Diagrama de fases ferro-carbono
Todas as peças de aço de qualidade seguem um processo de projeto e fabricação guiado por um modelo básico que determina sua estrutura e propriedades — o Diagrama de Fases Ferro-Carbono. Este diagrama é uma representação importante da concentração de carbono e da temperatura para ligas de ferro-carbono em diferentes fases. É uma ferramenta poderosa para fabricantes e metalúrgicos que buscam as melhores ligas para usar em peças.
As mudanças típicas de fase, microestrutura e temperatura de uma liga podem orientar sobre o material de fabricação mais adequado, dependendo do uso pretendido. Os usuários finais também podem basear os insights no diagrama de fases para escolher peças adequadas às condições de trabalho.
At BodaSomos altamente conceituados na China e em outros países por peças usinadas em CNC incomparáveis, considerando todos os aspectos, incluindo o diagrama de fases ferro-carbono. Continue lendo para obter informações sobre o fenômeno do diagrama de fases, que pode afetar a qualidade das peças usinadas.
O que é o diagrama de fases ferro-carbono?
Para responder à pergunta sobre o que é o diagrama de fases ferro-carbono, vamos primeiro estabelecer o que é um diagrama de fases, também conhecido como diagrama ferro-cementita. Este nome alternativo é inspirado na virtude de o carbono aqui ser principalmente carboneto de ferro (Fe₃C) ou cementita.
Um diagrama de fases é um conceito popular nos fundamentos da ciência dos materiais. É uma demonstração gráfica das fases de um material que são estáveis em determinados níveis de pressão e temperatura.
No caso do diagrama de fases ferro-carbono, o gráfico mostra as fases das ligas ferro-carbono à pressão atmosférica e a temperaturas variáveis. Ele mostra as mudanças de fase dessas ligas com base nas variações no teor de carbono e na temperatura.
O peso das concentrações de carbono está no eixo horizontal (eixo X), enquanto a temperatura está no eixo vertical (eixo Y).
Noções básicas do diagrama Fe-C
Este gráfico é essencial para metalúrgicos e engenheiros que desejam entender como o ferro fundido e o aço se comportam em diferentes estados térmicos.
Analisaremos a importância deste gráfico com mais detalhes na próxima seção.
Por que o diagrama Fe-C é importante?
Com o diagrama de fases ferro-carbono, prever as propriedades mecânicas e microestruturas de ligas ferro-carbono nunca foi tão fácil. Com uma ideia de como um determinado metal deve se comportar, podemos facilmente determinar a combinação de ligas e os métodos de tratamento térmico a serem utilizados e explore a usinagem CNC e suas vantagens para cada material.
Basicamente, o diagrama de fases ferro-carbono é considerado um indicador do estado das ligas à base de ferro, dependendo das condições ambientais. Podemos resumir a importância do diagrama da seguinte forma:
1. É uma ferramenta preditiva
Este diagrama de fases pode ser usado pelo fabricante e engenheiro como uma ferramenta para prever pontos de ebulição, pontos de fusão e outras mudanças de fase, que são fundamentais na fabricação de peças e processos industriais envolvendo o material.
2. Ajuda no processo de design de materiais
Ao considerar os aspectos da ciência dos materiais relacionados à usinagem CNC de ligas à base de ferro, o diagrama de fases ferro-carbono é um auxílio vital no projeto. O projetista pode considerar as propriedades previstas de um material e utilizá-las para projetar produtos usinados por CNC mais relevantes.
3. Ajuda a melhorar a eficiência e a segurança do processo
Compreender o diagrama de equilíbrio de ferro e carbono é fundamental para proteger a integridade de sistemas e processos industriais. Isso se aplica a áreas onde mudanças de fase podem desencadear resultados fatais e desastrosos.
Em resumo, o diagrama Fe-C é uma representação simplificada da interação complexa de ferro e carbono, o que é valioso para cientistas de materiais, designers, engenheiros e fabricantes.
Fases no diagrama de fases do ferro e carbono
O carbono tem um grande efeito no comportamento do ferro, especificamente em suas propriedades mecânicas. Isso ocorre porque o carbono altera sua estrutura cristalina. As propriedades que mudam com o aumento do carbono no diagrama de fases são fragilidade, dureza e resistência.
O carbono também afeta a microestrutura do aço. Ele altera algumas das propriedades do metal, incluindo ductilidade, dureza e resistência.
Características do diagrama Fe-C
O aumento no teor de carbono ocorre com a formação de diferentes microestruturas e fases, como austenita, cementita, ferrita e perlita.
A tabela abaixo resume os efeitos do carbono no ferro.
| Nome da fase | Estrutura de cristal | Tipo de fase | Particularidades |
| Ferrita (α) | BCC | ferro de baixo carbono | Muito macio e dúctil |
| Austenita (γ) | FCC | Sólido | Macio e dúctil. |
| Cementita (Fe₃C) | Composto intermetálico | Carboneto de ferro (Fe3C) | Muito quebradiço e duro |
| Ledeburita | Mistura eutética | Mistura de austenita e cementita | Extremamente duro, presente no ferro fundido |
| Perlita | Lamelar | Camadas alternadas de ferrite e cementite | Forte e resistente |
| Martensita | BCT | Austenita temperada | Extremamente quebradiço e duro devido ao resfriamento rápido |
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Qual é a fase mais dura no diagrama ferro-carbono?
A fase mais dura no diagrama de fases ferro-carbono é a cementita (Fe₃C). Seu outro nome é carboneto de ferro. Cementita deriva seu nome do latim "Caementum", que significa lascas de pedra.
A 6.67% C, esta fase é muito quebradiça e dura. Essas propriedades são fundamentais para o reforço de ferros fundidos e aços.
As diversas características e microestruturas dos aços são atribuídas ao carboneto de ferro. Suas fases coexistentes são a fase γ (γ + Fe3C) e a fase α (α + Fe3C) a 727 °C-1147 °C e abaixo de 727 °C, respectivamente.
Tipos de ligas no diagrama de fases ferro-carbono
Como já foi sugerido, existem vários ferros fundidos e aços nos diagramas de fase ferro-carbono, todos agrupados de acordo com sua porcentagem de carbono. O diagrama de fase captura como cada uma dessas ligas se apresenta em termos de propriedades de transformação e características de fase.
As ligas ferrosas no diagrama podem ser agrupadas como limites, ponto eutético e campos de fase.
1. Limites no diagrama de fases do ferro e carbono
Existem linhas ou limites importantes dentro do diagrama, designados como A1, A2, A3, A4 e ACM. Essas são as temperaturas de transformação de fase à medida que as ligas esfriam ou aquecem. Elas representam os pontos em que uma liga muda de fase.
Limites
A1: Limite superior do campo de fase ferrita/cementita
A2: Perda de magnetismo do ferro
A3: Limite entre austenita/ferrita e austenita γ.
A4: α se transforma em δ em alta temperatura
ACM: Limite entre o campo de austenita/cementita e austenita γ
2. O Ponto Eutético
O ponto eutético no diagrama de fases ferro-carbono é 1,147 °C e 4.3% de carbono. É o ponto de encontro de diferentes fases. No diagrama de fases atual, o ponto é definido pelo ponto de encontro de A1, A3 e ACM.
O ponto eutético
Este ponto é caracterizado pelo congelamento de uma fase líquida em duas fases sólidas, no que chamamos de reações eutéticas. A mistura específica aqui consiste em austenita e cementita.
3. Campos de Fase
Campos de fase são as áreas dentro dos limites, que mostram diferentes fases definidas por condições particulares. Os principais campos de fase no diagrama de equilíbrio de ferro e carbono são ligas hipoeutetóides, ligas eutetóides e ligas hipereutetóides.
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Tipos de Aço no Diagrama de Fases Ferro-Carbono
O diagrama de fases ferro-carbono ajuda a diferenciar os tipos de aço de acordo com seu teor de carbono. Nesta seção, identificamos os tipos de aço que podem ser referenciados no diagrama. Eles incluem aços de baixo carbono, aços de médio carbono e aços de alto carbono. Aços eutetoides também são abordados.
Primeiro, aqui está uma tabela abrangente mostrando os tipos de aço no diagrama de fase ferro-carbono em relação ao seu conteúdo aproximado de carbono e aplicações:
| Tipo de aço industrial | Teor de carbono | Classificação metalúrgica | Microestrutura | Aplicações comuns |
| Aço de baixo carbono | 0.05 - 0.30 | Hipoeutetóide | Ferrita mais um pouco de perlita | Painéis, estruturas e tubulações de veículos |
| Aço carbono médio | 0.30 - 0.60 | Hipoeutetóide | Ferrita e mais perlita | Eixos e eixos |
| Aço carbono de alta | ~ 0.76 | Eutectoide | Perlita – pura | Trilhos e molas resistentes |
| Aço carbono de alta | 0.76 - 1.00 | Hipereutetóide | Perlita mais Cementita (Fe₃C) | Peças resistentes ao desgaste, ferramentas de corte |
| Aço carbono de alta | 1.00 - 2.00 | Hipereutetóide | Perlita mais Cementita (Fe₃C) | este, |
Aços de alto carbono
Uma matriz de aço de alto carbono
Esta categoria de aço contém carbono entre 0.60% e 2.00%. É composto por aço muito forte e duro. Os materiais também podem ser resistentes à corrosão se o cromo não for um dos elementos de liga.
Aços de alto carbono são amplamente utilizados em matrizes e ferramentas de corte devido à sua dureza e resistência superiores.
Aços de Médio Carbono
Engrenagens de aço carbono médio
Em aços de médio carbono, o teor de carbono é menor, entre 0.30% e 0%. Isso torna os materiais bastante duros e fortes, com resistência à corrosão. Aços de médio carbono são ideais para peças de máquinas, como eixos, engrenagens e engrenagens.
Aços de Baixo Carbono
Parafusos de aço de baixo carbono
Aços de baixo carbono apresentam um teor de carbono ainda menor, entre 0.05% e 0.30%. Além de mais baratos, esses aços são relativamente maleáveis e dúcteis. Os materiais são perfeitos para fixadores e tubos, entre outras aplicações.
Aplicações no diagrama de fases ferro-carbono
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Para isso, controlamos com precisão e competência todos os fatores durante a usinagem CNC de ligas. Estamos sempre atentos ao cumprimento de normas que garantem durabilidade, resistência, dureza e resistência à corrosão previsíveis e confiáveis nas peças.
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Conclusão
O diagrama de fases ferro-carbono é, sem dúvida, uma ferramenta essencial na usinagem CNC e em outros processos de ligas à base de ferro. É uma solução da ciência dos materiais que orienta no tratamento térmico e na escolha das ligas a serem utilizadas em diferentes projetos. Esperamos que agora você esteja mais esclarecido sobre uma das principais abordagens utilizadas para identificar os melhores materiais para projetos.
À medida que o campo metalúrgico continua a avançar, podemos ter certeza de que engenheiros, metalúrgicos e pesquisadores continuarão a consultar o diagrama de fases ferro-carbono.