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UEA - EST
Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica
MCM1 – Prof. Antonio Kieling
Lista 2: Lista de Exercícios sobre Sistema Fe-C
1. Cite as principais formas alotrópicas do ferro e suas principais
características.
FERRO ( = FERRITA. Estrutura= ccc; Temperatura "existência" = até 912
(C; Fase Magnética até 768 (C (temperatura de Curie); Solubilidade
máxima do Carbono= 0,02% a 727 (C).
FERRO ( = AUSTENITA. Estrutura= cfc (tem + posições intersticiais);
Temperatura "existência"= 912 -1394(C, Fase Não-Magnética,
Solubilidade máxima do Carbono= 2,14% a 1148(C.
FERRO ( = FERRITA (. Estrutura= ccc; Temperatura "existência" = acima
de 1394(C; Fase Não-Magnética; É a mesma que a ferrita (; Como é
estável somente a altas temperaturas não apresenta interesse comercial
2. Qual a estrutura do ferro que é magnética? Até que temperatura o ferro
é magnético?
Ferro ( ou ferrita. Sua fase magnética é até 768°C
3. A solubilidade do carbono é maior na ferrita ou na austenita?
Explique.
Austenita é maior que a ferrita. Como na ferrita, os átomos de carbono
estão dissolvidos intersticialmente, mas muito maior no arranjo CFC.
Esta diferença na solubilidade do carbono na austenita e ferrita α é a
base para o endurecimento da maioria dos aços.
4. Qual a composição dos aços quanto ao teor de carbono?
Menos de 0,15 %: Aço extra doce (Teor muito baixo de Carbono)
0,15 a 0,25 %: Aço doce (Baixo teor de Carbono)
0,25 a 0,40 %: Aço meio doce (Médio teor de Carbono)
0,40 a 0,60: Aço meio duro (Alto teor de Carbono)
0,60 a 0,80 %: Aço duro (Teor muito alto de Carbono)
0,80 a 1,20 %: Aço extra duro (Teor extra-alto de Carbono)
5. Como variam as propriedades mecânicas dos aços, como resistência,
dureza e ductilidade, nos aços de acordo com o teor de carbono?
A dureza e a resistência mecânica aumentam com o aumento do conteúdo
de carbono, por tanto nos processos de fabricação por conformação de
metais que se precisa de material dúctil é mais fácil deformar com
materiais de menor conteúdo de carbono. Para o processo de usinagem um
conteúdo médio de carbono seria bom e também o aumento do conteúdo de
carbono dificulta o processo de soldagem.
6. Qual a composição dos ferros fundidos quanto ao teor de carbono?
A maioria dos ferros-fundidos contém no mínimo 2% de carbono, mais
silício (entre 1 e 3%) e enxofre, podendo ou não haver outros
elementos de liga. Os cinco tipos de ferros fundidos comercialmente
existentes são cinzento, maleável, dúctil, grafítico e compacto
branco. Vale ressaltar que na composição do ferro fundido há muito
outros elementos que influenciam na sua classificação.
7. Especifique quantas fases líquidas e sólidas estão presentes no
sistema ferro-carbono.
Há uma fase líquida e uma sólida pura. Há também dois momentos onde
coexistem uma fase líquida e outra sólida.
8. Com base no diagrama Fe-C, qual a solubilidade máxima do carbono nos
aços e a que temperatura ocorre?
2,08% a 1148°C
9. Com base no diagrama Fe-C, especifique as temperaturas e composições
das reações eutética e Eutetóide.
Eutético: corresponde à liga de mais baixo de fusão. Líquido (FASE (
(austenita) + Cementita
- Temperatura= 1148 (C
- Teor de Carbono= 4,3%
Eutetóide: corresponde à liga de mais baixa temperatura de
transformação sólida. Austenita FASE ( (FERRITA) + Cementita
- Temperatura= 725 (C
- Teor de Carbono= 0,8 %
10. Qual a diferença entre aços hipoeutetóides e hipereutetóides?
O teor de carbono. Aços com 0,02-0,8% de C são chamadas de aços
hipoeutetóide. Aços com 0,8-2,1% de C são chamadas de aços
hipereutetóides
11. Como são as microestruturas características dos aços eutetóides, hipo
e hiper eutetóides?
LIGA EUTETÓIDE: corresponde à liga de mais baixa temperatura de
transformação sólida. Austenita: FASE ( (FERRITA) + Cementita. A
temperatura= 725 (C tem-se um teor de Carbono= 0,8 %. Aços com 0,02-
0,8% de C são chamadas de aços hipoeutetóide. Aços com 0,8-2,1% de C
são chamadas de aços hipereutetóides. Consiste de lamelas alternadas
de fase ( (ferrita) e Fe3C (cementita) chamada de perlita. Na ferrita
as lamelas são espessas e claras. Já a cementita tem lamelas finas e
escuras
LIGA HIPOEUTETÓIDE: Teor de Carbono = 0.002- 0.8 %. Estrutura composta
de Ferrita e Perlita. As quantidades de ferrita e perlita variam
conforme a % de carbono e podem ser determinadas pela regra das
alavancas. As partes claras são chamadas de pró eutetóide ferrita.
LIGA HIPEREUTETÓIDE: Teor de Carbono = 0,8-2,06 %. A estrutura é
composta de cementita e Perlita. As quantidades de cementita e perlita
variam conforme a % de carbono e podem ser determinadas pela regra das
alavancas. As partes claras são chamadas de pró eutetóide cementita.
12. a- A formação da martensita depende do tempo?
Como a martensita não envolve difusão, a sua formação ocorre
instantaneamente (independente do tempo, por isso na curva TTT a mesma
corresponde a uma reta)
13. b- Por que a martensita não aparece no diagrama de equilíbrio Fe-C?
Tem estrutura tetragonal cúbica. Assim, é uma fase metaestável, por
isso não aparece no diagrama.
14. Cite os principais microconstituintes dos aços e suas propriedades
mecânicas.
Ferrite, Perlite, Cementite, Bainite, Martensite. (pesquise cada um,
fiquei com preguiça)
15. Quais são as principais fases que podem estar presentes nos aços a
temperatura ambiente, se resfriados lentamente? Cite as principais
propriedades mecânicas dessas fases.
16. Diferencie as propriedades da martensita alfa e da martensita
revenida, dizendo como podem ser obtidas.
Martensita: É uma solução sólida supersaturada de carbono (não se
forma por difusão); microestrutura em forma de agulhas; é dura e
frágil (dureza: 63-67 Rc); tem estrutura tetragonal cúbica (é uma fase
metaestável, por isso não aparece no diagrama). Na martensita todo o
carbono permanece intersticial, formando uma solução sólida de ferro
supersaturada com carbono, que é capaz transformar-se em outras
estruturas, por difusão, quando aquecida. É obtida quando se resfria
aço austenítico rapidamente até a temperatura ambiente.
Martensita revenida: É obtida pelo reaquecimento da martensita (fase
alfa + cementita). Neste processo, a dureza cai; os carbonetos
precipitam e formam de agulhas escuras
17. Qual o microconstituinte mais mole dos aços?
Ferrita
18. Qual o microconstituinte mais duro dos aços?
Martensita
19. Use a regra das alavancas para determinar a fração da ferrita ( e da
cementita na perlita.
20. Quais são os principais fatores que modificam a posição das curvas
TTT?
Teor de carbono; Tamanho do grão da austenita; Composição química
(elementos de liga)
21. Alto teor de carbono favorece ou dificulta a formação da martensita? E
da perlita?
Quanto menor o teor de carbono (abaixo do eutetóide) mais difícil de
obter estrutura martensítica. A percentagem de perlita será tanto
menor quanto menor for o teor de carbono, anulando-se quanto este cair
abaixo de 0.020%.
22. Tamanho de grão grande favorece ou dificulta a formação da martensita?
E da perlita? Justifique.
Quanto maior os tamanhos de grão mais para a direita deslocam-se as
curvas TTT, e o tamanho de grão grande dificulta a formação da
perlita, já que a mesma inicia-se no contorno de grão. Então, tamanho
de grão grande favorece a formação da martensita
23. Quais os efeitos dos elementos de liga na formação da martensita e da
perlita?
Quanto maior o teor e o número dos elementos de liga, mais numerosas e
complexas são as reações. Todos os elementos de liga (exceto o
Cobalto) deslocam as curvas para a direita, retardando as
transformações. Facilitam a formação da martensita. Como conseqüência:
em determinados aços pode-se obter martensita mesmo com resfriamento
lento
24. É possível obter um aço com estrutura austenítica a temperatura
ambiente?
No aço AISI 1321 cementado, as linhas Mi e Mf são abaixadas. Neste aço
a formação da martensita não se finaliza, levando a se ter austenita
residual a temperatura ambiente.
25. É possível obter um aço com estrutura martensítica por resfriamento
lento?
Sim.
26. Use as curvas TTT para um aço eutetóide para especificar o(s)
microconstituinte(s) final para cada um dos casos abaixo. Assuma que o
resfriamento inicia-se a 760(C.
a- Resfriamento rápido até 350 (C, onde permanece por 103 segundos e
então é resfriada até a temperatura ambiente
Bainita.
b- Resfriado rapidamente até 625 (C, onde permanece por 10 segundos e
então é resfriada até a temperatura ambiente.
Ferrita e austenita.
c- Resfriado rapidamente até 600 (C, onde permanece por 4 segundos, logo
após é resfriada novamente rapidamente até 450 (C, onde permanece por
10 segundos e então é resfriada até a temperatura ambiente.
Ferrita e austenita.
d- Reaquecimento da amostra "c" a 700(C por 20 horas
Perlita grossa.
e- Resfriado rapidamente até 300(C, permanecendo por 20 segundos e então
resfriado rapidamente em água.
Martensita.
27. Qual a % de ferrita, austenita e cementita presente para um aço com
0,6% de Carbono a 725(C?
%fer = 100*(0,6-0,02)/(0,77-0,02) = 77,33% ferrita
%cem = 100 - %fer = 100 – 77,33% = 22,66% austenita
28. Determinar a quantidade de perlita para um aço com 0,5% de Carbono, o
qual foi resfriado lentamente a partir de 860(C até a temperatura
ambiente.
De 870° a 780°C: Austenita com 0,5%C; de 780° a 727°C(+): ferrita se
separa da austenita, conteúdo de carbono desta aumenta para 0,76%C; a
727°C (+) a composição da austenita é de 0,76%C e a porcentagem no
material é de 64,8%
A 727°C (-): quantidade de perlita = 64,8%
29. Calcular a % de ferrita, cementita e perlita a temperatura ambiente
para os seguintes aços:
A solubilidade de carbono na ferrita à temperatura ambiente pode ser
considerada nula. Com isso, abaixo do ponto eutetóide há uma
precipitação de cementita na ferrita, porque a solubilidade do carbono
nesta cai a quase zero.
a- 0,2% de C
%cem = 100*(Ci-Cf)/(Cc-Cf) = 100*(0,2-0)/(6,67-0) = 2,99% cementita
%fer = 100 - %cem = 100*(Cc-Ci)/(Cc-Cf) = 100*(6,67-0,2)/(6,67-0) =
97,01% ferrita
b- 1,0% de C
%cem = 100*(Ci-Cf)/(Cc-Cf) = 100*(1-0)/(6,67-0) = 14,99% cementita
%fer = 100 - %cem = 100*(Cc-Ci)/(Cc-Cf) = 100*(6,67-1)/(6,67-0) =
85,01% ferrita
c- 1,5% de C
%cem = 100*(Ci-Cf)/(Cc-Cf) = 100*(1,5-0)/(6,67-0) = 22,44%
cementita
%fer = 100 - %cem = 100*(Cc-Ci)/(Cc-Cf) = 100*(6,67-1,5)/(6,67-0) =
77,56% ferrita
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