Metalurgia: Ferros Fundidos e Aços

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Aço (definição)

Liga metálica ferro-carbono com teor de carbono entre 0,008% e 2,11% em peso, amplamente deformável plasticamente.

Ferro fundido (definição)

Liga ferro-carbono com teor de carbono tipicamente entre 2,11% e cerca de 4,5% a 6,67% em peso, caracterizada por alta fluidez e baixa ductilidade.

Teor eutético Fe-C

Concentração de 4,3% de carbono a 1148 °C, onde o líquido solidifica diretamente na mistura ledeburita (austenita + cementita).

Teor eutetóide Fe-C

Concentração de 0,77% (frequentemente aproximada para 0,8%) de carbono a 727 °C, na qual a austenita se decompõe em perlita.

Ferrita (Fase Alfa)

Solução sólida intersticial de carbono em ferro CCC. Solubilidade máxima de carbono de apenas 0,022% a 727 °C, sendo macia e magnética.

Austenita (Fase Gama)

Solução sólida intersticial de carbono em ferro CFC. Solubilidade máxima de carbono de 2,11% a 1148 °C, sendo não magnética e dúctil.

Cementita (Fe3C)

Composto intermetálico metaestável contendo 6,67% de carbono em peso. Extremamente dura, frágil e com estrutura cristalina ortorrômbica.

Perlita

Microconstituinte bifásico lamelar formado por 88% de ferrita alfa e 12% de cementita a partir da transformação eutetóide.

Aço hipoeutetóide

Aço com teor de carbono inferior a 0,77% C, cuja microestrutura à temperatura ambiente é composta por ferrita pró-eutetóide e perlita.

Aço hipereutetóide

Aço com carbono entre 0,77% e 2,11% C, cuja microestrutura é composta por perlita envolta por cementita pró-eutetóide nos contornos de grão.

Ferro fundido cinzento

Contém 2,5% a 4,0% C e 1,0% a 3,0% Si. O carbono precipita como veios ou lamelas de grafita livre, conferindo boa usinabilidade e amortecimento.

Ferro fundido branco

Contém 1,8% a 3,6% C e baixo silício (<1,0% Si). Todo o carbono precipita como cementita metaestável, resultando em altíssima dureza e resistência ao desgaste.

Ferro fundido nodular (dúctil)

Obtido pela adição de magnésio ou cério ao metal líquido, fazendo a grafita crescer em esferóides ou nódulos, garantindo alta ductilidade e tenacidade.

Ferro fundido maleável

Produzido por tratamento térmico de maleabilização do ferro fundido branco, transformando cementita em nódulos irregulares de grafita (grafita de recozimento).

Elemento grafitizante

Elemento de liga como o silício (Si), níquel (Ni) ou alumínio (Al) que desestabiliza a cementita e promove a precipitação de grafita pura.

Elemento carbonitrificante/antigrafitizante

Elemento como cromo (Cr), molibdênio (Mo) ou manganês (Mn) que estabiliza a cementita e retarda a formação de grafita livre.

Super-resfriamento térmico

Diferença entre a temperatura de equilíbrio de fusão e a temperatura real em que a nucleação da fase sólida ocorre no líquido.

Nucleação homogênea

Formação de núcleos sólidos no interior do líquido puro sem auxílio de superfícies externas, exigindo alto super-resfriamento.

Nucleação heterogênea

Formação de núcleos sólidos sobre impurezas, paredes de moldes ou inoculantes, exigindo menor energia de ativação e menor super-resfriamento.

Raio crítico de nucleação (r*)

Raio no qual a energia livre do embrião atinge o máximo; embriões maiores que r* crescem espontaneamente como núcleos estáveis.

Crescimento dendrítico

Mecanismo de solidificação em formato de árvore com ramificações primárias e secundárias, comum em ligas com super-resfriamento constitucional.

Super-resfriamento constitucional

Super-resfriamento decorrente do acúmulo de soluto rejeitado na frente de solidificação líquida, desestabilizando interfaces planas.

Coeficiente de partição (k0)

Razão entre a concentração de soluto no sólido (Cs) e a concentração de soluto no líquido (Cl) em equilíbrio durante a solidificação.

Microssegregação (segregação dendrítica)

Heterogeneidade na composição química que ocorre em escala microscópica entre os braços dendríticos devido à difusão lenta no sólido.

Macrossegregação

Variação na composição química em escala macroscópica ao longo de todo o lingote ou peça fundida, induzida por convecção e gravidade.

Zona coquilhada (chill zone)

Camada externa de grãos finos e equiaxiais formada pelo rápido resfriamento em contato direto com a parede fria do molde.

Zona colunar

Região intermediária de grãos alongados e paralelos que crescem na direção oposta ao fluxo térmico preferencial do molde.

Zona equiaxial central

Região no centro do lingote onde os grãos são relativamente grandes e isotrópicos devido à perda do gradiente direcional de calor.

Rechupe

Cavidade de contração volumétrica formada no topo de peças fundidas ou lingotes provocada pela contração líquida e de solidificação.

Massalote (alimentador)

Reservatório de metal fundido projetado para solidificar por último e fornecer líquido para compensar a contração volumétrica da peça.

Regra de Chvorinov

Relação que indica que o tempo total de solidificação é proporcional ao quadrado da razão entre o volume e a área superficial da peça fundida.

Inoculação no ferro fundido

Adição de ferrosilício antes do vazamento para introduzir núcleos heterogêneos finos que favorecem a formação de grafita e evitam coquilhamento.

Ferrita Delta

Fase sólida CCC de alta temperatura estável entre 1394 °C e 1538 °C no sistema Fe-C, com solubilidade máxima de carbono de 0,09%.

Reação peritética Fe-C

Reação isotérmica a 1495 °C onde líquido com 0,53% C reage com ferrita delta (0,09% C) para formar austenita (0,17% C).

Ledeburita

Mistura eutética formada a 1148 °C com 4,3% C, composta inicialmente por austenita saturada e cementita.

Martensita

Fase metaestável supersaturada com rede tetragonal de corpo centrado (TCC), obtida por transformação adifusional em resfriamento rápido.

Bainita

Microconstituinte formado em resfriamento moderado composto por placas finas de ferrita e partículas de cementita muito dispersas.

Curvas TTT

Diagramas de Tempo-Temperatura-Transformação que descrevem a cinética de decomposição isotérmica da austenita em fases estáveis e metaestáveis.

Curvas CCT

Diagramas de Transformação em Resfriamento Contínuo que determinam as fases formadas a taxas reais e constantes de resfriamento do aço.

Temperabilidade

Capacidade de um aço de formar martensita a determinada profundidade sob condições específicas de resfriamento brusco (têmpera).

Ensaio Jominy

Ensaio padronizado para avaliar a temperabilidade de um aço através do resfriamento com jato de água em uma das extremidades de uma barra cilíndrica.

Aço de baixo carbono

Aço estrutural contendo menos de 0,25% C em peso; possui alta ductilidade, excelente soldabilidade e baixa temperabilidade.

Aço de médio carbono

Aço contendo entre 0,25% e 0,60% C; apresenta equilíbrio entre resistência mecânica e ductilidade, sendo comumente beneficiado por têmpera e revenimento.

Aço de alto carbono

Aço contendo entre 0,60% e 2,11% C; possui altíssima dureza e resistência ao desgaste após têmpera, porém ductilidade e tenacidade muito reduzidas.

Aço inoxidável austenítico

Contém tipicamente 18% Cr e 8% Ni (série 300); apresenta estrutura CFC à temperatura ambiente, sendo não magnético e altamente resistente à corrosão.

Aço inoxidável ferrítico

Contém entre 11% e 27% Cr com teor quase nulo de Ni (série 400); possui estrutura CCC, comportamento ferromagnético e não aceita têmpera.

Aço inoxidável martensítico

Contém entre 11% e 17% Cr e maior teor de carbono (0,1% a 1,0%); temperável, magnético e utilizado em cutelaria e instrumentos cirúrgicos.

Modificação com magnésio (Mg)

Adição de 0,04% a 0,06% de magnésio residual ao banho líquido para promover a formação esferoidal da grafita em ferros nodulares.

Ferro fundido vermicular (compactado)

Apresenta grafita com morfologia vermicular intermediária entre a lamelar e a nodular, unindo condutividade térmica e boa resistência mecânica.

Solidificação monotética

Transformação em que uma fase líquida se decompõe durante o resfriamento em uma fase sólida e uma nova fase líquida de composição diferente.

Tensão de contração térmica

Tensões residuais internas geradas pela contração não homogênea do metal durante o resfriamento no estado sólido após a solidificação completa.

Sensitização em aços inoxidáveis

Precipitação de carbetos de cromo (Cr23C6) nos contornos de grão entre 450 °C e 850 °C, empobrecendo a matriz em cromo e causando corrosão intergranular.