9.0- Cap.09 DIAGRAMA DE FASES RES. 16.1.pptx

1

SISTEMA

Fe-C

OU

Fe-Fe

C

E MICROESTRUTURAS QUE SE

FORMAM NO (

resfriamento

lento

)

FASE

 Uma fase pode ser definida como uma porção homogênea de um sistema que possui características físicas e químicas uniformes.  Se mais de uma fase estiver presente em um sistema, cada fase

terá suas próprias propriedades individuais , e existirá uma fronteira separando as fases, da qual haverá uma mudança descontínua e abrupta nas características físicas e / ou química

Duas fases em equilíbrio (a) óleo flutuando em água (b) emulsão de água-óleo.

LIMITE DE SOLUBILIDADE

SOLIDIFICAÇÃO DE UM METAL PURO

Uma substância pura, como a água, pode existir nos três estados: sólido, líquido e gasoso. Dependendo da temperatura e da pressão.

T = Superesfriamento

Líquido Líquido

Processo de nucleação e crescimento

SOLIDIFICAÇÃO DE UM METAL PURO

Curva de solidificação para uma liga Cu-40%Ni (Remoção do calor latente de fusão)

Curva de resfriamento para uma liga isomorfa

(Durante a solidificação)

Peso Percentual de Ni Tempo

T em p er at u ra º C

DIAGRAMA MONOFÁSICO

Ko = Coeficiente de Distribuição de Equilíbrio

Ko = Xs (Sólido em T)

Xl (Líquido em T)

Ko = Coeficiente de Distribuição de Equilíbrio

Ko = Xs (Sólido em T)

Xl (Líquido em T)

Ko = Coeficiente de Distribuição de Equilíbrio

Solidificação da zona fundida - Segregação

11

– Impurezas como P, Nb, S, N

– Propagação de uma segregação ou defeitos pré-existentes

Zona Afetada Termicamente Zona de Ligação Zona Fund ida 1. Zona Fundida 2. Zona de Ligação 3. Zona Afetada Termicamente 4. Metal de Base (metal das peças) Zona de uma junta soldada

(4) (2) (1) (3) (4) TEMPERATURA Composição da Região Central do Grão Composição da Região Entre os Grãos LIQUIDUS SOLIDUS % impurezas Macrografia de uma junta soldada

SOLUBILIDADE PARCIAL PONTO EUTÉTICO 12

REAÇÃO EUTÉTICA

APLICAÇÕES MATALURGICAS NA SOLDAGEM

Aplicação: solda branda ou solda brasagem fraca

Solda branda é a união de dois metais iguais ou dissimilares, com auxílio de um outro diferente dos metais de base.

Para a sua efetivação há fusão somente do metal de adição e não do metal de base. A coalescência é produzida por aquecimento a temperatura abaixo de 450ºC.

APLICAÇÕES DA COMPOSIÇÃO EUTÉTICA

SOLDA BRASAGEM FRACA (TEMP.

 450ºC)

ADIÇÃO DE FERROLIGAS NA ACIARIA E SOLDAGEM

FORMAS ALOTRÓPICAS DO FERRO

Energia livre de Gibbs para o Fe

Ferrita

Austenita

Ferrita

Transformações espontâneas ocorrem para minimizar a energia (a fase mais estável é aquela que apresenta menor energia livre de Gibbs)

F E R R I T A F e r r o 

A U S T E NI T A F e r r o 

Curva dilatométrica de aquecimento e Resfriamento do aço maraging 400

Equipamentos: Forno

Sensores - Termopar - Micrometro Haste de alumina (baixo coef. de expansão térmica) Sistema de Fluxo de Gás

LVDT (Linear Voltage Differential Transformer)

Dilatometria (DIL) - Equipamentos

LVDT- Princípiode Funcionamento Variação da Indutância Mútua

0,022%

2,14% 1538°C

Callister 8° Edição

19 +l l+Fe₃C +l PERITÉTICA +l  _EUTÉTICA l +Fe₃C EUTETÓIDE  +Fe₃C AÇO FOFO

MICROESTRUTURAS DO DIAGRAMA Fe-Fe

C

A₁

A₃ Acm

Aços HIPOEUTETÓIDES (%C < 0,76%)

Ferrita

proeutetóide Perlita

22

LIGA EUTETÓIDE (C= 0,76%)

PERLITA

PERLITA

23

LIGA HIPEREUTETÓIDE (0,76%

C2,14%)

Fe₃C

proeutetóide Perlite

Diagrama de Fase Fe - Fe

C

Transformação de austenita em ferrita (pró-eutetóide)

24

Transformação de austenita em ferrita e cementita (eutetóide)

Transformação de austenita em cementita (pró-eutetóide) Resfriamento

Temperatura Eutetóide

Diagrama de Fases Fe-Fe₃C PARA OS AÇOS CFC CCC Austenita Ferrita

Diagrama Fe-Fe3C: Microestrutura resfriadas lentamente

A₁ A₃

Acm

LOCALIZAÇÃO DA ZONA CRÍTICA DOS AÇOS: Entre as linhas A₁ e A₃ e entre as linhas A₁ e A_cm Linha A₁ é o limite inferior da zona crítica

A

Parada “A” (do francês arrêt)

Resfriamento “r” (refrroidissement) Aquecimento “c” (chauffage)

DIAGRAMA DE FASE FERRO-CARBONETO DE FERRO (Fe-Fe₃C) TRANSFORMAÇÕES ALOTRÓPICAS – FONTE: CALLIESTER

 TEMPERATURAS CRÍTICAS

A₁ – Mínima temperatura para a existência do Fe- A₃ – Máxima temperatura para a existência do Fe- (AÇOS HIPOEUTETÓIDES)

A_cm – Máxima temperatura para a existência do Fe₃C (AÇOS HIPEREUTETÓIDES)

DIAGRAMA Fe- Cementita (Fe₃C)  METAESTÁVEL

DIAGRAMA Fe-Grafita  ESTÁVEL

Grafita

DIAGRAMA METAESTÁVEL  Fe – Cementita DIAGRAMA ESTÁVEL  Fe - Grafita

 (Fe- Cementita)  (Fe- Grafita)

32

SISTEMA DE CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS SAE (Society Automotive Engineers) e ABNT

ABNT- NBR 6006 – Classificação por composição química de aços para construção mecânica. XX = teor de carbono em 0,01%

10XX  Aços-carbono de uso geral

11XX  Aços de fácil usinagem, com enxofre 13XX  Manganês (1,75%)

40XX  Molibdênio (0,25%)

43XX  Níquel(1,8%), Cromo (0,8%) e Molibdênio (0,25%) 51XX  Cromo (0,8-1,05%)

86XX  Níquel (0,55%), Cromo (0,5%) e Molibdênio (0,2%) 98XX  Níquel (1,0%), Cromo (0,8%) e Molibdênio (0,25%)

ABNT- NBR 6006 – Classificação por composição química de aços para construção mecânica. XX = teor de carbono em 0,01%

10XX  Aços-carbono de uso geral

11XX  Aços de fácil usinagem, com enxofre 13XX  Manganês (1,75%)

40XX  Molibdênio (0,25%)

43XX  Níquel(1,8%), Cromo (0,8%) e Molibdênio (0,25%) 51XX  Cromo (0,8-1,05%)

86XX  Níquel (0,55%), Cromo (0,5%) e Molibdênio (0,2%) 98XX  Níquel (1,0%), Cromo (0,8%) e Molibdênio (0,25%)

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PRINCIPAIS TRATAMENTOS TÉRMICOS

AVALIAÇÃO: Quais os tratamentos térmicos que amolecem os aços? (previstos no diagrama de equilíbrio)

Quais os tratamentos térmicos que endurecem os aços? (não previstos no diagrama de equilíbrio)

Tratamentos Térmicos

(dentro do forno) Resfriamento ao ar

36

Distorção de Bain

 CFC → TCC (Tetragonal de Corpo Centrado)

 Podemos dizer que a Martensita é uma solução

sólida super-saturada de carbono no ferro α.

TEMPERATURA DE REVENIDO

Operação de têmpera com posterior revenimento

Martelo feito com martensita revenida

Microestrutura da Bainita

METALOGRAFIA  MACRO E MICROESTRUTURA E FALHAS DO MATERIAL

Macrografia Micrografia

Macrografia

APLICAÇÃO NA ESCOLHA DE AÇOS

Dureza Brinell _{Impacto Charpy}

DIAGRAMAS DE FASES - EXERCÍCIOS

REGRA DA ALAVANCA

1 . 5 0 0 1 . 2 5 0 1 . 0 0 0 7 5 0 5 0 0 o o o o o

0 % 1 2 3 4 5 6

C











7 2 3 Co + C e m e n t i t a







7 2 3 Co + C e m e n t i t a







7 2 3 Co  + 







REGRA DA ALAVANCA

•

_{DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO}

1) Determinar a constituição estrutural de um aço carbono com 0,3% de carbono

REGRA DA ALAVANCA

Perlita Cementita

0,8%

1,3%

6,67%C

2) Determinar a constituição estrutural de um aço carbono com 1,3% de carbono

REGRA DA ALAVANCA

REGRA DA ALAVANCA

3) Determinar as quantidades relativas das fases na Temperatura ambiente de um aço autetóide

Ferrita Cementita 0,0% 0,8% 6,67%C Ferrita = (6,67% - 0,8%) 100 = 88%C (6,67% - 0,0%) Cementita = (0,8% – 0,0%) 100 = 12%C (6,67% - 0,0%)

REGRA DA ALAVANCA

4) Determinar as quantidades relativas das fases na

Temperatura ambiente de um aço com 0,3% de carbono.

Ferrita Cementita 0,0% 0,3% 6,67%C Ferrita = (6,67% - 0,3%) 100 = 95,5%C (6,67% - 0,0%) Cementita = (0,3% – 0,0%) 100 = 4,5%C (6,67% - 0,0%)

REVISÃO: COMPARAÇÃO DOS DOIS MÉTODOS

Determinar a constituição estrutural de um aço carbono com 0,3%C

Ferrita Perlita 0% 0,3% 0,8%C a) Em relação a perlita Ferrita = (0,8% – 0,3%) 100 = 62,5%C (0,8% - 0%) Ferrita Cementita 0% 0,3% 6,67%C

b) Em relação a Cementita (todo o diagrama)

Perlita = (0,3% - 0%) 100 = 37.5%C (0,8% - 0%) Ferrita = (6,67% – 0,3%) 100 = 95,5%C (6,67% - 0%) Cementita = (0,3% - 0%) 100 = 4.5%C (6,67% - 0%)

Ou considerando que a Perlita é composta de 88% de Ferrita e 12% de Cementita

Ferrita = 62,5% + 37,5 de 88% = 95.5%C Cementita = 37,5 de 12% = 4,5%C

5) Determinar as quantidades relativas das fases no limite inferior da zona critica (linha A1) de um aço com 0,6% de carbono.

REGRA DA ALAVANCA FORA DA TEMPERATURA AMBIENTE

MÉTODO: Cálculo a 724ºC e a 722ºC A₁ A₃ Acm P 723ºC 724ºC 722ºC 0,025% 0,8% 0,6%

0,6 0,025 % de austenita = 100(0,60 - 0,025) = 74% 0,80 - 0,025 % de cementita = 100(0,60 – 0,025) = 0,9% 6,67- 0,025 Diagrama Fe-C 1 . 5 0 0 1 . 2 5 0 1 . 0 0 0 7 5 0 5 0 0 o o o o o 0 % 1 2 3 4 5 6 C 7 2 3 Co L í q u i d o ( L ) 2 , 0 0 , 8 + C e m e n t i t a + L  + C e m e n t i t a  +    + L  +  



5) Determinar as quantidades relativas das fases no limite inferior da zona critica (linha A1) de um aço com 0,6% C e 1,1% C.

REGRA DA ALAVANCA FORA DA TEMPERATURA AMBIENTE

A₁ A₃ Acm P 723ºC 0,6% 0,8% 0,025% MÉTODO: Direto a 723ºC Durante o aquecimento ou Durante o resfriamento 1,1%

TRANSPECTRO - 2006

A microestrutura de forma lamelar, resultado da transformação eutetóide da austenita, é a:

(A) bainita. (B) cementita. (C) ferrita. (D) perlita.

PETROBRAS - 2006

Considere o diagrama de fase do aço carbono com 0,8%C

na solução sólida eutetóide e 6,7%C na solução sólida de Fe₃ C. Qual a quantidade de ferrita presente na perlita em uma liga

com 0,2%C à temperatura ambiente, que sofreu resfriamento próximo do equilíbrio? (A) 3% (B) 12% (C) 25% (D) 88% (E) 97% 6,7 1 . 5 0 0 1 . 2 5 0 1 . 0 0 0 7 5 0 5 0 0 o o o o o 0 % 1 2 3 4 5 6 C 7 2 3 Co L í q u i d o ( L ) 2 , 0 0 , 8 + C e m e n t i t a + L  + C e m e n t i t a  +    + L  +  



Thank you!!!

Government Juscelino Kubitschek

FIRST DESIGN OF CAR, AFTER YOU. OK DESIGN CARS PE OP LE

The Government Juscelino Kubitschek is the period of republican government lived between 1956 and 1961.

APLICAÇÃO NA ESCOLHA DE AÇOS

O conhecimento do Diagrama Fe-Fe

possibilita ao engenheiro escolher o melhor material

para o seu projeto, além de permitir conhecer o material utilizado através de microscópios eletrônicos.

 Exemplo: A FEI Baja, formada por alunos da FEI, utiliza

o microscópio eletrônico para observar a presença de ferrita, perlita, cementita e etc, bem como os tamanhos de grãos, para escolher o melhor material para

Prof. Rodrigo Perito Cardoso



REGRA DE FASES DE GIBBS – CAP.:9.17

 A construção dos diagramas de fases, assim como os princípios que

governam as condições para o equilíbrio entre as fases, é ditada pela as leis da Termodinâmica.

 Uma dessas leis é a regra das fases de Gibbs.

 Essa regra representa um critério para o número de fases que irá coexistir

em um sistema em equilíbrio e é expresso por uma equação simples:



P + F = C + N

 Onde P é o número de fases presentes

 F é o número de graus de liberdade ou variança do sistema  C é o número de componentes do sistema

 N é número de varáveis externas (pressão e temperatura)

Josiah Williard Gibbs

Josiah Williard Gibbs (1839-1903), Cientista e primeiro norte-americano a receber o título de Doutor em Engenharia. Foi pioneiro na utilização da termodinâmica para interpretar fenômenos físico-químicos.

REGRA DE FASES DE GIBBS

Para um sistema binário e pressão atmosférica (constante) C=2 e N=1, temos: P + F = 2 + 1 = 3

P = 3 – F ou

F = 3 – P (Variança = 3 – Nº de

Fases)

Fase é região estrutural homogênea com as mesmas propriedades físicas e químicas

P + F = C + N

Onde P é o número de fases presentes

F é o número de graus de liberdade ou variança do sistema C é o número de componentes do sistema

APLICAÇÃO: Determine utilizando a regra de

fases o grau de liberdade nos pontos a,b,c e d.

F = 3 – P F _a = 3 – 1 = 2 F_b = 3 – 1 = 2 F _c = 3 – 3 = 0 (invariante) F _d = 3 – 2 = 1 Ex. p/T₂C_ e C_L Ex. p/T₁ C_ e C_ d d a b c d T₂ T₁ C_{ C} L C_ C_

P é o número de fases presentes