Comportamento Mecânico de Ligas Ferro-Carbono

  

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Introdução a Ciências e Engenharia de Materiais II 

  

  

Comportamento Mecânico de Ligas Ferro-Carbono 

  

Docente: Márcio Yee  

Discentes:  Lais Rossi  

Vinicius F. Cardoso

Yasmin Coelho  

  

Outubro| 2015 

Introdução

As ligas Ferro- Carbono, popularmente conhecidas como aço ou ferro fundido é um dos principais assuntos abordados quando se trata de ligas binárias, essa ligação é um ótimo exemplo, pois forma diversas microestruturas, a perlita fina e grosseira, cementita globulizada, bainita e martensita. Todas essas microestruturas, com exceção da martensita, duas fases estão presentes (ferrita e cementita) das quais falaremos posteriormente e, dessa forma é possível explorar as inúmeras propriedades mecânicas que existem para essa liga.

As ligas ferrosas têm o ferro como principal componente, mas o carbono ou outros elementos estão presentes formando os três principais tipos de liga: ferro, aço e ferro fundido. Essas ligas são classificadas de acordo com seu teor de carbono, onde a ferrita possui até 0, 008% de Carbono, os aços possuem entre 0, 008 e 2,14% e os ferros fundidos são as ligas ferrosas que possuem entre 2,14 e 6,70% de Carbono, contudo os ferros fundidos que são comercializados possuem em média 4,5% de Carbono.

É muito importante saber as características mecânicas dos materiais, nesse caso mais especifico de alguns metais, devido a serem empregados de diversas formas diferentes precisamos saber como se comportam mecanicamente, ou seja, precisamos saber a resistência mecânica, dureza, ductiblidade e rigidez de cada um para saber caso a caso qual melhor material usar para determinada circunstancia.

Através de experimentos projetados em laboratórios a fim de simular a situação onde determinado material iria ser usado no ambiente é possível determinar as propriedades mecânicas do mesmo.

As ligas abordadas e estudadas aqui serão a Perlita, Bainita, Cementita e Martenzita, que segunda Callister são definidas por:

PERLITA

Perlita é a microestrutura bifásica encontrada em alguns aços e ferros fundidos, ela resulta da transformação da austenita com composição eutetoide e consiste em camadas alternadas, ou lamelas de ferrita alfa e cementita.

Ela pode ser fina, na qual as camadas alternadas de ferrita e de cementita são relativamente finas ou grosseiras onde as camadas são espessas.

BAINITA

Produto de uma transformação austenítica encontrado em alguns aços e ferros fundidos. Ela se forma em temperaturas em que ocorrem as transformações perlítica e mantensítica. A microestrutura consiste em ferrita alfa e uma fina dispersão de cementita.

CEMENTITA

É o carbeto de ferro, a cementita globulizada é a microestrutura encontrada em aços que consiste em partículas esféricas de cementita em uma matriz de ferrita alfa. é produzida através de um tratamento térmico apropriado em temperatura elevada da perlita, bainita ou martensita e é relativamente mole.

MARTENSITA

Fase metaestável de ferro supersaturado em carbono, que é o produto de uma transformação adifusional (atérmica) da austenita.

Martensita revenida é o produto microestrutural resultante do tratamento térmico por revenido de um aço martensítico. A microestrutura consiste em partículas de cementita extremamente pequenas e uniformemente dispersas em uma matriz contínua de ferrita alfa. A tenacidade e a ductilidade são aumentadas de uma maneira significativa pelo revenido.

Diagrama Ferro-Carbono

O diagrama Ferro- Carbono, é um diagrama binário onde geralmente a temperatura e a composição dos parâmetros são variáveis enquanto a pressão se mantém constante. Esses diagramas representam as relações entre a temperatura e as composições e quantidades das fases em equilíbrio, as quais influenciam a microestrutura de uma liga. Varias microestruturas são formadas na transformação de fases, a qual geralmente ocorre durante o resfriamento, fazendo com que em alguns casos ocorra o aparecimento ou desaparecimento de uma fase. Dessa forma esse diagrama é importante pois temos como prever as transformações de fases e as microestruturas resultantes.

O diagrama tem seu inicio com ferro puro, o qual ao ser aquecido apresenta duas mudanças de estrutura cristalinas antes de se fundir, formando o que conhecemos na temperatura ambiente por ferro alfa, o qual possui uma estrutura cúbica de corpo centrada (CCC), em seguida ocorre uma mudança de forma formando o ferro gama, também conhecido como austenita que apresenta uma estrutura diferente da anterior, ele é cubico de face entrada (CFC), após atingir certa temperatura como podemos observar na figura 1 ele volta a ter uma estrutura CCC, conhecida como ferrita a qual se funde.

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Figura 1 (Diagrama Ferro-Carbono)

Na realidade, todos os aços e ferros fundidos apresentam teores de carbono inferiores a 6,7%p C, ou seja, o carbono é uma impureza intersticial no ferro. Transformações de fases que envolvem a  Austenita , são essênciais no tratamento térmico dos aços, os quais envolvem normalmente o resfriamento rápido e continuo de uma amostra austenitizada em algum tipo de meio de têmpera. Se durante o processo a amostra tiver sido convertida em um elevado teor de martesita, significa que as propriedades ótimas de um aço temperado foram obtida, esse sucesso de tratamento térmico para produzir uma microestrutura martesítica depende de três principais características, a composição da liga, o tipo e a natureza do meio da tempera, e o tamanho e a forma da amostra, caso contrario ocorre a formação de perlita ou de bainita que resultam em uma combinação não muito eficiente de características mecânicas.

A cemetita é formada quando o limite de solubilidade para o carbono na ferrita alfa é excedido abaixo de 727°C, devido a suas características mecânicas de ser dura e fragil ela é utilizada para aumentar a resistencia de alguns aços. Um importante detalhe sobre a cemetita é que ela é metaestavel, ou seja, em temperatura ambiente ela permanece como um composto, por isso a figura 1 não é um exemplo de diagrama de equilibrio (onde o material estaria em equilibrio com seu ambiente), pois a cemetita não é um composto de equilibrio