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Figura 9 Microestruturas da mesma liga resfriada em molde de areia, em molde metálico ou fundidas por injeção.
Obtém-se efeito semelhante mediante fusão de massas menores, como o que acontece em peças com diferentes espessuras de parede como o exemplo da roda da figura 2. Em decorrência das diferentes taxas de resfriamento obtém-se microestruturas mais ou menos refinadas e, portanto, com diferentes propriedades como se viu na mesma figura. O efeito da elevação da taxa de resfriamento pode ser acompanhado na figura 10. Nesta figura mostram-se curvas de resfriamento. Elas indicam que, à medida que a taxa de resfriamento cresce, aumenta a diferença de temperatura entre a reação eutética e a temperatura de reação eutética dada pelo diagrama. Em outras palavras, o surperresfriamento para a reação de solidificação do eutético aumenta. Isto sempre acarreta diminuição do espaçamento entre fases do eutético, ou a supressão da reação como se verá para o sistema Fe-C.
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Figura 10. Efeito da taxa de resfriamento no super-resfriamento para a reação eutética. As ligas Al-Si comerciais não são ligas binárias. Elas contêm outros elementos como os indicados na tabela 1 (requerendo o emprego de diagramas ternários para seu entendimento) e são muitas vezes tratadas termicamente. Estes tratamentos térmicos visam homogeneizar a liga e/ou aumentar sua dureza mediante a reação de precipitação que será estudada mais adiante. 1.1 Sistemas de dois componentes - Peritéticos Nos sistemas peritéticos as primeiras adições do segundo elemento provoca diminuição da temperatura liquidus para uma das fases e sua elevação para a outra, como se vê na Figura 11.
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Figura 11. peritética.
Região da reação peritética no sistema Fe-C. C)Andamento da reação
Neste sistema a reação invariante é L + α = β ocorrendo para a liga de composição peritética P. No esquema da figura 1.12B nota-se que a partir de um certo estágio da reação a fase α fica completamente envolvida pela fase β perdendo o contato com o liquido. A reação para prosseguir requer a difusão do componente B do líquido através de β em direção a α e, do componente A em direção a β. Em outras palavras há necessidade, para que a reação se complete, da difusão através da casca de β. Este fenômeno será visto em mais detalhe no capitulo correspondente, mas pode-se perceber que devido a necessidade
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de movimentação atômica no estado sólido a reação peritética pode não se completar restando, ao fim da solidificação, as duas fases sólidas. Os fenômenos de microssegregação, formação de grãos e dendritas são semelhantes aos descritos anteriormente. A reação peritética no sistema Fe-C é responsável pela transformação da ferrita em austenita a 1495°C e 0,17% de carbono. Nos aços inoxidáveis e em alguns aços ferramentas esta reação tem sua importância aumentada devido ao aumento do campo de existência da ferrita. 1.1.1 Sistema Fe-C O sistema Fe-C vai servir de base para a maior parte das análises das microestruturas feitas neste livro. Ele é sem duvida o sistema binário mais importante, pois serve de base para o entendimento dos aços e ferros fundidos. Este sistema apresenta duas versões, como se verá no capítulo referente a ferros fundidos, sendo que a versão empregada para o estudo dos aços pode ser visualizada na figura 12. No sistema Fe-C (figura 12) as ligas cujas composições estão acima de 2,11% de carbono são usualmente designadas de ferros fundidos. A liga com 4,3% de carbono se solidificará totalmente através da reação eutética. Nas ligas a direita e a esquerda deste ponto ocorrerá reação eutética no liquido residual.
Figura 12. Sistema Fe-C metaestável. Figura 13 Sistema Fe-C estável Este sistema aparentemente complexo pode ser decomposto em subsistemas mais simples. Durante a solidificação de ligas do sistema Fe-C podem ocorrer quatro reações invariantes de solidificação. A fusão do Ferro puro, a fusão congruente do carboneto de ferro, Fe3C, a cementita, cujo comportamento na solidificação é semelhante ao estudado para um componente. Além destas, as ligas de ferro podem se solidificar por meio da reação eutética L = γ + Fe3C, para 4,30% de carbono e da reação peritética L + α = γ para 0,14% de carbono ou ainda através de reações monovariantes como as que ocorrem entre zero e 0,14% de carbono, entre 0,23 e 4,30 e entre 4,30 e 6,7 de carbono. 4
Neste sistema a reação eutética L = γ + Fe3C ocorre a 1148°C e 4,30% de carbono Devido ao fato de o carbono, além do ferro, poder se apresentar em mais de uma forma existe outro diagrama Fe-C com grande importância prática. Na figura 13 mostra-se o sistema Fe-C estável, ou seja, o diagrama no qual o carbono está na forma de carbono. Neste sistema a reação eutética L = γ + G ocorre a 1154°C e 4,26% de carbono No estado sólido, em ambos os sistemas, ocorrem outras reações que serão analisadas e desenvolvidas nos capítulos que se seguem. Na solidificação de ligas eutéticas vimos (Vimos mesmo) que ocorre a formação de arranjos interpenetrados de duas fases sólidas a partir de um líquido de composição eutética. A reação eutetóide é uma reação semelhante à reação eutética. Ocorre, entretanto, quando uma fase sólida de alta temperatura se decompõe em duas outras fases sólidas numa temperatura característica denominada temperatura eutetóide. No caso dos aços a fase gama denominada austenita, com estrutura cúbica de faces centradas, se decompõe a 723°C em uma mistura constituída de uma fase alfa denominada ferrita, de estrutura cúbica de corpo centrado e uma fase Fe3C denominada cementita de estrutura ortorrômbica. No sistema Ferro-Carbono, o limite superior do campo (α + γ ) é normalmente chamado de linha A3. O limite superior do campo ( γ + Fe3C) é chamado de linha Acm. A isoterma de reação eutetóide é também conhecida como linha eutetóide e no sistema Ferro-Carbono é chamada de linha A1. A figura 14 mostra detalhes da região dos diagramas Fe-C próximas da temperatura eutetóide. Figura 14. Região próxima do eutetóide para o sistema Fe-C estável e metaestável.
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Nota-se que de modo semelhante à reação eutética existem duas reações eutetóides. Uma para o sistema meta estável γ = α + Fe3C a 723°C e outra, γ = α + G, para o sistema estável, a 736°C Quando a austenita de composição eutetóide é resfriada abaixo da temperatura A1, ocorre uma reação em que a ferrita e o carboneto nucleiam e crescem juntos. O carbono é rejeitado pela ferrita e ao mesmo tempo é consumido pela lamelas de cementita que se encontram em cada um dos lados. Essas lamelas (lâminas) das duas fases, avançam juntas sobre a austenita instável. O produto resultante é chamado de perlita desde que os primeiros metalógrafos, incapazes de resolver a estrutura, acharam-na parecida com a madrepérola como mostra a figura 15.
Figura 15 - Estrutura perlítica de aço nota-se diferentes colônias de perlita. Com o conhecimento das reações eutéticas e eutetóides dos dois sistemas Fe-C pode-se passar ao estudo dos ferros fundidos. Bibliografia 1 - W. Kurz & D.M. Stefanescu, Section Chairmen, Principles of Solidification, ASM Handbook, vol 15 - Casting. Formerly, 9th Ed. Metals Handbook, 1988, p 99 -186. 2 M. C. Flemings, Solidification Processing McGraw-Hill 1974. 364p. 3.A. Ono The Solidification of Metals Chijin Shokan, Co. Ltd, 1976.144p. 4. M.P. de Campos Filho & G. J. Davies Solidificação e Fundição de Metais e suas Ligas. Livros Técnicos e Científicos e Editora da Universidade de São Paulo, 1978.237p. Questões 1 - Esquematize a evolução da microestrutura durante a solidificação de uma liga de um sistema binário eutético. A) No campo onde resulta a formação de uma solução sólida B) No campo onde ocorre reação eutética.
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2 - Qual o efeito do aumento da taxa de resfriamento no número de grãos da região coquilhada. Discuta usando curvas de resfriamento. 3 - O que deve acontecer com o numero de braços secundários de dendritas em função do aumento do superresfriamento? 4 - Qual a conseqüência sobre a microssegregação do aumento da taxa de resfriamento? 5 - Discuta o efeito de se aquecer lentamente ou rapidamente uma peça com microssegregação na homogeneização de uma peça. 6 - Esquematize a seqüência de solidificação de um aço com 0,10% de carbono até a formação de 100% de sólido 7 - Esquematize a seqüência de solidificação de um aço com 0,50% de carbono até a formação de 100% de sólido. Compare a seqüência com a da questão anterior. 8 - Esquematize a seqüência de solidificação de um ferro fundido com 2,5% de carbono até a formação de 100% de sólido.
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