma ordenação de grande alcance tal que na solidificação, os átomos se posicionarão entre si num modo tridimensional repetitivo, onde cada átomo está ligado aos seus átomos vizinhos mais próximos. (CALLISTER, 2002) Sólidos não-cristalinos são carentes de um arranjo atômico regular e sistemático ao longo de distâncias atômicas relativamente grandes. Algumas vezes esses materiais são chamados de amorfos ou líquidos super-resfriados.
  • 6. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Estrutura Cristalina Silício Oxigênio Esquemas bidimensionais do dióxido de silício (a) cristalino e (b) não-cristalino.
  • 7. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Estrutura Cristalina Alotropia: Alotropia é o fenômeno em que um mesmo elemento químico pode originar substâncias simples diferentes. As substâncias simples distintas são conhecidas como alótropos. Estes alótropos são diferentes modificações estruturais do elemento, ou seja, os átomos do elemento estão ligados entre si de uma maneira diferente.
  • 8. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Estrutura Cristalina Grafite Diamante
  • 9. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Estrutura Cristalina Células Unitárias: São pequenas entidades que se repetem na estrutura cristalina. As células unitárias para a maioria das estruturas cristalinas são paralelepípedos ou prismas. • Cúbica de Corpo Centrado – CCC • Cúbica de Faces Centrada – CFC • Hexagonal Compacta - HC
  • 10. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Estrutura Cristalina CCC: Cúbica de Corpo Centrado Ferro: Fase Ferrita – (α) Fase Delta – (δ)
  • 11. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Estrutura Cristalina CFC: Cúbica de Faces Centrada Ferro: Fase Austenita – (γ)
  • 12. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Estrutura Cristalina HC – Hexagonal Compacta
  • 13. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Estrutura Cristalina Tabela 1. Estrutura cristalina dos principais metais puros.
  • 14. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Grão Formação do grão durante a solidificação Anisotropia As propriedades físicas de monocristais de algumas substâncias dependem da direção cristalográfica na qual as medições sejam feitas. Por exemplo, o módulo elástico, a condutividade elétrica, e o índice de refração podem ter valores diferentes nas direções [100] e [111]. Esta direcionalidade das propriedades é denominada anisotropia e está associada com a variância do espaçamento atômico ou iônico com a direção cristalográfica. Substâncias nas quais as propriedades medidas são independentes da direção de medição são isotrópicas.
  • 15. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Grão Microestrutura bruta de fusão Seção transversal de um grande lingote, apresentando a solidificação:
  • 16. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Difusão Difusão em sólido semi-infinito
  • 17. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Diagrama de fases das ligas Fe-C
  • 18. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Diagrama de fases das ligas Fe-C Fases: Fase é uma porção homogênea de um sistema. Em geral uma fase é caracterizada pelo seu estado físico, estrutura cristalina (no caso de fases sólidas) e composição química. Alguma heterogeneidade de composição química pode existir dentro de uma fase. Fases das ligas Fe-C: 1. Delta (δ); 2. Austenita (γ); 3. Ferrita (α); 4. Cementita (Fe3C);
  • 19. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Fases Fe-C Austenita + Fe3C Ferrita + Fe3C Líquido
  • 20. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Limite de Solubilidade Para muitos sistemas de ligas e alguma temperatura específica, existe uma máxima concentração de átomos soluto que podem se dissolver no solvente para formar uma solução sólida; isto é denominado um limite de solubilidade. A adição de soluto em excesso a este limite de solubilidade resulta na formação de uma outra solução sólida ou um composto que tenha composição distintamente diferente. Diagrama de fases das ligas Fe-C
  • 21. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Limite de Solubilidade da Austenita Limite de Solubilidade da Ferrita Limite de Solubilidade
  • 22. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Sistema Ferro Carbono Eutetóide Eutético Peritético
  • 23. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Sistema Ferro Carbono Hipoeutetóide Eutetóide Hipereutetóide
  • 24. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Microestrutura Muitas vezes , as propriedades típicas e, em particular, o comportamento mecânico de um material depende da microestrutura. Microestrutura é assunto para observação microscópica direta, usando microscópios ótico ou eletrônico. Em ligas metálicas, microestrutura é caracterizada pelo número de fases presentes, suas proporções e a maneira na qual elas estão distribuídas ou arranjadas. A microestrutura de uma liga depende de variáveis como os elementos de liga presentes, suas concentrações e o tratamento térmico da liga (isto é, a temperatura do tratamento, o tempo de aquecimento até a temperatura do tratamento e a taxa de resfriamento desde a temperatura do tratamento até à temperatura ambiente). Diagrama de fases das ligas Fe-C
  • 25. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Microestruturas Perlita Ferrita
  • 26. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Microestruturas Perlita Ferrita
  • 27. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Microestruturas Perlita Cementita Proeutetóide
  • 28. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Desenvolvimento das Microestruturas Várias das diversas microestruturas que podem ser produzidas em aços e suas correlações com o diagrama de fases ferro-carboneto de ferro são agora discutidas e é mostrado que a microestrutura que se desenvolve depende tanto do teor de carbono quanto do tratamento térmico. A discussão é confinada para um resfriamento muito lento, no qual o equilíbrio é continuamente mantido. Diagrama de fases das ligas Fe-C
  • 29. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Desenvolvimento da Microestrutura Eutetóide Diagrama de fases das ligas Fe-C Aço com 0,76 % de Carbono
  • 30. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Desenvolvimento da Microestrutura Hipoeutetóide Diagrama de fases das ligas Fe-C Aço com 0,38 % de Carbono
  • 31. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Desenvolvimento da Microestrutura Hipereutetóide Diagrama de fases das ligas Fe-C Aço com 1,40 % de Carbono
  • 32. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Trabalho 1 Norma SAE e DIN: O que são as normas SAE e DIN; Como elas são usadas, aplicação. Data da entrega: Sexta-feira 28/06/2013
  • 33. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Regra da Alavanca Inversa: Determinação das Composições e das Quantidades das Fases. 1. Constrói-se uma linha de amarração no campo bifásico na temperatura especificada; 2. Anotam-se as interseções da linha de amarração com as fronteiras entre as fases em ambos os lados; 3. Traçam-se linhas perpendiculares à linha de amarração a partir dessas interseções até o eixo horizontal das composições.; 4. Regra da alavanca invertida. Diagrama de fases das ligas Fe-C
  • 34. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Regra da Alavanca Inversa: Determinação das Quantidades das Fases. Co = Composição da Liga CL = Composição do Líquido (L) Cα = Composição de Alfa (α) R = Co-CL e S = Cα -Co Diagrama de fases das ligas Fe-C RS S WLíquidodeFração L  __ RS R WSólidodeFração S  __
  • 35. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais 1 0,5 600 Fração das Fases
  • 36. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais 1 Linha de Amarração 0,5 Fração das Fases
  • 37. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais 1 0,01 Linha de Amarração Fração das Fases Composição das fases: % de C da ferrita e da cementita
  • 38. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais 1 0,01 Linha de Amarração SR 0,5 RS S WFerritadeFração   __ RS R WCFedeFração CFe   33__ Fração das Fases
  • 39. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais 2 600 1,5 Fração dos Microconstituintes
  • 40. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais 2 1,5 Fração dos Microconstituintes Linha de Amarração Ponto eutetóide: Formação de perlita
  • 41. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais 2 1,5 Fração dos Microconstituintes 0,76 Linha de Amarração SR RS S WPerlitadeFração P  __ RS R WCFedeFração CFe   33__A cementita calculada é formada nesse campo (γ + Fe3C) . É chamada de Cementita Proeutetóide.