Curvas dos metais

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Centro Universitário Padre Anchieta
Controle de Processos Químicos
Ciência dos Materiais
Prof Ailton

Metais Ferrosos
7.1 - Equilíbrio Ferro-Carbono
Alguns elementos químicos apresentam variedades alotrópicas, isto é, estruturas
cristalinas diferentes que passam de uma para outra em determinadas temperaturas,
chamadas temperaturas de transição. O ferro apresenta 3 variedades, conforme aseguir
descrito.
Ao se solidificar (temperatura de aproximadamente 1540°C), o ferro apresenta
estrutura cúbica de corpo centrado, chamada de ferro delta (Fe δ). Permanece nesta
condição até cerca de 1390ºC e, abaixo desta, transforma-se em ferro gama (Fe γ), com
estrutura cúbica de face centrada. Abaixo de 912°C, readquire a estrutura cúbica de corpo
centrado, agora chamada de ferro alfa (Feα). Continuando o resfriamento, a 770°C ocorre
o ponto de Curie, isto é, ele passa a ter propriedades magnéticas. Entretanto, isto não se
deve a um rearranjo da disposição atômica mas sim à mudança do direcionamento da
rotação dos elétrons (spin). Em outras épocas, tal fato não era conhecido e se julgava
corresponder a uma variedade alotrópica, chamada de ferro beta.
Ligado com o carbono, ocomportamento das variedades alotrópicas do ferro e a
solubilidade do carbono nele variam de forma característica, dependendo da temperatura e
do teor de carbono. Isto pode ser visto em forma de gráfico (figura 7.1) , chamado diagrama
de equilíbrio ferro-carbono. Abaixo, definições dos termos usados para o diagrama:

Austenita: é a solução sólida do carbono em ferro gama.
Ferrita: é asolução sólida do carbono em ferro alfa.
Cementita: o carboneto de ferro (Fe3C).
Grafita: a variedade alotrópica do carbono (estrutura cristalina hexagonal).
Obs: próximas ao ponto marcado com (*), existem na realidade linhas de equilíbrio
com o ferro delta, mas não são exibidas por razões: de clareza e de pouco interesse prático.

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Figura 7.1: Diagrama Fé-C
A adição do carbono altera as temperaturas de transição das variedades alotrópicas
em relação ao ferro puro, dependendo do seu teor.
Exemplo: para um aço com cerca de 0,5% C, representado pela linha vertical I no
diagrama, o ferro gama contido na austenita começa a se transformar em alfa na interseção
com a linha A3 e estátotalmente transformado no cruzamento com a linha A1, a 727°C,
inferior aos 912°C do ferro puro.
Importante lembrar que, abaixo de 727°C, não pode haver ferro gama. Somente a
variedade alfa está presente.
O ponto F corresponde ao máximo teor de carbono que a austenita pode conter, isto
é, 2,11%. É usado na distinção do aço do ferro fundido.
A solubilidade do carbono na ferrita é muitopequena (máximo 0,008%) e pode ser
considerada nula em muitos casos práticos.

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O ponto E (eutétóide) é a menor temperatura de equilíbrio entre a ferrita e a
austenita, correspondendo a cerca de 0,77% C. E os aços podem ser eutetóides,
hipoeutetóides ou hipereutetóides.
Obs: o termoeutético se refere ao equilíbrio entre fases líquida e sólida. Neste caso,
usamos o sufixo óide (= semelhante a) para indicar que o equilíbrio ocorre entre fases
sólidas.
O teor de carbono afeta o aspecto granulométrico do aço. Um aço com muito pouco
carbono (digamos, menos de 0,01%), se resfriado lentamente, deverá apresentar uma
aparência razoavelmente uniforme, pois a maior parte serárepresentada pela ferrita Na
Figura 7.2a, mostra-se um possível aspecto de uma microfotografia de um aço deste tipo.
Agora supomos um aço hipoeutetóide com 0,5% de carbono, representado pela
linha vertical I no diagrama. Quando o resfriamento atinge a interseção com A3, começa a
separação da austenita em austenita e ferrita. Logo acima da linha A1, haverá ferrita mais
austenita, esta última, com...
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