João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014
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Metalurgia Física dos Aços
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O que é Aço?
“É uma ...
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LAMINADOR DE TIRAS A
QUENTE
SUCATA
MÁQUINA DE LINGOTAMENTO
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Propriedades do Ferro
Informações gerais
Nome, símbolo, número Ferro, Fe, 26
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Breve História I
Em épocas remotas, assim como mais tarde viria a ocorrer
com...
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Acompanhando a substituição do bronze pelo ferro, o processo de carburação fo...
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• A Idade do Ferro é o último dos três principais períodos no Sistema de Três...
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Minério de ferro
Coque
Fundentes
Alto Forno Gusa Aciaria Aço
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Constituição de uma liga
•A constituição de uma liga é descrita por três parâ...
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Soluto, Solução, Fase - Conceitos Básicos
• Denomina-se “Fase” à mistura, tot...
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• Nos materiais não-cristalinos ou amorfos não existe ordem
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• Célula Unitária
Consiste num pequeno grupo de átomos que formam um
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• A célula cristalina CCC – Cúbica de Corpo Centrado (Ferro Alfa)
A Natureza...
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• A célula cristalina HC – hexagonal compacta
A Natureza Cristalina dos Meta...
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Defeitos pontuais em metais
Auto-intersticiais: consiste em um átomo da próp...
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Por conta de Defeitos Cristalinos o aço pode
sofrer corte, usinagem, deforma...
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A Natureza Cristalina dos Metais
• Alotropia
À existência, para um mesmo met...
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CFC
O Ferro e suas fases alotrópicas
• Acima de 1538°C: líquido
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A Natureza Cristalina dos Metais
Efeito da Temperatura no p...
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Principais Fases do Aço
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Principais Fases do Aço
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Devido a Ferrita não ter espaço suficiente...
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Principais Fases do Aço
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Perlita é uma combinação de plaquetas de Fer...
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A Martensita
A martensita é extremamente dura, frágil, adquirindo dureza pel...
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Estrutura Cristalina TCC (Martensita)
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Principais Transformações a partir da Austenita
• Austenita (acima de 723 ºC...
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Ferro-Carbono
Diagrama de Fases Fe-C (Fe-Fe3C)
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Diagrama de Equilíbrio Fe-C
Diagrama de Equilíbrio Fe-C
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Principais Informações do Diagrama Fe-C
Ou linha crítica
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Reação Eutética
Esse tipo de reação é uma reação invariante porque está em
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Regra das Alavancas
Na atividade de pesquisa não se mede a energia livre com...
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• Linhas de transformação para o aquecimento e resfriamento nas ligas Fe-C
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Principais Informações do Diagrama Fe...
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Principais Informações do Diagrama Fe-C
Fases no Aquecimento / Resfriamento ...
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Principais Informações do Diagrama Fe-C
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A Liga Eutética Fe-C
Microestrutura do aço Eutetó...
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Aquecimento e Resfriamento do Aço Hipereutetóide
• Aquecimento / Resfriament...
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Estrutura típica de aço Hipereutetóide com 1,3%C
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Breve apresentação para metalurgia física, diagrama ferro-carbono e dos processos térmicos e termoquímicos

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I Seminário Tratamentos Térmicos "IH"

  1. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 27. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014 27 O Diagrama Ferro-Carbono Diagrama de Fases Fe-C (Fe-Fe3C)
  28. 28. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014 28 Diagrama de Equilíbrio Fe-C Diagrama de Equilíbrio Fe-C
  29. 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. 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. 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. 32. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014 32 Ou linha crítica 723 ° C Principais Informações do Diagrama Fe-C
  33. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 39. João Carmo Vendramim - Isoflama 11/03/2014 39 Estrutura típica de aço Hipereutetóide com 1,3%C Aquecimento e Resfriamento do Aço Hipereutetóide Principais Microestruturas do Aço

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