...

Ferro

by user

on
Category: Documents
1

views

Report

Comments

Description

Transcript

Ferro
TECNOLOGIA MECÂNICA
Aula 07
Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas
(Parte 1)
Diagrama Ferro-Carbono
Prof. Me. Dario de Almeida Jané
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
- Introdução
- Alotropia do Ferro
- Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
- Transformação na região dos Aços
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
Introdução
•
O emprego das ligas metálicas na indústria está baseado em suas
propriedades mecânicas, ou seja, em sua capacidade de suportar as cargas
a que estarão sujeitas quando em serviço.
•
Tais propriedades mecânicas são grandemente influenciadas pela:
- COMPOSIÇÃO da liga;
- CONDIÇÃO de FABRICAÇÃO;
- ESTRUTURA CRISTALINA da liga.
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
Introdução
•
Desse modo, o controle da estrutura cristalina de tais ligas metálicas
(principalmente as ligas ferrosas), passa a ser fator decisivo para uma
aplicação mais eficaz e eficiente desses materiais.
•
Os tratamentos térmicos a que são submetidos as peças metálicas,
constituem o meio mais usual de controlar sua ESTRUTURA CRISTALINA.
•
Em resumo, fixada a composição química da liga, as condições de
tratamento térmico poderão determinar em definitivo a estrutura desejada
e, conseqüentemente, as propriedades mecânicas finais do material.
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
Introdução
•
Dentre as ligas metálicas, as ligas Ferro-Carbono são as mais importantes
sob o ponto de vista de tratamentos térmicos.
•
Os aços, constituem sem dúvida, o principal grupo de ligas Ferro-Carbono e
são eles que, na realidade, mais se prestam às operações de tratamento
térmico, por sua estrutura aceitar profundas alterações que produzirão
modificações em suas propriedades mecânicas.
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
Introdução
•
O elemento de liga básico é o CARBONO, dissolvido no FERRO em teores
que variam de 0,008% até 6,67%.
•
Em função do teor de carbono, na prática, essas ligas são classificadas como:
- Aços ............................ 0,05% até 2,14%
- Ferros fundidos ........... 2,50% até 4,00%
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
Alotropia do Ferro
•
O Ferro é um elemento cuja forma ou retículo cristalino é CÚBICA.
•
Porém, possui uma característica especial (alotropia), pois esse reticulado
pode se apresentar na forma Cúbica de Corpo Centrado (CCC) nas variações
δ e α, ou Cúbica de Face Centrada (CFC) ou γ.
Estrutura CCC – δ e α
(Cúbica de Corpo Centrado)
Estrutura CFC - γ
(Cúbica de Face Centrada)
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
Alotropia do Ferro
•
Estrutura Cúbica de Corpo Centrado (CCC): os átomos de Ferro estão
alojados em cada vértice e no centro do cubo. Possui duas variações
alotrópicas chamadas de δ e α.
•
A forma δ aparece no instante que o Ferro se solidifica (1539°C) e
permanece até a temperatura de 1394°C.
Estrutura CCC – δ
(Cúbica de Corpo Centrado)
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
Alotropia do Ferro
•
Estrutura Cúbica de Corpo Centrado (CCC - δ):
- Estável para temperaturas entre 1539 e 1394°C;
- Nº total de átomos por célula unitária = 8.1/8 + 1 = 2;
- % de interstícios = 32 %;
- Fator de Empacotamento = 0,68 ou seja, apenas 68% desta célula unitária
são efetivamente preenchidos por átomos.
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
Alotropia do Ferro
•
Estrutura Cúbica de Face Centrada (CFC) ou γ: A partir dessa temperatura
(1394°C) e continuando o resfriamento lentamente, ocorre uma
redistribuição dos átomos de Ferro no reticulado cúbico que passa a forma
alotrópica CFC ou γ, e que permanecerá até a temperatura de 912°C.
Estrutura CFC - γ
(Cúbica de Face Centrada)
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
Alotropia do Ferro
•
Estrutura Cúbica de Face Centrada (CFC - γ):
- Estável para temperaturas entre 1394 e 912°C;
- Nº total de átomos por célula unitária = 8.1/8 + 6.1/2 = 4;
- % de interstícios = 26 %;
- Fator de Empacotamento = 0,74 ou seja, apenas 74% desta célula unitária
são efetivamente preenchidos por átomos;
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
Alotropia do Ferro
•
Estrutura Cúbica de Corpo Centrado (CCC) α: Nesta temperatura (912°C) e
persistindo até a temperatura ambiente, verifica-se nova redistribuição dos
átomos de Ferro no reticulado que volta a apresentar a forma Cúbica
Centrada, mas agora correspondendo a variedade alotrópica α.
Estrutura CCC – α
(Cúbica de Corpo Centrado)
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
Alotropia do Ferro
•
Estrutura Cúbica de Corpo Centrado (CCC - α):
- Estável para temperaturas inferiores a 912 °C;
- Nº total de átomos por célula unitária = 8.1/8 + 1 = 2;
- % de interstícios = 32 %;
- Fator de Empacotamento = 0,68 ou seja, apenas 68% desta célula unitária
são efetivamente preenchidos por átomos;
- A diferença entre as estruturas CCC do ferro α e do ferro δ reside no valor
do parâmetro de rede (a) dos dois casos. Na faixa de temperatura mais
baixa (α), o parâmetro de rede é menor.
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
Alotropia do Ferro
Transformações
no
reticulado
cristalino do Ferro, conforme a
temperatura.
Ferro δ
Ferro γ
Ferro α
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
Alotropia do Ferro
•
Uma propriedade importante da forma alotrópica CFC ou γ, é que ela pode
manter em solução quantidades maiores de carbono que a forma CCC δ e
α.
•
Isso ocorre porque a estrutura CFC apresenta uma distância maior entre os
átomos do retículo cúbico do que a estrutura CCC. Assim, fica mais fácil
(gasto menor de energia) aceitar átomos “estranhos” nos espaços vazios
(interstícios)
Estrutura CCC
Estrutura CFC
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
Alotropia do Ferro - Vazios intersticiais
Forma CCC – δ e α (Ferrita δ e α )
Vazio capaz de acomodar um átomo com
raio de 0,035 nm.
Forma CFC – γ (Austenita)
Vazio capaz de acomodar um átomo com
raio de 0,052 nm.
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
O Diagrama Ferro-Carbono
•
O Ferro puro, raramente é utilizado; normalmente está associado ao
elemento Carbono. Nas ligas FE-C, existem também as formas alotrópicas
CFC ou γ, e CCC δ e α. Porém, as temperaturas de transformação oscilam
em função do teor de Carbono da liga.
•
Assim, surge o chamado DIAGRAMA FERRO-CARBONO, que auxilia na
visualização dessas oscilações, tão importantes no estudo dos aços e ferros
fundidos.
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
O
Diagrama
Ferro
Carbono
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
O Diagrama Ferro-Carbono
•
O Diagrama Ferro-Carbono pode ser dividido em 3 partes (em função da
composição da liga - % de Carbono presente):
- De 0 a 0,008 % C  Ferro Puro;
- De 0,008 a 2,14% C  Aços;
- De 2,14 a 6,69% C  Ferros Fundidos.
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
O
Diagrama
Ferro
Carbono
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
O Diagrama Ferro-Carbono (fases do diagrama)
• Ferrita δ: solução
sólida de carbono no
ferro δ (solubilidade
máxima
0,09%
a
1493°C). O ferro δ é
CCC.
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
O Diagrama Ferro-Carbono (fases do diagrama)
• Austenita γ: solução
sólida de carbono no
ferro γ (solubilidade
máxima
2,14%
a
1147°C). O ferro γ é
CFC.
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
O Diagrama Ferro-Carbono (fases do diagrama)
• Ferrita α: solução
sólida de carbono no
ferro α (solubilidade
máxima 0,022 % a
727°C). O ferro α é CCC.
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
O Diagrama Ferro-Carbono (fases do diagrama)
• Cementita ou carbeto
de ferro - Fe3C: a sua
composição corresponde
a um teor de 6,69% de
carbono. Este carbeto
possui elevada dureza e
fragilidade.
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
O Diagrama Ferro-Carbono
•
Zonas importantes do Diagrama:
• Austenítica: presença de Ferro CFC (γ) e Carbono diluído em até 2,14%.
• Críticas : - Acm (indica a temperatura de transformação CFC  Fe3C).
- A1 (temperatura constante enquanto a transformação CFC +
Fe3C  CCC + Fe3C não se completar).
- A3 (indica a temperatura de transformação CFC  CCC).
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
O
Diagrama
Ferro
Carbono
A3
A1
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
Transformação na Região dos Aços
1538
1400
1200
Ferro 
1394
Ferro 
1000
912
800
Ferro 
600
Aços
400
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
Transformação na Região dos Aços
Ponto
Eutetóide
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
Transformação na Região dos Aços
•
No ponto eutetóide se verifica uma transformação importante no estudo
dos Aços, ou seja, um aço com 0,76 % de Carbono dissolvido, acima de
727°C, encontra-se austenitizado (Ferro na estrutura CFC).
•
Para temperaturas inferiores, no ponto eutetóide, a AUSTENITA se
transforma em uma mistura de DUAS FASES – FERRITA e CEMENTITA, que
se denomina PERLITA.
Perlita
Ferrita
Cementita
Ferro CCC
+
0,022%
Carbono
Fe3C
(6,7% C)
Ponto
Eutetóide
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
Transformação na Região dos Aços
•
Os aços com menos de 0,76% C são chamados hipoeutetóides.
•
Aços hipoeutetóides apresentam em sua microestrutura, FERRITA e
PERLITA.
Ferrita
+
Perlita
Ferrita
Cementita
Ferro CCC
+
0,022%
Carbono
Fe3C
(6,7% C)
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
Transformação na Região dos Aços
•
Os aços com mais de 0,76% C até 2,14% C são chamados hipereutetóides.
•
Aços hipereutetóides apresentam em sua microestrutura, PERLITA e
CEMENTITA.
Perlita
+
Cementita
Ferrita
Cementita
Ferro CCC
+
0,022%
Carbono
Fe3C
(6,7% C)
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
Transformação na Região dos Aços
•
Assim, podemos concluir que, em relação aos aços hipoeutetóides:
Ferrita
Ferrita
+
Perlita
Ferrita
+
Perlita
Ferrita
+
Perlita
Aço 0,1% C
Aço 0,3% C
Aço 0,5% C
Perlita
Aço 0,76% C
TECNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
Transformação na Região dos Aços
•
Em relação aos aços hipereutetóides:
Cementita
Perlita
Aço 0,76% C
Fly UP