- O documento discute a história do ferro e do aço, desde os primeiros usos por civilizações antigas até o desenvolvimento da metalurgia do ferro. Também aborda conceitos-chave como soluto, solução, fase, microestrutura e estruturas cristalinas em ligas metálicas.
1. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
1
Metalurgia Física dos Aços
João Carmo Vendramim
Isoflama
O que é Aço?
“É uma liga ferrosa passível de deformação plástica
que, em geral, apresenta teor de carbono entre 0,008%
e 2,0% na sua forma combinada e, ou, dissolvida e que
pode conter elementos de liga adicionados, ou
residuais”
NBR 6215, outubro de 1985
2. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
2
C G
C F F
(LTQ)
LAMINADOR DE TIRAS A
QUENTE
SUCATA
MÁQUINA DE LINGOTAMENTO
CONTÍNUO
GUSA
PANELA
DE AÇO
LÍQUIDO
ALTO-FORNO
CONVERSOR
Fluxo de Produção do Aço
COQUERIA
CARVÃO
MINÉRIO
DE
FERRO SINTERIZAÇÃO
O2 (OXIGÊNIO)
SINTER
COQUE
OXIGÊNIO
RECOZIMENTO
(LTF)
LAMINADOR DE
TIRAS A FRIO
P L A C A S
(LA)
LAMINADOR DE
ACABAMENTO
(TQ) LINHA DE TESOURAS A
QUENTE
E.B.A.
BORBULHAMENTO
DE ARGÔNIO
FORNO-PANELA
AQUECIMENTO
E AJUSTE
R.H.
DESGASEIFICAÇÃO
à VÁCUO
DESEMPENADEIRA
A QUENTE
(LCG)
LAMINADOR DE
CHAPAS
GROSSAS
TRATAMENTO TÉRMICO:
TÊMPERA / REVENIMENTO
TRATAMENTO TÉRMICO:
NORMALIZAÇÃO
ULTRA-SOM
LINHA DE INSPEÇÃO
LA LAMINADOR DE
ENCRUAMENTO
LINHA DE TESOURAS
B Q
B Q A
B F
C F Q / C F Q A
DECAPAGEM
C F Q D
B Q D
LINHA DE TESOURAS
FORNO DE REAQUECIMENTO
O Ferro, a Liga Ferrosa: Conceitos Básicos
• Ferro: não tem aplicação industrial importante.
Substância Pura
• Liga Ferrosa: intensa e ampla aplicação
industrial. Material base da “revolução
industrial no século XIX”. Solução sólida
(composto de vários elementos químicos, tendo o
Ferro – solvente - como principal elemento)
3. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
3
Propriedades do Ferro
Informações gerais
Nome, símbolo, número Ferro, Fe, 26
Série química Metal de transição
Grupo, período, bloco 8 (VIIIB), 4, d
Densidade, dureza 7874 kg/m3, 4
Número CAS 7439-89-6
Propriedade atómicas
Massa atômica 55,845(2) u
Raio atómico (calculado) 140(156) pm
Raio covalente 125 pm
Configuração electrónica [Ar] 3d6 4s2
Elétrons (por nível de energia) 2, 8, 14, 2 (ver imagem)
Estado(s) de oxidação 2, 3, 4, 6 ( anfótero)
Estrutura cristalina cúbico de corpo centrado
Propriedades físicas
Estado da matéria sólido
Ponto de fusão 1811 K
Ponto de ebulição 3134 K
Entalpia de fusão 13,8 kJ/mol
Entalpia de vaporização 349,6 kJ/mol
Volume molar 7,09×10−6 m3/mol
Pressão de vapor 7,05 Pa a 1808 K
Velocidade do som 4910 m/s a 20 °C
Classe magnética Ferromagnético
Temperatura de Curie 1043 K
Por André Luis Silva da Silva
O elemento químico ferro, simbolizado por Fe, é um dos elementos de história mais
rica dentre todos os da Tabela Periódica dos Elementos. São hoje conhecidos indícios
de sua utilização, procedente possivelmente de meteoritos, que remontam de, talvez,
quatro milênios a.C., pelos antigos Sumérios e Egípcios. Entre o terceiro e o segundo
milênio a.C. foram encontrados peças compostas de ferro na Mesopotâmia, tendo
sua utilização servido para fins cerimoniais. A procedência destas amostras mais
recentes descartam a possibilidade de sua proveniência a partir de meteoritos, pois
apresentavam ausência completa do elemento químico níquel, comum em matéria
extra-terrestre.
Breve História I
4. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
4
Breve História I
Em épocas remotas, assim como mais tarde viria a ocorrer
com outros metais, o ferro fora mais valioso do que o ouro,
sendo o metal típico da nobreza. As fontes do ferro antigo
são difíceis de serem precisadas, mas algumas fontes
sugerem que este metal era obtido como um dos
subprodutos da obtenção de outros metais, como o cobre.
Aproximando-se mais da era cristã, houve um aumento da
utilização do ferro no Oriente Médio, mas ainda não como
substituto do bronze.
Mas já muito próximo ao século X antes de Cristo, o ferro
passou a ser utilizado em lugar do bronze na fabricação de
armas e outros utensílios do gênero. Esta transição talvez
tenha ocorrido em virtude da escassez do elemento
químico estanho, uma das matéria primas do bronze.
Também pode-se apontar um avanço tecnológico no
trabalho com o ferro, já constatado naquela época. A este
período deu-se o nome de Idade do Ferro, que marca a
época de substituição da Idade do Bronze, em virtude desta
substituição química.
Breve História I
5. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
5
Acompanhando a substituição do bronze pelo ferro, o processo de carburação foi descoberto,
processo esse que consiste na adição do carbono a ferro. Inicialmente este ferro possuia uma
baixa quantidade de carbono, sendo difícil o processo de endurecimento deste material.
Posteriormente observou-se que um produto mais resistente poderia ser obtido ao aquecer-se
a peça de ferro em um forno de carvão vegetal, para somente depois submergí-la em água. O
produto obtido apresentava menor dureza e maior fragilidade do que o bronze.
O ferro fundido levou ainda um tempo maior para ser obtido facilmente na Europa, pois,
sabemos hoje, que a temperatura necessária era difícil de ser obtida. Algumas amostras foram
obtidas na Suécia, tornando então esse processo logo conhecido em toda Europa. Ainda na
Idade Média e até o final do século XIX muitos países europeus ainda empregavam o método
do carvão vegetal na obtenção do aço (mistura entre ferro e carbono). Esse procedimento é
hoje realizado em altos fornos, processo que possibilita um maior rendimento e baixa
consideravelmente os custos do processo.
Referências:
RUSSELL, John B.; Química Geral vol.1, São Paulo: Pearson Education do Brasil, Makron Books, 1994.
SARDELLA, Antônio; MATEUS, Edegar; Curso de Química: química geral, Ed. Ática, São Paulo/SP – 1995.
MAHAN, Bruce M.; MYERS, Rollie J.; Química: um curso universitário, Ed. Edgard Blucher LTDA, São Paulo/SP – 2002
Breve História I
• A Idade do Ferro se refere ao período em que ocorreu a
metalurgia do ferro. Esse metal é superior ao bronze em
relação à dureza e abundância de jazidas. A Idade do Ferro
vem caracterizada pela utilização do ferro como metal,
utilização importada do Oriente através da emigração de
tribos indo-europeias (celtas), que a partir de 1200a.C.,
começaram a chegar a Europa Ocidental, e o seu período
alcança até a época romana e na Escandinávia até a época dos
vikings (por volta do ano 1.000 d.C).
Breve História II
6. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
6
• A Idade do Ferro é o último dos três principais períodos no Sistema de Três
Idades, utilizado para classificar as sociedades pre históricas, sendo
precedido pela Idade do Bronze. A data de início, duração e contexto varia
de acordo com a região estudada. O primeiro surgimento conhecido de
sociedades com nível cultural e tecnológico correspondente à Idade do
Ferro se dá no século XII AC em diversos locais: no Oriente Próximo, na
Índia antiga, com a civilização védica e na Europa, durante a Idade das
Trevas Grega.
• Acredita-se que o Ferro Meteorítico ferro, uma liga de ferro-níquel, fosse
já usado por diversos povos antigos milhares de anos antes da idade do
ferro, já que sendo nativo no seu estado metálico, não necessitava a
extração e fusão do mineral.
Breve História II
Ocorrência
• Os principais minérios de ferro são a hematite (Fe2O3), a magnetite (Fe3O4), a
limonite (Fe2O3.H2O) e a siderite (FeCO3). Os compostos de ferro mais
vulgares na Natureza são a pirite (FeS2) e a ilmenite (FeO.TiO2), mas não são
adequado para a extracção do metal. Os maiores depósitos deste metal
situam-se nos EUA, na região fronteiriça Franco-Germânica, na Grã-Bretanha,
na Áustria, na Suécia, e a Rússia. Outros importantes produtores de ferro são
o Brasil, o Chile, Cuba, Venezuela e Canadá. Este elemento aparece ainda
como constituinte subsidiário em quase todas as rochas, bem como nos seres
vivos, vegetais e animais. Encontra-se ainda em águas naturais, às vezes em
quantidade apreciável. Em Portugal são exemplos característicos as águas do
Barreiro (Caramulo), Melgaço, Vidago, Salos, Vale da Mó, Ribeirinho e Arco
(Castelo de Vide), Férrea da Câmara (Açores) e outras.
Breve História II
7. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
7
Minério de ferro
Coque
Fundentes
Alto Forno Gusa Aciaria Aço
Laminação
Forjaria
Sucata Fornos a arco Adição de ligas Aço
Laminação
Forjaria
SIDERÚRGIA PRIMÁRIA
SIDERÚRGIA SECUNDÁRIA
Definição de aço
• Seus principais elementos : Fe e C
• Outros elementos de liga: secundários
• Para facilitar: Aço é uma liga ferro carbono contendo geralmente
entre 0,008 e 2,11% C Tópicos
História: “O aço de Damasco”
Entre os numerosos métodos mágicos da
antiguidade, um dos mais famosos era o processo
de endurecimento de espadas de aço - muito
comum em Damasco entre os séculos 12 e 14 - que
segundos alguns consistia em enfiar a lâmina
superaquecida no corpo de um prisioneiro ou
resfriar a lâmina superaquecida na urina de
garotinhos ruivos.
Na Idade Média, os cavaleiros cristãos aprenderam,
para sua angústia, que as espadas feitas com o aço
de Damasco eram mais resistentes e também mais
duras do que as fabricadas na Europa.
8. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
8
Constituição de uma liga
•A constituição de uma liga é descrita por três parâmetros:
Fases presentes
Composição de cada fase
Proporção de cada fase
As propriedades mecânicas dependem da constituição da microestrutura.
Outros fatores de importância nas propriedades:
Microestrutura
• As propriedades mecânicas de uma liga dependem fundamentalmente
da microestrutura
• Nas ligas metálicas – caso especial a do aço – a microestrutura está
definida pelo número de fases presentes, as proporções e o modo pela
qual estão distribuídas e organizadas
• A microestrutura depende de:
Composição química (componentes presentes)
Concentração no sistema
Tratamento térmico aplicado
9. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
9
Soluto, Solução, Fase - Conceitos Básicos
• Denomina-se “Fase” à mistura, totalmente uniforme, não apenas quanto à
composição química, mas também quanto ao estado físico. Fase Homogênea diz
respeito a um sistema que tenha apenas uma fase, por exemplo “um volume de
ar”, “um bloco de gelo”. Sistemas compostos de uma, ou mais, fases são
denominados Heterogêneos, por exemplo “água e gelo moído”.
• Solução: trata-se de uma mistura homogênea de espécies química
microscopicamente dispersas. Por conveniência, a espécie química presente em
maior quantidade na solução é denominada de “Solvente”. A(s) outra(s), em
menor quantidade, é (são) o “Soluto”. A priori, não há distinção fundamental
entre um ou outro.
• Quando se combinam materiais diferentes, ou quando se adicionam elementos de
liga a um metal, produzem-se Soluções. É importante o conhecimento da
quantidade de material que se pode adicionar, sem que se produza uma segunda
fase, ou ter dados sobre a solubilidade de um material no outro.
A Natureza Cristalina dos Metais
• Amorfa
Os átomos são arranjados de forma caótica.
Por exemplo: Vidro
• Cristalina
Os átomos são arranjados de forma ordenada.
Por exemplo: Ferro; Alumínio; Cobre
Todos os metais, muitas cerâmicas e alguns polímeros formam estruturas
cristalinas sob condições normais de solidificação
10. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
10
• Nos materiais não-cristalinos ou amorfos não existe ordem
de longo alcance na disposição dos átomos
• As propriedades dos materiais sólidos cristalinos dependem
da estrutura cristalina, ou seja, da maneira na qual os átomos,
moléculas ou íons estão espacialmente dispostos.
• Há um número grande de diferentes estruturas cristalinas,
desde estruturas simples exibidas pelos metais até estruturas
mais complexas exibidas pelos cerâmicos e polímeros
A Natureza Cristalina dos Metais
O modelo de esferas rígidas
11. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
11
• Célula Unitária
Consiste num pequeno grupo de átomos que formam um
modelo repetitivo ao longo da estrutura tridimensional
(analogia com elos da corrente)
A célula unitária é escolhida para representar a simetria da
estrutura cristalina
A Natureza Cristalina dos Metais
Células
Cristalinas
14 Células de Bravais
12. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
12
• A célula cristalina CCC – Cúbica de Corpo Centrado (Ferro Alfa)
A Natureza Cristalina dos Metais
Exemplos: Cromo, molibdênio, nióbio, titânio beta, ferro alfa
A Natureza Cristalina dos Metais
• A célula cristalina CFC – Cúbico de Face Centrada (Ferro Gama)
Exemplos: Alumínio, cobre, ouro, prata, chumbo, níquel, ferro gama
13. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
13
• A célula cristalina HC – hexagonal compacta
A Natureza Cristalina dos Metais
Defeitos Cristalinos
Soluções sólidas Ligas são combinações de dois ou mais metais num material. Podem
ser misturas de dois tipos de estruturas cristalinas. Em uma liga, o elemento presente
em menor concentração denomina-se soluto e aquele em maior quantidade, solvente.
Na solução sólida a adição de átomos do soluto não modifica a estrutura cristalina,
nem provoca a formação de novas estruturas.
Solução sólida intersticial: os átomos de soluto ocupam os interstícios existentes no
reticulado. Os átomos intersticiais interferem na condutividade elétrica e no
movimento dos átomos que formam o retículo. Este movimento restrito torna a liga
mais dura e forte do que seria o metal hospedeiro. Exemplo Fe-C ; Fe-H
O Carbono dissolvido intersticialmente no Fe α embora mais estável que uma
configuração substitucional de átomos de C nos sítios da rede do Fe, a estrutura
intersticial produz uma considerável tensão localmente à estrutura cristalina do Fe α.
O carbono está altamente comprimido nesta posição, o que implica em baixíssima
solubilidade, menos de 0,02% de C é solúvel no Fe α
14. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
14
Defeitos pontuais em metais
Auto-intersticiais: consiste em um átomo da própria rede que ocupa um interstício da
estrutura cristalina. Os defeitos autointersticiais causam uma grande distorção do
reticulado cristalino a sua volta.
Lacunas Lacuna (“vacancy”): ausência de um átomo em um ponto do reticulado
cristalino. Podem ser formadas durante a solidificação do cristal ou como resultado do
deslocamento dos átomos de suas posições normais (vibrações atômicas). As lacunas
são essenciais em processo de difusão. A quantidade de lacunas aumenta com a
temperatura. Pode-se projetar materiais com propriedades “pré-estabelecidas”
através da criação e/ou controle desses defeitos.
Impurezas nos metais (substitucional – intersticial): É impossível existir um metal
consistindo de um só tipo de átomo (metal puro). As técnicas de refino atualmente
disponíveis permitem obter metais com um grau de pureza no máximo de 99.9%.
Defeitos Cristalinos
Solução sólida substitucional: os átomos de soluto substituem
uma parte dos átomos de solvente no reticulado. Como
existem pequenas diferenças no tamanho e na estrutura
eletrônica, os átomos do soluto, em uma liga substitucional,
distorcem a forma do retículo e dificultam o fluxo dos elétrons.
Como o retículo está distorcido, é mais difícil para um plano de
átomos deslizar por cima do outro. Como resultado, embora
uma liga substitucional tenha condutividade térmica e elétrica
mais baixa que o elemento puro, é mais forte e dura.
Exemplo Cu-Zn ; Cu-Sn.
Defeitos Cristalinos
15. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
15
Por conta de Defeitos Cristalinos o aço pode
sofrer corte, usinagem, deformar a quente e a
frio, extrudar, laminar, forjar, estampar, e
modificar propriedades mecânicas, elétricas e
magnéticas pelo tratamento térmico.
Enfim, Defeitos que se tornam Virtudes na
utilização dos metais. Valeria também para a espécie humana!?
Defeitos Cristalinos
A Natureza Cristalina dos Metais
• Polimorfismo ou Alotropia
Alguns metais e não-metais podem ter mais de uma estrutura
cristalina dependendo da temperatura e pressão.
Esse fenômeno é conhecido como polimorfismo.
Geralmente as transformações polimorficas são acompanhadas
de mudanças na densidade e mudanças de outras
propriedades físicas.
16. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
16
A Natureza Cristalina dos Metais
• Alotropia
À existência, para um mesmo metal, de duas
ou mais estruturas cristalinas estáveis,
dependendo das condições de temperatura e
pressão, denomina-se Alotropia.
Alotropia do Ferro
Vapor
2875 ºC
Líquido
Ferro δ CCC
Ferro γ CFC
Ferro αααα CCC
Não magnético – ferro β
Ferromagnético
1538 ºC
1394 ºC
912 ºC
770 ºC
25 ºC
17. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
17
CCC
CFC
O Ferro e suas fases alotrópicas
• Acima de 1538°C: líquido
• Abaixo de 1538°C- Fe δ (CCC)
• Abaixo de 1394°C – Fe γ (CFC)
• Abaixo de 912°C – Fe α (CCC)
Evolução das fases com a temperatura
18. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
18
AlotropiadoFerro
A Natureza Cristalina dos Metais
Efeito da Temperatura no parâmetro de reticulado do Ferro
19. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
19
Mudança de volume devido a transformação estrutural
número do slide 38
• Ferros Fundidos
• Austenita
• Ferrita
• Cementita
• Grafita
• Martensita
• Bainita
• Aços
• Austenita
• Ferrita
• Cementita
• Martensita
• Bainita
Fases
20. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
20
Principais Fases do Aço
• Ferrita
• Fe Alfa “αααα” (CCC) – é uma fase nucleada a partir do contorno de grão da
Austenita. Devido a baixa solubilidade do carbono na Ferrita (máximo 0,02
a 723 ºC), o carbono é expulso da rede de Austenita e se aglomera em
Carbonetos remanescentes separados da Ferrita. Baixa dureza e dúctil.
• A Ferrita Acicular nucleia em inclusões não metálicas e cresce radialmente
em forma de agulhas.
Principais Fases do Aço
• Austenita
• Ferro Gama “γ” (CFC) – é a única fase que pode se transformar em outras
fases no resfriamento. Estável a temperaturas elevadas, mas metaestável
(pode se transformar em outras fases) a temperaturas baixas. Ela existe
quando o aço é aquecido a temperaturas superiores a 910 ºC e é estável
até resfriamento a 723 ºC. Austenita é uma fase “mole” e dúctil.
21. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
21
Principais Fases do Aço
Cementita
Devido a Ferrita não ter espaço suficiente para manter o átomo de carbono,
todo o carbono expulso da rede de austenita se precipita na forma de
Carboneto de Ferro (Cementita) – Fe3C . Elevada dureza (~ 68 HRC)
CCC para CFC
• Transformação da Ferrita (CCC) em Austenita (CFC)
22. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
22
Principais Fases do Aço
Perlita
Perlita é uma combinação de plaquetas de Ferrita e Cementita. A Perlita se
forma, predominantemente, nas regiões da célula com defeitos cristalinos,
tais como contornos de grãos, carbonetos insolúveis, ou inclusões não-
metálicas como os sulfetos.
A Martensita
• A martensita é uma solução sólida supersaturada de carbono em ferro
tetragonal de corpo centrado (TCC), ou seja uma forma distorcida do ferro
cúbico de corpo centrado (CCC). Abaixo, martensita com estrutura de
agulhas
23. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
23
A Martensita
A martensita é extremamente dura, frágil, adquirindo dureza pela indução de
elevada tensões na estrutura cristalina. A martensita pode ser revenida por
tratamento térmico para reduzir tensões e dureza.
À capacidade do aço em formar martensita, ou em adquirir dureza, é
denominada de “Endurecibilidade”
A Martensita
Martensita é mais freqüentemente encontrada
em aços alto-carbono e ferros-carbono ligado.
Os cristais de martensita são formados em placas
lenticulares delgadas a placas vizinhas que não estão
paralelas a cada uma.
Ripas de martensita são observadas em aços baixo
e médio carbono. Esses cristais são formados
como placas interconectadas e tendo a mesma
orientação.
24. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
24
Estrutura Cristalina TCC (Martensita)
Tetragonal de Corpo Centrado
Têmpera e
Revenimentos a
Vácuo - 2014Nitretação Iônica por
Plasma
25. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
25
As principais
transformações a
partir da Austenita
• A transformação da Austenita em outro constituinte
pode ocorrer por difusão, cisalhamento, ou uma
mistura dos dois mecanismos:
Austenita (produtos da transformação):
Ferrita;
Ferrita Acicular; Bainita
Martensita
Principais Transformações a partir da Austenita
26. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
26
Principais Transformações a partir da Austenita
• Austenita (acima de 723 ºC)
Resfriamento
Moderado
Cisalhamento
+
Difusão
Perlita + Ferrita
Resfriamento
Rápido
Cisalhamento
Resfriamento
Lento
Difusão
Bainita
Ferrita Acicular
Martensita
Principais Fases do Aço
A Martensita
• Martensita – forma-se no resfriamento no campo da Austenita do
diagrama Fe-C.
• Ms – temperatura de início de transformação.
• Mf- temperatura final de transformação.
• Ms e Mf dependem do teor de carbono presente (Ms entre 200 a 350 ºC
para maioria dos aços; e Mf variando entre abaixo de 0 a 200 ºC).
• O mecanismo de formação da martensita não é por difusão, mas por
cisalhamento, ocorrendo distorção da rede cristalina e formando
estrutura tetragonal de corpo centrado.
27. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
27
O Diagrama
Ferro-Carbono
Diagrama de Fases Fe-C (Fe-Fe3C)
28. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
28
Diagrama de Equilíbrio Fe-C
Diagrama de Equilíbrio Fe-C
29. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
29
Principais Informações do Diagrama Fe-C
Ou linha crítica
723 ° C
Temperatura
abaixo da linha
A1 em que
nenhuma
transformação
ocorre (723 ºC)
Principais Informações do Diagrama Fe-C
• Aço Hipoeutetóide: Solução sólida de Ferro com Carbono entre 0,002 e
0,8%
• Aço Eutetóide: Solução sólida de Ferro com 0,8% de Carbono
• Aço Hipereutetóide: Solução sólida de Ferro com Carbono entre 0,8% e
2,0%
• 723 ºC: linha que sinaliza o limite da transformação de fase Austenita para
as fases Perlita e Ferrita
• Eutético: do grego eutektos (mais baixo ponto de fusão)
30. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
30
Reação Eutética
Esse tipo de reação é uma reação invariante porque está em
equilíbrio térmico; outra forma de definir isto é a Energia Livre
de Gibbs igual a zero. Concretamente, isso significa que o líquido
e duas soluções sólidas coexistem ao mesmo tempo e estão em
equilíbrio químico.
O sólido resultante de macroestrutura de uma reação eutética
depende de alguns fatores. O fator mais importante é a forma
como as duas soluções sólidas crescem. A estrutura mais comum
é uma estrutura lamelar, mas outras estruturas possíveis incluem
bastonete, globular, e aciculares.
Do grego eutektos ("facilmente fundida") é uma mistura de compostos, ou elementos
químicos, em uma determinada proporção de ponto de fusão mais baixo. No
resfriamento uma fase líquida se transforma em, pelo menos, duas fases sólidas. Essa
composição é conhecida como composição eutética e sua temperatura
como temperatura eutética.
Liga Eutética de Estanho
(Sn) e Chumbo (Pb).
Ponto de Fusão [ºC]:
Liga Eutética Sn-Pb: 183
Estanho: 232
Chumbo: 327
Mistura Eutética
31. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
31
Regra das Alavancas
Na atividade de pesquisa não se mede a energia livre com o fim de se determinar a constituição de fases.
Os diagramas de fases são registros diretos de experimentos. Primeiramente, produz-se amostras das ligas.
Usualmente é muito mais simples fazer com que amostras de composição conhecida cheguem ao equilíbrio,
em várias temperaturas, e determinar, com o uso de técnicas óticas, elétricas ou de raios X, a presença das
várias fases. A composição da liga é o “ponto de apoio” e a quantidade de cada fase é proporcional ao
comprimento, isto é, diferença de composições, do “braço de alavanca oposto”. A fração da liga
correspondente a cada fase é simplesmente o braço da alavanca oposto dividido pelo comprimento total.
Regra das Alavancas
32. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
32
Ou linha crítica
723 ° C
Principais Informações do Diagrama Fe-C
33. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
33
• Linhas de transformação para o aquecimento e resfriamento nas ligas Fe-C
Principais Informações do Diagrama Fe-C
• Para aços Hipoeutetóides as temperaturas críticas A1 e A3 podem ser
estimadas, em consideração aos elementos de liga, conforme as equações:
Principais Informações do Diagrama Fe-C
34. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
34
Temperaturas Críticas para alguns aços
Principais Informações do Diagrama Fe-C
Principais Informações do Diagrama Fe-C
35. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
35
Principais Informações do Diagrama Fe-C
Fases no Aquecimento / Resfriamento do Aço Hipoeutetóide
• As quantidades de Ferrita e Perlita
variam conforme a % de carbono
e podem ser determinadas pela
“Regra das Alavancas”
• Partes claras pró-eutetóide Ferrita
Ferrita Eutetóide
Cementita Eutetóide
Formação da Perlita
36. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
36
Principais Informações do Diagrama Fe-C
Principais Informações do Diagrama Fe-C
Aquecimento / Resfriamento do Aço Eutetóide
37. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
37
número do slide 73
CCC
CFC
A Liga Eutética Fe-C
Microestrutura do aço Eutetóide (100% perlítico)
Principais Informações do Diagrama Fe-C
38. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
38
Aquecimento e Resfriamento do Aço Hipereutetóide
• Aquecimento / Resfriamento do Aço Hipereutetóide
Aquecimento e Resfriamento do Aço Hipereutetóide
39. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
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Estrutura típica de aço Hipereutetóide com 1,3%C
Aquecimento e Resfriamento do Aço Hipereutetóide
Principais Microestruturas do Aço