Ferrita, Perlita e Cementita: Propriedades Mecânicas por Teor de Carbono
Introdução
O comportamento mecânico de um aço é determinado pela proporção relativa de ferrita, perlita e cementita na sua microestrutura. Estas fases formam-se durante o arrefecimento a partir da austenite, de acordo com o diagrama Fe-Fe₃C. Para o soldador e o inspetor, conhecer as suas propriedades é essencial para compreender o que acontece na ZTA.
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Ferrita (α)
A ferrita é uma solução sólida de carbono no ferro CCC. É a fase mais macia e dúctil dos aços.
| Propriedade | Valor típico |
|---|---|
| Resistência à tração | ~300 MPa |
| Tensão de cedência | ~170 MPa |
| Alongamento | 40–50% |
| Dureza | 80–100 HB |
| Solubilidade de C | máx. 0,022% a 727°C |
| Magnética | Sim (abaixo de 768°C) |
Relevância na soldadura: Fase dominante nos aços de baixo carbono (0,05–0,25% C) usados em soldadura estrutural. Grãos de ferrita grosseiros na ZTA reduzem a tenacidade.
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Perlita
A perlita é um constituinte formado pela decomposição da austenite eutetóide (0,77% C) a 727°C. Consiste em lamelas alternadas de ferrita (88,5%) e cementita (11,5%).
| Propriedade | Perlita fina | Perlita grossa |
|---|---|---|
| Resistência à tração | 700–1.000 MPa | 500–700 MPa |
| Tensão de cedência | 400–600 MPa | 300–450 MPa |
| Alongamento | 10–20% | 20–30% |
| Dureza | 250–350 HB | 180–250 HB |
Espaçamento lamelar: Quanto mais rápido o arrefecimento, mais fino o espaçamento e maior a resistência.
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Cementita (Fe₃C)
Carboneto de ferro com 6,67% C — a fase mais dura e frágil do sistema Fe-C.
| Propriedade | Valor |
|---|---|
| Dureza | ~800–900 HV (≈ 65 HRC) |
| Alongamento | 0% |
| Temperatura de fusão | 1.227°C |
Distribuição: Nos aços hipereutetóides (> 0,77% C), forma-se rede contínua de cementita nos limites de grão — muito prejudicial à tenacidade.
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Propriedades Mecânicas por % Carbono
| % C | Microestrutura | Rm (MPa) | Re (MPa) | A (%) | HB |
|---|---|---|---|---|---|
| 0,10 | Ferrita + perlita (13% P) | 370 | 250 | 38 | 110 |
| 0,20 | Ferrita + perlita (26% P) | 440 | 345 | 36 | 131 |
| 0,40 | Ferrita + perlita (52% P) | 590 | 375 | 28 | 170 |
| 0,60 | Ferrita + perlita (78% P) | 775 | 420 | 18 | 229 |
| 0,77 | 100% Perlita | 1.010 | 525 | 11 | 293 |
| 0,80 | Perlita + cementita (rede) | ~1.050 | — | ~8 | ~300 |
*Fonte: Chiaverini, V. — Tecnologia Mecânica, Vol. 1, 2ª ed.*
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Impacto na ZTA
| Taxa de arrefecimento | Microestrutura | Propriedades |
|---|---|---|
| Muito lenta (forno) | Ferrita + Perlita grossa | Macia, dúctil |
| Lenta (ar) | Ferrita + Perlita fina | Resistente |
| Rápida (têmpera) | Martensite | Dura, frágil |
| Intermédia | Bainite | Resistência + tenacidade |
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