tratamento termico

Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns - Prof. Hubertus ColpaertResumo - Capitulo IV

Tratamentos Térmicos dos Aços Comuns

1. Noções Preliminares

Antes abordar o tema tratamentos térmicos temos que falar de dois fenômenos que ocorrem à temperaturas elevadas: o crescimentos dos grãos e a recristalização dos grãos deformados por um trabalho mecânico.

Crescimento dos grãos

Quando o aço é aquecido à temperatura acima de 723º C, toda a perlita presente se transforma em pequenos grãos de austenita, no caso dos hipoeutetóides, enquanto a temperatura sobe a ferrita circunvizinha vai se transformando em austenita, no caso dos hipereutetóides a austenita presente vai absorver toda a cementita. Os grãos de austenita crescem as custas dos grãos mais estáveis. Quanto maior a temperatura ou mais longo o tempo de aquecimento, maior o tamanho dos grãos de austenita, as dimensões e disposições dos aços depois de resfriado dependem em parte do tamanho dos grãos de austenita que lhe deram origem. A granulação grosseira torna o material quebradiço, por ter uma maior concentração de impurezas em seus contornos, devido à diminuição de sua área total. As fissuras se propagam melhor entre os grãos maiores por terem planos de clivagem mais extensos.

Superaquecimento

Os aços que receberam temperaturas excessivamente altas ou demoradas são chamados de “Superaquecidos”. Um aço que contém uma granulação grosseira torna-se menos dúctil, isso pode ser corrigido com um tratamento térmico adequado.

Queima

Às vezes quando o material é superaquecido, a temperaturas vizinhas a linha sólidos, o aço que está quebradiço, apresenta oxidação nos contornos dos grãos, chama-se o isso de “queimado”, e nesse caso sua regeneração não é mais possível.

Recristalização dos grãos deformados a quente

O trabalho a quente é executado acima da zona crítica, nessa temperatura o aço é mais mole do que a temperatura ambiente, por isso exige um menor esforço para ser deformado. Conforme o aço é deformado, ele vai se recristalizando de forma que os grãos não se deformam, formando novos pequenos grãos. Com isso o material pode ser deformado sem perder suas propriedades plásticas. O aço deformado acima da zona crítica recristaliza-se rapidamente, mas à temperatura ambiente não.

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Deformação a frio. Encruamento Recristalização da ferrita.

O trabalho a frio é executado abaixo da temperatura da zona crítica, os grãos de metal formados nessas condições, permanecem deformados e diz-se que o material está encruado. Quando essa deformação é superior à 15 ou 20%, deixa no interior do material vestígios típicos visíveis ao microscópio, porque os grão ficam alongados paralelamente ao esforço de tração ou perpendicularmente ao de compressão. O encruamento altera profundamente quase todas as características do material: aumenta a resistência à tração, o limite de escoamento, a dureza, a fragilidade, resistência elétrica, etc., e diminui o alongamento, a estricção, a permeabilidade magnética, a resistência à corrosão, a densidade, etc.

Há casos que se encruam o material propositalmente para se tirar proveito de certas qualidades que s adquire.

Transformações estruturais na recristalização e no crescimento grãos.

Analisando os fenômenos recristalização e de crescimento de grãos, do ponto de vista estrutural, veremos que se trata de duas etapas de um mesmo fenômeno, que é o da transformação de cristais deformados e relativamente instáveis em cristais mais perfeitos e relativamente mais estáveis.

O processo de recristalização exige o aparecimento de núcleos, ou pequenos agrupamentos atômicos mais estáveis, que cresça recebendo átomos dos cristais mais deformados de sua vizinhança, até se transformarem em grãos microscopicamente visíveis.

No processo de crescimento dos grãos não há necessidade do aparecimento de núcleos, pois os grãos cristalinamente mais perfeitos atuam como núcleos para a recristalização dos grãos vizinhos menos estáveis.

O aparecimento espontâneo de núcleos de recristalização ocorre nas regiões mais instáveis da estrutura cristalina, por esse motivo quanto maior for o encruamento do material, tanto maior será sua tendência a recristalizar.

Pormenores sobre a zona crítica

As linhas que delimitam a zona critica dos aços, recebem na técnica metalográfica, as seguintes denominações, A1, a horizontal de 723º C; A3, a linha GE’ e Acm, a linha E’S.

2. Noções Elementares Sobre Tratamentos Térmicos

Os tratamentos térmicos consistem, essencialmente em aquecer o material a uma certa temperatura e esfriá-lo em determinadas condições.Esses tratamentos podem ser: recozimento tempera e revenido.

O tratamento consiste no aquecimento do aço até acima da zona critica, seguido de um esfriamento lento (dentro do forno, por exemplo). Habitualmente se visa com esse tratamento restituir ao material suas propriedades normais que foram alteradas por um tratamento mecânico ou térmico anterior, ou ainda refinar texturas brutas de fusão. De submetido a um campo magnético. Por isso são de aço temperado os ímans permanentes, como os dos magnetos. as agulhas das bússolas etc.

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O revenido consiste em reaquecer a peça temperada até uma temperatura conveniente, abaixo da zona critica, e esfria-la praticado com o intuito de corrigir certos efeitos da tempera, q manifesta uma dureza, ou fragilidade, excessivas ou quando t tensões internas perigosas. Com o revenido diminue-se progressivamente a dureza, o limite de resistência o limite de escoamento, mas aumentam o alongamento, a estricção e a resistência ao choque as figs. 372 ilustram bem as definições dadas.

3. RECOZIMENTO

O recozimento apaga, por assim dizer, as texturas tratamento térmicos ou mecânicos anteriormente sofridos pelo material porque, ao passar pela zona crítica, este se recristaliza sempre sob a forma de grãos normais de austenita, qualquer que seja a textura que apresente antes de atingir a referida zona, no aquecimento (fig. 374). Portanto, com esse tratamento, os aços readquirem suas propriedades e texturas normais, tais como foram estudadas no capítulo anterior.Para o recozimento ser bem feito torna-se necessário levar em conta os fatores seguintes:

a) Aquecimento. E° preciso que as peças sejam aquecidas quanto possíveis, uniformemente e que, acima da zona critica não fiquem partes da peça a temperaturas muito mais altas que outras. O aquecimento ou esfriamento desigual pode entortar as peças.

b) Temperatura de recozimento. Para cada teor de carbono existe uma temperatura mais adequada (veja a fig. 375), que é da ordem de 50°C acima do limite superior da zona crítica.

c) Tempo de permanência a essa temperatura. Convém esperar pelo menos alguns minutos no caso de peças pequenas ou delgadas até que sua textura tenha passado integralmente a uma solução sólida homogênea. Nas peças maiores, mais grossas. Deve-se esperar ainda que a parte central atinja a temperatura desejada. Recomenda-se, para isso. 20 minutos de permanência à temperatura para cada centímetro de espessura da peça.

d) Atmosfera do forno. Se a atmosfera for oxidante, isto tendência para formar muita casca de oxido nas peças cura-se diminuir o acesso de ar. A mesma providência « põe no caso de peças grandes que precisam permanece tempo no forno, ou de peças cuja descarbonetação superficial possa ser um inconveniente. A descarbonetação prejudica seriamente nos casos de arestas de corte, de estampes, molas, engrenagens, pois as partes que i menor teor de carbono endurecem menos pela tempera.

e) Esfriamento lento. Este se consegue deixando as peças peque nas esfriar no forno. As peças grandes podem ser i na cal em pó, areia bem seca, cinza, ou qualquer meio assegure um esfriamento lento, desde o momento em que saem do forno. Esse esfriamento deve ser tanto mais lento quanto maior for o teor de carbono. Os aços de baixo teor até cerca de 0,3% podem ser esfriados ao ar tranqüilo; os de teares mais elevados devem ser esfriados no forno, especialmente se forem peças pequenas. Peças volumosas e compactas, embora com teor alto em carbono, podem muitas vezes ficar expostas ao ar tranqüilo sem inconvenientes, em virtude da lentidão com que sua temperatura cai.

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Normalização

O recozimento com esfriamento ao ar denomina-se normalização e os aços assim tratados dizem-se normalizados. Com a normalização obtém-se comumente uma granulação mais fina do que com o esfriamento no forno.

No estado normalizado, a dureza, bem como os limites de escoamento e resistência são um pouco mais elevados do que no estado plenamente recozido, ao passo que o alongamento e a estricçâo sofrem ligeira diminuição.

A causa dessas alterações reside no fato de não se processar completamente a separação da ferrita. que deveria separar-se na zona crítica. A austenita transforma-se, então, em uma perlita lamelar muito fina, que contém mais ferrita do que a proporção normal.

A avaliação do teor de carbono pelo aspecto micrográfico torna-se neste caso impraticável, porque a textura se assemelha à de um aço com teor muito mais elevado A fig. 439 mostra a textura de um aço normalizado (trilho Iam nado. esfriado ao ar) com 0,45% de carbono, que aparente ser de teor de carbono mais alto. Embora a percentagem de manganês 10.77% tenha também contribuído para essa textura, esta decorreu mais da circunstância do aço ter sido esfriado ao ar.

Da mesma forma, certas propriedades mecânicas do aço citado, como por a resistência à tração (82 kg mm3), o alongamento em 10 diâmetros (13), a dureza Brinell (225) diferem dos valores habitualmente encontrados nos ensaios dos aços recozidos, com igual teor de carbono (fig. 345).

O efeito da normalização ê tanto mais intenso, quanto maior o teor de carbono e o de manganês e quanto menor a espessura da peça.

Os aços laminados, com tendência para formar "Ghost-Lines", apresentam apenas um esboço desta textura, quando normalizados como se vê nas figs. 376 a 378.

Convém chamar a atenção para certa semelhança dessas texturas com as de aços-liga no estado recozido, contendo cromo, níquel e possivelmente outros elementos (fig. 379). Em ambos os casos nota-se menor atacabilidade pelo reativo, segundo certas estrias. No primeiro caso é o fósforo e, no segundo, são os elementos de liga que não se difundem uniformemente, que aumentam a resistência ao ataque micrográfico.

Na fig. 375 a faixa correspondente à normalização está acima da faixa adequada ao recozimento ou à tempera, porque com aquele tratamento se busca maior homogeneização da austenita, para que a nova granulação seja mais uniforme.

O afastamento progressivo entro as duas faixas, para os aços hiper-eutetóides, se explica pelo fato de o recozimento, que visa amolecer o aço tornando lamelar a perlita. já alcançar seu desideratum ao atingir 750°. Um aquecimento a temperaturas mais elevadas, promoveria a difusão da cementita na austenita e, durante o esfriamento lento, essa cementita se precipitaria de novo, não se alterando substancialmente o resultado final. O mesmo se pode dizer com relação a tempera cujo escopo é endurecer o aço. A tempera realizada de pouco acima de 750°C produz uma dureza tão alta quanto a resultante de temperas de temperaturas maiores, sem criar tensões internas intensas, devido ao excesso de carbono.

No caso, porém, da normalização, se busca, em geral, obter uma granulação mais fina. Então, é preciso ultrapassar a zona a que seja absorvida completamente a rede de cementita sub-seqüente esfriamento ao ar, se forme, se possível, não uma r nova, mas uma

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disperção fina de carbonetos, o que usualmente consegue uma simples normalização. Normalmente faz-se em seguida um recozimento a 700° para esferoidizar a cementita.

Por isso, quando se procura fazer com que esses aços adquiram textura mais fina, no estado recozido ou temperado, precede-se os tratamentos respectivos, de uma normalização. Convém frisar que hipertetóides só podem ser utilizados recozidos ou temperados, quando sua cementita está esferoidizada (fig. 472) e não nos contornos dos grãos (fig. 289).

Alguns dos inúmeros casos em que o recozimento se impõe

Uma peça de aço fundido, tal como se solidificou, apresenta, em geral, uma granulação grosseira e uma distribuição heterogênea seus elementos constitutivos. Diz-se, então, que o aço ainda ata estado bruto de fusão, figs. 313, 380, 382 e 384. Nessas condições. » aço não resiste bem ao choque e às vezes não pode ser vergado.

Para modificar a textura do aço recorre-se ao recozimento. Esse tratamento proporcionará pela recristalização uma granulação homogênea e mais fina, fig. 383, o que traz sensível melhoria às propriedades da peça. As figs, 381 a 383 ilustram claramente essas asserções.

No caso de laminação a frio ou de estiramento o metal deve passar numerosas vezes pelos laminadores ou pelas B é necessário, após um certo número de passagens, submeter o m*to ao recozimento antes de prosseguir no trabalho. E' que após uma • de deformações a frio, o material fica de tal modo duro e quebradiço, que novas deformações poderiam provocar a sua ruptura.

Contudo, os aços extra-doces (que são constituídos que exclusivamente de ferrita), quando encruados, já são suscetíveis de m recristalizarem logo acima de 550"C, não sendo, neste caso particular, necessário ultrapassar a zona crítica para que readquiram as propriedades que perderam em conseqüência do encruamento causado por um trabalho a frio.

Imperfeições e descuidos

a) O aquecimento ou esfriamento desigual das peças pode entortá-las ou trincá-las.

b) Aquecimentos com a intenção de recozer o aço serão ineficientes se a temperatura não atingir a faixa recomendada no gráfico da fig. 375, exceto no caso particular do aço encruado, cuja ductilidade pode ser restaurada com um aquecimento a 600°C.

c) Aquecimentos até dentro da zona crítica conduzem a texturas em que a perlita toma um aspecto característico com aparência de esboroamento, figs. 385 a 389.

d) Temperaturas excessivas ou longa permanência a altas temperaturas produzem granulação grosseira (superquecimento) cujos inconvenientes já foram apontados. O aço superaquecimento pode ser corrigido por meio de um ou mais recozimentos cuidadosamente feitos. Já o mesmo não se pode realizar quanto a temperatura atingiu as proximidades do início de fusão meio oxidante. O superaquecimento é então acompanhado fenômeno conhecido por queima e o aço não é mais regenerável.

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e) Aquecimento em meio oxidante promove a descarbonetação superficial principalmente acima de 700°. O fenômeno pronunciado nos aços ricos em carbono. Há casos em que a descarbonetação superficial não tem importância, quer porque a diminuição da dureza na superfície não afeta-o porque a peça ainda vai sofrer desbaste de sua supercaso contrário, a descarbonetação deve ser cuidados evitada por meio de um revestimento (pintura com apropriada) ou então pela caiação de uma atmosfera, se não levemente redutora, no interior do forno de atmosfera controlada), ou ainda fazendo o aquecimento pela imersão da peça em banho de sais fundidos, já à ruptura desejada, que têm a vantagem de aquecê-la n fortemente e fora do contacto do ar.

As propriedades mecânicas dos aços recozidos são as que no gráfico da fig. 345 do capitulo "Micrografia", e os aspecto gráficos, entre outros, os das figs. 280 a 293 daquele mesmo capitulo.

4. TEMPERA

Até aqui consideramos o esfriamento através da zona critica dando-se lentamente. Nestas condições os fenômenos que aí ocorrem ti tempo suficiente para se realizarem e, como já foi explicado:

1.° — Separação da ferrita, ou da cementita, durante a travesda zona crítica.

2.° — Transformação da austenita remanescente, com Oj8% decarbono, em perlita lamelar, ao ser atingida a Unha inímo:da zona critica.

Essa transformação em perlita é conseqüência da ocorrência simultânea do fenômeno de separação de ferrita, numa austenita com 0,8', de carbono, com o de precipitação de cementita, na mesma austenita, devido à supersaturação em carbono. Se apressar o resfriamento verificar-se-á:

a) que a quantidade de ferrita, ou de cementita, separada inicialmente, diminui com o aumento da velocidade de esfriamento, até que, acima de um certo limite, se anula, de modo que o aço atinge a linha inferior da zona crítica (Ar,), ainda inteiramente austenítico.

b) que a austenita abaixo de Ar, se transforma em perlita de lamelas cada vez mais finas e mais próximas, quanto mais rápido for o resfriamento, chegando a ponto das lamelas se tornarem indiscerníveis ao microscópio comum.

c) que para velocidades de esfriamento ainda maiores, não ocorre transformação em perlita e em temperaturas mais baixas se forma um constituinte denominado "martensita" (fig. 422), que pode ser considerado como uma solução sólida supersaturada a metaestável de carbono em ferro alfa, que, devido a essa supersaturação. se apresenta com uma estrutura tetragonal de corpo centrado'" e não cúbica de corpo centrado, como rimos na página 122.

Observa-se ainda que a transformação da austenita em martensita é brusca e ocorre por escorregamentos localizados, sem extensa migração de átomos, como nas transformações que dependem de difusão, com mudanças locais de composição química. Esse tipo de transformação no estado sólido recebe o nome de reação de cisalhamento, ou reação martensítica difusão, a composição da martensita é idêntica à da austenita que lhe deu origem.

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A martensita tem propriedades inteiramente diferentes das dos constituintes já estudados e seu aspecto e características serão discutidos mais adiante.Pelo que foi exposto, vê-se que a austenita ao se transformar abaixo da zona critica poderá dar diferentes microestruturas, dependendo das temperaturas em que essas transformações ocorrerem.

Varemos a seguir como tais transformações se processam.

Diagramas de transformação isotérmica

Tomando-se um aço eutetóide aquecido acima de 750°, de modo a se ter somente austenita. podemos observar que se esse material for resfriado bruscamente até uma temperatura inferior a 723°. Suponhamos 600°C, ele levará um certo tempo para iniciar a sua transformação em perlita e depois de iniciada, ela só se completará após um certo intervalo de tempo.

A verificação desse fenômeno pode ser feita por método dilatométrico, ou por um processo metalográfico. Este consistiria em resfriar rapidamente, para 600°, vários corpos de prova do mesmo material, partindo-se da mesma temperatura de austenitização, e em seguida, após intervalos de tempo determinados, temperar um por um os corpos de prova, o intervalo de tempo no qual o corpo de prova foi mantida. a 600° não foi suficiente para o inicio da transformação da martensita em perlita, aquela se transformará totalmente em martensita. no segundo resfriamento brusco. No caso contrário o material apresentara uma certa área transformada isotèrmicamente em perlita e o restante dará martensita no resfriamento subseqüente.

Pelo exame dessa série de corpos de prova pode-se aço evolução da transformação, o que permitirá traçar um gráfico dando a porcentagem de produtos de transformação isoterma o tempo de permanência na temperatura escolhida, como figura 390.

Afim de tornar possível o registro simultâneo de tempo da ordem de segundos e de dias, sempre se emprega para o do tempo uma escala logarítmica.Esse gráfico nos fornece o tempo para o inicio e o do fim da transformação (pontos "i" e "f") da austenita na temperatura escolhida.

Repetindo-se a mesma experiência com o mesmo material, austenitizado na mesma temperatura, mas para diferentes temperaturas de transformação, obter-se-á resultados semelhantes, que poderão ser registrados num gráfico temperatura vs. tempo, resultando o diagrama da fig. 391.

Esse diagrama de transformação isotérmica recebe a denominação de diagrama IT (isothermal transformation), ou diagrama TTT (transformação tempo-temperatura), ou curvas em C, ou em S.

O exame metalográfico dos produtos obtidos nessas transformações isotérmicas mostra tratar-se de produtos resultantes de transformações por nucleação e crescimento, portanto dependentes da difusão de átomos, principalmente dos de carbono, que, devido às suas dimensões, são os de maior mobilidade.

Os produtos que se formam em temperaturas superiores à do cotovelo da curva em C são produtos lamelares e que já conhecemos pela denominação de perlita, e os que se formam abaixo desse cotovelo são produtos de aspecto áticular e são denominados bainitas. Tanto a perlita como as bainitas são agregadas de ferrita e cementita e por isso, nos diagramas TTT, a região situada à direita das curvas é identificada por F+ C (ferríta + carboneto).

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A linha Ae,, assintótica à curva de início de transformação, delimita os campos de austenita estável (superior) e austenita instável (inferior não coincide com as linhas Ac, ou Ar,, de transformação em aquecimento, ou resfriamento, porque representa ama temperatura na qual nunca se transforma.

A região compreendida entre as curva de inicio e de fim de transformação indica a zona onde se processam isotérmicamente as transformações.

A fig. 392 mostra os níveis de temperatura em que os diferentes microconstituintes se formam no aço eutetóide.

Vê-se nessa figura que é possível correlacionar-se a dureza com a temperatura de transformação, desde que se fixe a composição do material e a temperatura de austenitização.

Formação da martensita

Na determinação dos diagramas TTT observa-se que abaixo de uma certa temperatura começam a aparecer agulhas de martensita nos grãos de austenita, logo que se atinge a temperatura de transformação e em quantidade que depende somente da temperatura atingida e não do tempo.Pode-se portanto determinar para cada aço a temperatura do inicio da formação da martensita e as correspondentes às diversas porcentagens desse microconstitulnte, como se vê no diagrama da fig. 394.

Nos atlas de curvas TTT a temperatura do início em martensita é designada por Ms e a do fim de transformação por 1B.

Como já vimos, a formação da martensita não produz moldem locais de composição e se processa por um mecanismo de cisalhamento com escorregamentos de planos cristalinos. Essa transf oi macio «e propaga através do grão de austenita com uma velocidade da ordem * 1000 m/s, isto é, cerca de 1/3 da velocidade de propagação de uma elástica no material. Não há portanto um fenômeno crescimento envolvendo uma extensa migração de átomos.

O processo parece decorrer da energia elástica resultante saturação provocada pelo resfriamento, que se dissipa localmente Deves cisalhamentos, com uma estabilização do resto da austenita do frio Somente um novo abaixamento de temperatura é que ativará o pi de formação de novas agulhas de martensita nas áreas contorno dos grãos.

Vê-se pelo diagrama da fig. 394 que a reação no Inicio, acelera a transformação em bainita.

Diagramas de transformação em esfriamento contínuo

Os tratamentos térmicos comuns não são tratamentos isotermieae. pois envolvem um esfriamento continuo, com maior ou menor velocidade, desde a temperatura de austenitização, até à temperatura ambiente. Por esse motivo os constituintes resultantes de transformações que requeiram tempo, isto é, difusão, serão formados em faixas de temperaturas, e portanto, serão misturas de constituintes formados em diferentes temperaturas. Só nos casos extremos de velocidades de esfriamento muito altas, ou relativamente baixas, é que se obtém constituintes bem definidos, como a martensita, ou a perlita grosseira, porque as curvas de esfriamento atravessarão somente as zonas de formação desses constituintes no diagrama TTT.

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Técnicas semelhantes às utilizadas nos diagramas de transformação isotérmica poderão ser empregadas para determinação de diagramas de transformação em esfriamento contínuo.

No caso do emprego do método metalográfico, séries de corpos de prova são resfriados com velocidade controlada e ao se atingir determinadas temperaturas, amostras são temperadas para bloquear o processo de transformação.

A natureza e a quantidade dos constituintes formados até se atingir a temperatura de tempera e a quantidade de martensita decorrente da austenita não transformada, permitirá, para diversas curvas de resfriamento, traçar diagramas do tipo do apresentado pela fig. 395.

Esse diagrama mostra que certas velocidades de esfriamento delimitam campos de ocorrência simultânea de vários microconstituintes e também, que tais curvas de velocidades de esfriamento constantes, podem ser associadas aos valores da dureza dos produtos obtidos.

Comparando-se o diagrama de transformação em esfriamento continuo com o dia-grama TTT. do mesmo material (fig. 396), vê-se que as curvas de início de transformação do primeiro se localizam em temperaturas mais baixas e à direita das curvas em C, de modo que, exceto para os tratamentos térmicos feitos com velocidades de esfriamento intermediárias, as curvas em C, apesar de serem curvas de transformação isotérmica, nos permitem predizer o comportamento relativo dos diferentes aços em face dos tratamentos térmicos a que venham a ser submetidos.

Por exemplo, num diagrama TTT, o afastamento entre as linas Ae, e Ae,, no caso de um aço hipoeutetóide. é proporcional à tendência para a formação de ferrita livre numa tempera branda. O afastamento do cotovelo da curva de início de transformação ao eixo das ordenadas, é proporcional à temperabilidãde do material, isto é, quanto maior for esse afastamento menor será a velocidade de esfriamento necessária para a formação de martensita. A largura do campo de separação de ferrita proeutetóide é proporcional à tendência de separação dessa fase nos resfriamentos feitos com velocidade moderada. visando obter perlitas finas. A posição da curva de inicio de í da bainita (fig. 400 e 393) mostra a possibilidade ou não da desse constituinte em resfriamento contínuo.

As curvas de transformação isotérmica descrevem como a antenita se transforma em diferentes níveis de temperatura, dando produtos homogêneos, de constituição e propriedades bem definidas.

Sua determinação é feita de modo a eliminar a variável de esfriamento" que é função do meio de resfriamento c das soes e formas das peças. Por esse motivo elas descrevem caracterábeas de transformação intrínsecas ao material e não as determinada» por uma peça desse material.

Nas aplicações práticas esse pormenor não dificulta o pró visto que, os tratamentos térmicos nunca objetivam a produzir misturas de microconstituintes com características muito Por exemplo, ou se trata um aço para se obter uma textura, ou perlita, mas nunca para se obter uma textura como a fig. 425, com ferrita, perlita, bainita e martensita, pois s impossível predizer qual seria o comportamento mecânico d terial desse tipo.

Influencia do tamanho de grão austenítico nas curvas TTT

Como já vimos, todos os produtos de transformações isotérmicas (ferrita, perlita, bainita) são produtos de reações de nucle&çãi cimento. Por outro lado sabemos que o aparecimento de novas fases ocorre preferencialmente nos contornos dos grãos, tanto, como a diminuição do tamanho de grão aumenta a área total dos contornos, o material com

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granulação fina terá tendência a apresentar maior velocidade de nucleação. Se considerarmos dois aços de idêntica composição, mas que defiram no tamanho dos grãos, veremos que a velocidade da transformação isotérmica será maior no de granulação fina do que no de granulação grosseira, pelo fato do primeiro possuir maior número de pontos de transformação. Portanto, o de granulação grosseira terá maior temperabilidade do que o de granulação fina. Isso se reflete no diagrama TTT como mostra a fig. 397.

Exemplificando: Peças iguais fabricadas em série, com aço de composição idêntica, e que devam ser temperadas do mesmo modo, só apresentarão propriedades semelhantes, como dureza, resistência ao choque, etc., se o tamanho de grão austenítico for sempre o mesmo, no momento que saem do forno para serem temperadas. Por esse motivo, para produções seriadas, que exijam controle rigoroso de propriedades mecânicas, as peças que devam ser temperadas são primeiramente normalizadas para assegurar um refino e uma uniformidade na granulação. Esse tratamento provocando uma reação por nucleação e crescimento com velocidade de nucleação elevada, devido ao esfriamento relativamente rápido, produz uma decomposição dos grãos de austenita num maior número de colônias de grãos de perlita. A tempera sendo uma reação de cisalhamento não tem efeito semelhante embora um grão de austenita se transforme em várias agulhas de martensita, porque, a reação de transformação se dá somente no interior do grão, sem se estender aos vizinhos, como no caso da perlita que forma colônias de grãos (fig. 284, 348. 354. 356|).

Num processo de ruptura por sobrecarga de um material martensítico sempre se observa que a fissura se desenvolve nos contornos dos grãos da austenita original (fig. 262), o mesmo não ocorrendo com os aços perliticos onde a fratura além de intergranular é também trans-granular.

Influencio do falto de homogeneidade do austenita

A falta de homogeneidade da austenita pode decorrer da presença de impurezas não solúveis (inclusões), ou da presença de partículas de carboneto não dissolvidas, ou mesmo de áreas de ferrita, como no caso dos aços hipoeutetò dês temperados de dentro da zona crítica.

A presença ama» fases favorecem as reações isotérmicas por constituírem núcleos para as transformações, de modo que diminuem atemperabilidade (fig. 398).

Influencio do composição química

A presença de átomos de . elementos de liga num cristal de austenita provoca alterações locais que afetam não só a mobilidade do carbono, mas principalmente a velocidade de nucleação de novas fases. Os elementos de liga, com exceção do níquel e do cobalto, aumentam a velocidade de difusão do carbono na austenita, porém todos eles, exceto o cobalto, aumentam a temperabilidade, isto é, dificultam as transformações por nucleação e crescimento. Isso mostra que seu efeito no mecanismo de íormaçâ novas fases que exijam alterações locais de composição é retardador.

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5. DEFINIÇÃO DOS TRATAMENTOS TÉRMICOS QUE ENVOLVEM CONTROLE DE ESFRIAMENTO

Baseando-nos no que acaba de ser exposto, podemos então os tratamentos térmicos do seguinte modo:

Recozimento é o tratamento por resfriamento continuo que provoca a transformação da austenita num produto constituído por perlita, associada, no caso dos aços hipoeutetóides, à ferrita e no CMO dos hipereutetóides, partículas de cementita. A fig. 401 mostra a curva d esfriamento contínuo que dá origem a esses constituintes.

Como as curvas do diagrama de esfriamento contínuo e ac do de transformação isotérmica estão muito próximas nessa região há inconveniente em se definir o tratamento de recozimento por ama curva de esfriamento lento, num diagrama TTT.(Normalização é o tratamento) por resfriamento continuo, que provoca a transformação da produto constituído por perlita fina, associada, ou não, a grãos pequenos de ferrita, ou a partículas finas de cementita. E' portanto, uma transformação resultante da esfriamento contínuo, com velocidade moderadamente alta, de modo a interceptar as regiões de formação de ferrita e de perlita. do lado esquerdo, não atingindo porém as faixas de formação de bainita. ou de martensita. (Fig. 402).

Recozimento isotérmico é o tratamento que produz uma transformação isotérmica da austenita em temperatura superior à do cotovelo da curva em C, de modo a dar uma textura perlítica. Geralmente por razões de ordem econômica, a escolha da temperatura é feita de modo a interceptar as curvas em C num ponto onde a transformação seja mais rápida (Fig. 403).

Austempera é o tratamento que provoca uma transformação isotérmica da austenita em temperatura inferior à docotovelo da curva em C. de rondo a dar como produto uma textura bainítica <Fig 404).

Tempera é o tratamento por esfriamento continuo que promove a transformação da austenita em martensita. em temperaturas abaixo da temperatura M..

Se a temperatura final do tratamento for superior à temperatura M. do fim da reação martensítica, parte da austenita permanecerá associada a martensita, recebendo a denominação de "austenita retida".

Como nos resfriamentos rápidos necessários para a tempera, a velocidade de esfriamento da superfície é sempre maior que a do núcleo da peça. aquela se transforma primeiro em martensita e por ocasião da transformação do núcleo aparecerão tensões residuais de tração na superfície, que poderão dar origem a fissuras. A fig. 405 indica o processo de esfriamento para tempera.

A diferença entre a temperatura da superfície e a do núcleo, no momento de entrada no campo de formação de martensita, pode ser eliminada interrompendo-se o esfriamento por alguns segundos, acima da temperatura M.. Esse tratamento se denomina martempera (fig. 406), e o produto final é também martensita, porém, com menor concentração de tensões residuais.

O efeito desses tratamentos nas propriedades mecânicas dos aços fica implicitamente definido pelas propriedades dos constituintes que neles se formam. Já vimos que a ferrita é um constituinte

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mole, dúctil e de baixa resistência mecânica. As perlitas são mais dons. mais resistentes, porém, menos dúcteis. As perlitas finas são mais resistentes, tenazes e possuem apreciável ductilidade. As martensitas são constituintes duros, altamente resistentes, resilientes e martensitas, em geral, são os mais duros, porém, frágeis.

Se definirmos os tratamentos térmicos somente em função das condições de resfriamento do campo austenítico e das propriedades do produto obtido, teríamos que definir a tempera como um processo de resfriamento rápido que provoque o endurecimento do aço. Essa definição não é satisfatória porque aços altamente ligados temperam sem que seja necessário um esfriamento rápido. Aços que têm a temperatura M. abaixo da temperatura ambiente não endurecem por tempera, por mais rápido que seja o resfriamento. Aços de baixo teor de carbono, embora dêem uma textura martensítica na tempera, amolecem com esse tratamento, com relação ao material que apresente cementita finalmente dispersa.

6. PROFUNDIDADE DE ENDURECIMENTO PELA TEMPERA

Quando peças de diferentes, mas de forma e tamanho idênticos, são aquecidas à mesma temperatura e depois resfriadas por imersão num liquido, todos os pontos correspondentes nessas peças.esfriam praticamente com a mesma velocidade craficamente pode-se representar as condições de esfriamento de uma peça por um feixe de curvas de esfriamento, delimitado por uma curva de velocidade máxima, que corresponderá a velocidade de esfriamento da superfície e por uma curva de velocidade mínima, correspondente ao centro da secção mais espessa, como mostra a fig. 408.

O endurecimento que essas velocidades de esfriamento poderão produzir nas citadas peças, dependerá das características de temperabilidade do aço de que cada uma é feita, isto é, dependerá da sua composição química, tamanho de grão, quantidade e distribuição de inclusões, etc. Essas características são expressas pela forma e posição das curvas doe diagramas TTT, ou de esfriamento contínuo, especificas a esse* aço*.

Na prática o problema não pode ser solucionado de um modo rigoroso, porque cada aço tem características de temperabilidade* próprias e exigiria a determinação de um diagrama de transformação achate para ele. Traçam-se então diagramas de aços com composição definida. que se enquadram nos limites de composição dos aços de uma, e categoria, e esses diagramas são utilizados para representar aproximadamente o comportamento dos aços dessa categoria..

Por outro lado não é possível na prática se controlar com as condições de esfriamento de uma peça de forma complexa, de modo que, a execução prática de um tratamento térmico não permite controle absoluto das transformações que possam ocorrer.

Quando o feixe de curvas de esfriamento intercepta o diagrama de transformação teremos a formação de constituintes mas note, como as perlitas, o que torna necessário convencionar entre um material completamente endurecido por tempera e que não tenha sofrido endurecimento.

Nos tratamentos com resfriamento continuo observa-se uma transirão gradual de dureza entre as partes endurecidas e as não esxterecidas. Pode-se então adotar o meio dessa faixa de transição cano limite da zona endurecida (fig. 409).

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O exame metalográfico revela que a faixa endurecida possue mais de 50'! de produtos aciculares (martensita e bainita) e a não endurecida mais de 50% de produtos lamelares, como mostra a fig. 410.

Nestas bases uma peça representada pelas curvas da fig. 411 seria considerada totalmente endurecida pela tempera e a fig. 412, não endurecida. Um caso de endurecimento parcial como o da fig. 409 corresponderia às condições descritas pela fig. 413.

A espessura da parte endurecida recebe o nome de profundidade de endurecimento e se fixamos as condições de esfriamento (dimensões e forma da peça e meio de tempera) ela pode ser utilizada como uma indicação da temperabilidade do material.A mudança do meio de tempera (água, óleo, etc.) modificar» as velocidades de esfriamento de uma mesma peça.

Antes de passarmos aos dados numéricos fornecidos pelos de temperabilidade, convém que se faça menção à classificação adotada pela SAE (Society of Automotive Engineers) para os diferentes tipos de aço. Nessa classificação os dois primeiros algarismos definem o tipo do aço e os dois últimos (xx) o teor de carbono em centésimos de l%.

Ensaios de temperabilidade

Encontram-se freqüentemente publicados os resultados de experiências realizadas com barras de vários diâmetros, feitas com diversos e temperadas em água e em óleo. Essas amostras foram depois seccionadas transversalmente, a uma certa distância das extremidades, e sujeitas a ensaios de dureza ao longo de um diâmetro.

Os valores encontrados foram consignados em gráficos, como indica a fig. 414, nos quais se pode acompanhar a variação da dureza desde a superfície até o centro.

Da semelhança dessas curvas com a letra "U", veio a designação de "curvas em U".Esses gráficos podem ser sobrepostos e servem de referência para os valores

aproximados, que podem ser esperados quando se tempera em água ou em óleo uma barra de certo diâmetro feita de um determinado aço.

A título de exemplo damos na fig. 416 valores para tempera em água e em óleo de 5 tipos de aços, cada qual ensaiado com amostras de diversos diâmetros, variando de 1/2" a 5".

Para ressaltar melhor a influência que podem exercer certos elementos de liga como o cromo e o níquel, juntos, no aumento da capacidade do aço endurecer pela tempera, apresentamos lado a lado, na fig. 415, os casos extremos da fig. 416.

A fig. 415 evidencia como, no caso do aço comum com 0,4Sc de carbono, a profundidade de tempera diminui à medida que diâmetro da peça aumenta e como cai a valores baixos, quando a tempera se processa em óleo. E' flagrante o contraste do seu comportamento com o do aço níquel cromo SAE 3340, com o mesmo teor de carbono. Este aço endurece ao máximo, de fora a fora, mesmo no caso de peças de 5'.' de diâmetro. Além disso, atinge-se o mesmo resultado quando se tempera esse aço em óleo.São conclusões extremamente interessantes para os casos em que se busca obter uma dureza nu em peças de formas complexas, que não suportam variações BÜ bruscas de temperatura, como as que ocorrem na tempera em óleo.

Não obstante a grande quantidade de experiências já quando há necessidade de se conhecer a profundidade do endoreomento, no caso de peças de certa responsabilidade, fazem-se ensaios com o aço com o qual serão feitas.

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Um dos ensaios mais usados para esse fim é conhecido por enchas Jominy, que consiste em temperar, em dispositivo especial, um de prova cilíndrico com determinadas dimensões. A tempera é '. um jato de água contra a base inferior do cilindro (fig. 4171 Impressões de dureza Rockwell-C feitas ao longo de uma geratriz desse, a começar da base temperada, permite traçar a curva indicativa 4a maneira com que a dureza diminui, à medida que os pontos examinados se distanciam da base que recebeu o jato dágua. Uma diminuição dos valores da dureza até regiões afastadas da base, revela tratar-* um aço capaz de endurecer pela tempera até apreciável (deep hardening), curva l da fig. 418, ao passo que uma queda l nesses valores, logo nas primeiras determinações, isto é naquelas feitas junto à base temperada, significa que esse aço tende a tornar tempera somente próximo da superfície (shallow-hardening), curva 2 da fifc. citada.

Como o ensaio Jominy não dá resultados significativos para os aços de baixa temperabilidade, é preferível empregar-se para esses aços as curvas em "U", que podem ser expressas por três números, que recebem a denominação SAC. O primeiro é a dureza da e em unidades Rockwell C, o segundo é a área delimitada pela curva e a ordenada zero Rockwell C, e calculada por:1" 1S Dureza média R x ---- pol.o 16

e o último número é a dureza do centro do corpo de prova também em unidades Rockwell C.

A tempera é feita em água, em dispositivo especial para garantir a máxima velocidade de esfriamento e o corpo de prova é um cilindro de l x 4 polegadas.

Cuidados a observar na tempera Aquecimento

As precauções a tomar no aquecimento são as mesmas do rã mento: aquecer uniformemente e prevenir a descarbonetaçi cão e a deformação das peças.

As peças a serem temperadas podem ser aquecidas cm mufla. que é o processo mais usado, ou em banhos de chumbo, sais. O chumbo permite aquecimento até 870°C e as peças aproximadamente quatro vezes mais depressa . Os vapores dos banhos de chumbo são, porém, saúde. Com os sais podem-se fazer aquecimentos até 1300 C Empreça se cloreto de sódio, carbonato de sódio, cloreto de báric de outros sais, se desejar baixar seu ponto de fusão ou f carbonetação. Estes banhos deixam uma película de sal sobre a da peça, que as protege no momento da transferência par» : de resfriamento.

De um modo geral, os banhos têm a vantagem de aquecer i fortemente as peças e protegê-las contra a oxidação pelo ar.

A temperatura adequada a ser atingida pela peça e o temp manência a essa temperatura são os mesmos já citados no rã (ver fig. 375). Convém repetir que esse gráfico só é válido para c ao carbono. Não é aplicável aos aços que contém certos como níquel, cromo, vanádio, tungstênio, manganês, silício, de. de determinados teores, porque nesses casos são considerados i e sua zona critica difere da dos aços carbono.

Quando se temperam aços, principalmente os de mais de 0,9% de carbono, de temperaturas demasiado elevadas, o material torna-se excessivamente duro e também quebradiço devido ao excesso de carbono que entra em solução na austenita. Esses tratamentos dão martensitas grosseiras como a da fig. 419.

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Esfriamento (Tempero).

Á escolha do banho depende da tempera que se quer dar e da qualidade do aço a ser tratado, porque certos aços trincam e empenam quando temperados era água e só suportam tempera branda.

Com exceção de alguns aços-liga que endurecem pelo simples esfriamento ao ar (tempera ao ar), o esfriamento praticado na tempera comum é habitualmente rap.do. Para esse fim, as peças, depois de devidamente aquecidas e homogeneizadas na temperatura de austenitização. são em seguida mergulhadas em líquidos.

Como a absorção de calor por um liquido depende principalmente de soa natureza, e de sua temperatura, são vários os líquidos usados, conforme a velocidade de esfriamento desejada.

a) Água e soluções aquosas de: sais, ácidos ou glicerina b) óleos: minerais, vegetais ou animais, c) Chumbo fundido, ou sais fundidos.

Considerando a rapidez de esfriamento produzida, esses líquidos poderiam ser citados, na seguinte ordem, na qual a água, à temperatura ambiente e sem agitação. é tomada como unidade.

A água é um meio de tempera bastante eficiente e econômico. À medida, porém, que ela aquece, sua capacidade de tempera diminui a ponto de, perto da temperatura de ebulição, ser apenas de um décimo.

As soluções de cloreto de sódio acima de 10'v não são recomendadas. As peças devem ser muito bem enxaguadas depois da tempera, porque o sal acelera a corrosão.

As soluções de soda são igualmente usadas em concentrações baixas. Dão às peças uma cor clara e não as enferrujam. Estas soluções devem ser manipuladas com cuidado porque são cáusticas.

As soluções aquosas de glicerina fornecem banhos de tempera intermediários entre a água simples e o óleo.

Os óleos são meios de tempera em geral brandos, empregados quando há perigo de empenamentos, trincas, tensões n ternas excessivas Dos óleos, os minerais são preferidos por serem menos sujeitos a se deteriorarem com o uso. Os óleos vegetais e animais têm ainda a desvantagem de desprender odores desagradáveis.

Na escolha de um óleo para tempera deve-se levar em consideração sua capacidade de tempera, sua estabilidade, facilidade de baixo custo, sua passividade química em face do metal quente e não ser muito inflamável.

Os banhos de tempera se tornam mais brandos à que se aquecem. No caso de óleos grossos a diminuição de sua visco o aquecimento pode sobrepujar, pelo menos entre certas temperatura o efeito abrandados que o aquecimento exerce sobre a capacidade de tempera de banho. Isso pode conduzir a resultados inesperados na tempera.

Banhos de sal fundido são usados entre 160 e 450*C chumbo, acima de 327°C. Empregam-se nos tratamentos como a austempera e a mar tempera, que são temperas em banhos nos quais as peças permanecem algum tempo antes de prosseguir no seu esfriamento.

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Na austempera ficam no banho até a austenita se transformar no constituinte acicular, bainita. Na martémpera, as peças ficam no banho aquecido a cerca de 200°C, apenas até igualar a periferia e o centro da peça, enquanto o aço ainda está austenítico; depois o esfriamento pode prosseguir, obtendo-se martensita com menor perigo de trincas ou empenamentos. Á martémpera avio dispensa o revenido quando é preciso atenuar a fragilidade dai peças ou, alcançar boas propriedades elásticas.

É preciso que o volume do banho esteja em proporção com o tamanho da peça que se quer temperar, porque, como já foi dito. a capacidade de um liquido absorver calor diminui com a elevação de soa temperatura; portanto, se o líquido for insuficiente, ou se temperam várias peças com pequeno intervalo de tempo, no mesmo banho, o aquecimento excessivo pode produzir uma tempera branda, quando se desejaria fosse violenta.

É importante também agitar a peça no banho durante a tempera para assegurar um esfriamento mais rápido e uniforme. Se não se agitar, a pressão do vapor que se desenvolve junto à peça, impede a aproximação de novas camadas líquidas e o esfriamento se torna "mm* lento, prejudicando os resultados da tempera. Quando a peça é muito grande, agita-se o líquido do banho.

Com banhos inflamáveis é preciso tomar cuidados especiais, abafando as labaredas por meio de uma cobertura qualquer que dificulte o acesso ou renovação do ar à sua superfície.

7. CONSTITUINTES DOS AÇOS TEMPERADOS

Para clareza convém recapitular os seguintes fatos que com a austenita quando o esfriamento é lento:

1.° — Há separação de ferrita, ou de cementita. na critica, conforme se trate de aço hipoeutetóide ou hipereutetã

2.° — Todo o ferro gama se transforma em ferro alfa ao linha inferior da zona crítica, porque nessa a quantidade de carbono na austenita atinge a linha a precipitação da cementita baixa localmente carbono da austenita, favorecendo a nucleação de

3.° — Pelo mesmo mecanismo, o crescimento da ferrita uma elevação no teor de carbono da austenita adj favorecendo a nucleação de cementita.Esse processo de nucleações e crescimentos alternados de e de cementita, dá origem à perlita.

Quando o esfriamento é muito rápido, os fenômenos atada se dão, porque: a) a migração dos elementos exige tempo, mormente a do 1.° item; b) essa migração é extremamente ! abaixo de certas temperaturas.

Em conseqüência, os esfriamentos bruscos transformam a numa solução sólida supersaturada de carbono no ferro alfa. EMa textura toma o no de martensita e se revela ao microscópica característico. Depois de um ataque mais demorado, vém-se finas es retas, às vezes pouco pronunciadas e difíceis de serem postas entrecortando-se segundo três direções, como triângulos (figs 4t 424). Essas três direções são vestígios dos traços dos planos da austenita, que sofreram os escorregamentos na martensítica.

No sistema cristalino do ferro gama os átomos de acomodam perfeitamente e não estorvam os deslizamentos quando o aço é deformado. Por isso, a austenita é relativamente Mas, na martensita, o ferro está numa forma alfa modificada pé excesso de carbono, cuja presença estorva as deformações plásticas a tal ponto, que elas se tornam praticamente impossíveis. Dai a grã dureza da martensita.

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Quando o esfriamento é menos brusco, já se torna posshrei um começo de transformação da austenita a temperaturas superiores.

Consiste essa transformação, como já foi dito, na separação do ferro alfa e do carboneto sob a forma de uma textura lamelar ultraíma. que toma o nome de troostita. As áreas onde essa transformação Já se deu são fortemente escurecidas pelos reativos micrográficos (fig A textura lamelar da troostita só pode, porém, ser verificada pelo microscópio eletrônico, com ampliação superior a 3.000 x, fig 426.

As áreas de austenita, que não se transformarem em troostita vão se transformar em martensita a temperaturas mais baixas.

Isto posto, pode-se dizer que, à medida que os esfriamentos forem praticados de modo menos brusco, observar-se-ão quantidades de troostita cada vez maiores - desde O',, quando a curva de resfriamento toca a extremidade esquerda do diagrama da transformação em resfriamento contínuo. Em temperatura mais baixa poderá ser interceptada a zona da formação de bainita. A textura de todos os aços com mais de 0,3'é de carbono, cujo esfriamento atravessa essas regiões será, pois, troostita, bainita e martensita (figs. 229 a 233). Dos aços com menos de 0,3'< de carbono falar-se-á mais adiante.

A dureza do aço cai rapidamente à medida que a percentagem de martensita diminui e a de troostita aumenta. Quando a troostita se apresenta em rede contínua, como na fig. 432, a dureza do aço é mais baixa do que se tivesse a mesma percentagem de troostita. porém, esparsa a esmo, pois a dureza tende para aquela do constituinte continuo.Para esfriamentos à direita dos d agramas de resfriamento continuo já começa em diversos pontos a ter havido tempo suficiente para que as texturas lamelares formadas, embora ainda finíssimas, já sejam discerníveis ao microscópio comum, com luz perpendicular à superfície e 1000 aumentos. Às texturas mistas, nas quais há regiões com texturas lamelares discerníveis e outras indiscerníveis ao microscópio comum, chamamos de troosto-perlita ' (figs. 43õ a 439).

Com velocidades de esfriamento da ordem que estamos considerando agora, já se pode notar também, nos aços comuns com menos de 0.6'; de carbono, os primeiros indícios da formação de uma rede de ferrita. É que os fenômenos citados no item 1.°, da página 253 que ficaram suprimidos nos esfriamentos mais rápidos, começam agora a se manifestar com intensidade cada vez maior, à medida que nos aproximamos dos esfriamentos lentos, francamente à direita dos diagramas de transformação. As figs. 410 e 440 sintetizam gràficamente o que acaba de ser dito.

Os aços doce e extra-doce, não endurecem apreciavelmente pela tempera e os valores obtidos são também muito variáveis.A faixa de temperaturas na qual se dá a separação da (zona crítica) nesses aços, é muito ampla, de modo que o tempo necessário à sua transposição, mesmo que o esfriamento possa ser rápido, é, em geral, ainda suficiente para que precipite uma carta quantidade de ferrita. antes de terem início as outras transformações. Por isso, encontram-se nesses aços, quando temperados, os grãos de martensita ou de martensita e troostita, contornados por uma rede de ferrita (fig. 445). Essa rede apresenta-se freqüentemente com saliências em forma de espinha de peixe. Quando se encontram simultaneamente martensita, ferrita e troostita, esta última se localiza quais sempre entre a ferrita e a martensita.

Nas figs. 441 a 444 é apresentado um exemplo prático do que acaba de ser exposto: o tratamento térmico das enxadas calçadas. A lâmina aquecida até cerca de 800°C é parcialmente mergulhada em água, como se vê na fig. 441. Com esse tratamento a faixa temperada endurece apenas na camada constituída por aço com teor de carbono mais alto. A parte de aço doce praticamente não endurece, por serem insuficientes não só o teor de

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carbono (0,1 a 0,2'l), como também a temperatura de tempera para esse aço. A lâmina é em seguida submetida a um revenido para atenuar a fragilidade da região temperada.

As bainitas (fig. 420 e 421), como vimos, são produtos de transformação isotérmica, que ocorrem abaixo do cotovelo das curvas TTT (fig. 392). Somente em certos aços e ferros fundidos com elementos de liga é que se pode obter bainitas em esfriamento continuo.

Examinadas ao microscópio ótico as bainitas superiores têm o aspecto de penas de aves, quando isoladas em áreas martensitas. e as inferiores têm o aspecto de agulhas de martensita. escuras. Coni o auxílio do microscópio eletrônico pode-se ver que as bainitas superiores são áreas alongadas de ferrita, formadas sobre a ferrita proeutetóide dos contornos dos grãos, e com uma precipitação de partículas e cordões de cementita paralela á direção maior da área

As bainitas inferiores são agulhas longas e estreitas de ferrita, com plaquetas finas de cementita precipitadas paralelamente a uma direção que forma com o eixo da agulha um ângulo de !

A transição entre todos os constituintes formados isoténnicamente é gradativa e se manifesta em faixas de temperaturas e não em temperaturas fixas, de modo que, a diferenciação micrográfico entre esses constituintes semelhantes, formados num esfriamento continuo, é difícil.

As bainitas têm dureza e resistência equivalentes à dos mesmos aços temperados e revenidos na temperatura de formação da bainita. porém, estas têm ductilidade muito superior à dos produtos obtidos por tempera e revenido.Em peças que sofram solicitações por flexão, ou por torção, como a quais totalidade das molas, essa microestrutura proporciona maior elasticidade ao material.

Para exemplificar, um arame de aço de 5 mm de secção, com 0,85'. de carbono, dá as seguintes propriedades mecânicas, quando sua dureza de 50 R, foi obtida por tempera e revenido, ou por austempera.

O tratamento de austempera tem limitações de ordem técnica e de ordem econômica.

Como o meio de resfriamento está em temperatura superior a 200°. a velocidade de esfriamento tende a diminuir e as curvas de esfriamento poderão tocar as zonas de transformação em alta temperatura, dando perlita. Por essa razão o cotovelo das curvas em C não deve estar muito próximo do eixo das ordenadas e portanto, só devemos utilizar no caso de aços comuns os que tenham mais de 0.5' mesmo porque esse tratamento só apresenta vantagens para durezas superiores a 40 R .

O emprego de aço liga. se por um lado soluciona o problema da posição do cotovelo da curva TTT, por outro, torna o processo antieconômico para transformações em temperaturas mais baixas porque a faixa de formação de bainita poderá se estender de horas a dias

Por esses motivos o tratamento de austempera só é recomendado para pecas de aço carbono, ou de baixa liga e de pequena espessura (até 10 mm).

8. TEMPERA DE DENTRO DA ZONA CRITICA

Dentro da zona critica, quer no aquecimento quer no esfriamento, há sempre a presença de austenita e um outro constituinte que é ferríta, ou cementita, conforme o teor de carbono do aço. Se a tempera se der nessa ocasião, encontrar-se-ão na peça temperada,

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além dos constituintes comuns da tempera (martensita, ou martensita e troostita), áreas de ferrita ou de cementita, as quais praticamente não se alteram pelo esfriamento brusco.

A questão do deslocamento da zona crítica para cima, no aquecimento, e para baixo, no esfriamento, assunto já abordado na fig. 369, tem aqui uma importância capital.

A fig. 446 mostra um exemplo baseado em resultados experimentais de um estudo feito com aço comum de cerca de 0.5'; de carbono. As duas temperas A e B, feitas respectivamente das temperaturas de 700° e 735°C, deram origem às texturas representadas nas figs. 447 a 450.

Nas duas primeiras vê-se a rede de ferrita. que estava formada em torno da austenita no momento da tempera, ao passo que nas duas seguintes, nota-se, pelos contornos côncavos da ferrita. que esta estava sendo absorvida pela austenita.Se a tempera A tivesse sido feita de 735°C. a textura seria totalmente martensítica, porque a essa temperatura o aço ainda estaria acima da zona crítica e, portanto, austenítico.

Por outro lado, se a tempera B tivesse sido feita de 700°, a textura do aço continuaria inalterada, isto é, constituída de ferrita e perlita. A dureza Brinell no primeiro caso seria da ordem de 660 e no segundo, aproximadamente 200.

Apenas com caráter didático e informativo, são reproduzidos, nas figuras adiante citadas, alguns aspectos da textura de pequenos corpos de prova de aço doce temperados em diversas condições: I) drasticamente (em água fria), fig. 454; II) brandamente (em água fervendo), fig. 445; III) drasticamente (de dentro da zona crítica) — a) na descida, ao atingir 750°C, fig 455; b) na descida, após permanecer 10 minutos a 750°C, fig. 456; c) na subida, após permanecer alguns momentos a 780°C, fig. 457.

Os aços temperados de dentro da zona crítica não apresentam grande interesse prático, porque a dureza atingida é menor e em geral irregular. O motivo que nos leva a abordar o assunto com certa minúcia, é a necessidade de chamar a atenção não só para a influência de pequenas variações de temperatura na região da zona crítica, como também a importância do sentido em que a temperatura está variando. Quer dizer: quando a temperatura de tempera possa estar entre os limites em que pode variar a zona crítica, é preciso saber se essa temperatura foi atingida por aquecimento, ou por esfriamento de temperaturas acima da «ma critica. Além disso, o autor deseja apontar também o auxilio que a micrografia pode prestar para encontrar a origem de certos insucessos na tempera, principalmente casos de dureza baixa em aços aparentemente bem temperados.

Deseranjos romeiros, falta de homogeneidade na temperatura do forno ciência de permanência à temperatura adequada, demora entre o momento de tirar a peça do forno e sua tempera, erro na apreciação do teor de carbono, presença de certos elementos de liga que exijam tempo superior ao normal para se processar a austenitização, etc., são causas que passam as vezes, ou cuja importância é substimada e que são entretanto as responsáveis pelas anomalias.

A presença de pequenas áreas esferoidais de cementita no aço comum rico em carbono e temperado, significa que, antes do tratamento térmico, os carbonetos estavam provavelmente coalescidos e no momento da tempera a sua absorção pela austenita não se tinha ainda operado por completo. Isto pode acontecer não só quando a tempera é feita de dentro da zona critica, como quando a permanência a temperaturas acima da referida zona é demasiado curta, pois a dissolução da cementita é um pouco demorada, principalmente se se achar sob a forma globular.

Note-se que as observações acima referem-se aos aços comuns não hipereutetóides. Em alguns aços-liga com alto carbono, contendo, por exemplo, tungstênio. cromo, manganês, etc., acima de certos teores, formam-se carbonetos duplos, ou complexos, que às

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vezes subsistem na textura do aço, qualquer que seja o tratamento térmico que ele tenha sofrido (figs. 458 a 459).

A tempera, ou melhor, o esfriamento brusco feito de qualquer temperatura .abaixo da zona critica, normalmente nenhuma influência exerce nas propriedades mecânicas e na textura dos aços comuns.

9. REVENIDO

A tempera modifica profundamente as propriedades dos aços algumas delas tomam valores altos: a dureza, a resistência à tração, etc., mas. outras, como a resistência ao choque, o alongamento, a estricção, caem a valores muito baixos. Além disso, o material fica com tensões internas apreciáveis.

O revenido é o tratamento que vem corrigir esses inconvenientes, restituindo ao aço grande parte das propriedades perdidas, sem afetar muito aquelas visadas pela tempera.

A resiliéncia à flexão ou à torção e a resistência ao choque são elevadas notavelmente pelo revenido. Por esta razão costumam ser temperados e revenidos quais todos os tipos de molas. Assim podem suportar cargas e deformações maiores do que com qualquer outro tratamento, sem se romper e. retirada a carga, voltar praticamente à forma primitiva. A fig. 460 ilustra essas asserções

O conjunto A representa 3 molas, de forma idêntica, feitas do mesmo aço, sendo a primeira temperada (T), a segunda, temperada e revenida (TRv) e a terceira, recozida (Re). Antes da experiência elas são exatamente do mesmo comprimento.

Submetidas a uma pequena carga, as três se alongam igualmente (conjunto B) e, descarregadas, voltam ao tamanho inicial.

Aplicando-lhes uma carga maior, da ordem do escoamento da mola recozida, esta se alongara muito mais do que as duas primeiras, cujas distensões serão iguais. Retiradas as cargas, verificar-se-á (conjunto C), que as duas primeiras voltaram ao seu comprimento inicial, enquanto a mola, no estado recozido, apresenta uma deformação permanente bastante pronunciada, o que desaconselha o seu uso para esse fim.

O conjunto D mostra o que sucede com as duas primeiras, quando sujeitas a cargas ainda mais elevadas: a mola temperada e revenida começa a distender-se um pouco mais do que a temperada, em virtude de um pequeno escoamento das fibras externas, ao passo que, a mola simplesmente temperada, rompe-se bruscamente.

Do conjunto D deprende-se também que, para cargas dessa ordem, a mola temperada exige um esforço maior do que a revenida para alongar-se, igualmente.

Removida a carga da mola revenida, notar-se-á um pequeno alongamento permanente que, na maioria dos casos, não chega a para seu uso. A deformação permanente que -ala agora apresenta, não aumentará, se ela for submetida a cargas inferiores àquela que a causou.

A quebra prematura da mola temperada provém do seu baixo alongamento, que não permite escoamentos locais para redistribuição de tensões, de modo que os pontos mais solicitados na superfície rompem, produzindo zonas com concentrações de tensões ainda maiores, devido à redução de secção junto às fissuras. Isto ocorre particularmente nos casos de flexão e de torsão. nos quais as tensões máximas se localizam nas fibras externas da peça. Defeitos, como pequenas trincas, escorvam a fratura que, uma vez iniciada, se propaga instantaneamente a toda a secção.

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O aço revenido, além de apresentar tensões residuais consideravelmente menores, possue certa capacidade de alongar-se e assim, antes da fibra mais solicitada romper-se, ela se alonga, descarregando parte das tensões às fibras vizinhas, menos solicitadas.

Com efeito, observando-se o conjunto E, ver;fica-se que a mola revenida suporta cargas maiores ainda, com grande distensão. e, novamente descarregada, apresenta uma deformação permanente relativamente pequena em comparação com aquela suportada sob carga. Tão boa flexibilidade se consegue com um revenido a temperatura adequada. Com um revenido a temperaturas mais baixas, a deformação permanente seria menor, porém, o perigo de uma ruptura aumentaria. Com um revenido a temperaturas mais altas, as deformações permanentes, seriam maiores e ocorreriam sucessivamente a cargas mais baixas, até confundir-se com as da mola recozida.

Quando essa demonstração é feita com auxilio de um dispositivo apropriado, que permita medir a carga e o alongamento, pode-se traçar o gráfico da fig. 461.Em ensaio de tração normal, isto é, com corpo de prova reto, os esforços se repartem melhor por toda a secção e verifica-se então que o aço temperado resiste mais do que o revenido1", fig. 462.

Devido ao fato da solicitação nas molas helicoidais ser esforço de torção, a resiliéncia da mola temperada e revenida, depois de um pequeno escoamento das fibras superficiais, é maior do que a da mola simplesmente temperada, visto que ela é definida pela área delimitada pela curva carga--deformação e o eixo das deformações.

No caso da solicitação por tração a resiliéncia do aço temperado é maior que a do temperado e revenido, visto que o módulo de elasticidade de ambos é o mesmo e o limite de escoamento do material temperado é mais elevado do que o do temperado e revenido. O efeito do revenido é tanto mais intenso quanto mais elevada for a temperatura a que se chegar e quanto mais tempo durar esse tratamento.

A figura 463 mostra a variação das propriedades mecânicas de um aço SAE 1050, com o revenido.

Cores de revenido

Aquecendo-se em presença do ar, uma peça de aço lixada, polida, ou simplesmente esmerilhada, forma-se na sua superfície uma película de oxido, que no início é muito fina e decompõe a luz de modo a dar uma certa coloração à peça. Esta coloração, que ocorre entre mais ou menos 220 e 320°C, para os aços carbono, depende da espessura da película, a qual, por sua vez, é função de temperatura da peça.

Pode-se assim avaliar aproximadamente a temperatura a que está atingindo o aço ou a que ele atingiu, pois a coloração correspondente a temperatura máxima permanece depois de esfriado :

A tabela ao lado dá uma relação aproximada entre a temperatura e a coloração correspondente1".

São as chamadas cores de revenido às vezes empregadas nas oficinas onde se procede a têmperas seguidas de um revenido à baixa temperatura.

Certas ferramentas, como os ponteiros com que são desbastados os blocos de granito, os operários aquecem numa forja e temperam somente a ponta em água fria. Logo que a ponta se esfriou, passam uma parte desta rapidamente no esmeril para obter uma superfície do metal isenta de oxido. O calor armazenado no corpo da ferramenta vai pouco a pouco se propagando até a ponta temperada, que sofre com isso um revenido, cuja temperatura pode ser acompanhada pelas cores, que sucessivamente, apresenta a parte

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recém-esmerilhada. Atingida a temperatura desejada, mergulham a peça toda em água, esfriando-a depressa para que o revenido não prossiga. Esta operação não tempera o corpo da peça porque nesse momento já está abaixo da zona crítica

O tratamento que acaba de ser descrito, é às vezes impropriamente chamado dupla tempera.

10.CONSTITUINTES DOS ACOS TEMPERADOS E REVENIDOS

O revenido começa a atuar de maneira perceptível somente acima de 150°. Abaixo deva temperatura, o carbono disperso no ferro alfa forma uma solução sólida metaestável, a martensita, que assim permanece indefinidamente, porque à temperatura ambiente ele não tem mobilidade suficiente para se separar.

À medida que a temperatura se eleva acima de 150°, vai crescendo a mobilidade do carbono e a separação se realiza de modo cada vez mais pronunciado, até que. a 600°, a separação atinge um grau tal, que o aço, antes martensítico, apresenta-se agora com uma textura característica, denominada sorbita, constituída de pequeninas partículas de cementita. geralmente tendendo para a forma esferoidal, sobre um fundo de ferro alfa. isto é, de ferrita (figs. 464 e 465) '-'.

Às texturas que ocorrem a temperatura mais baixas, quer dizer, àquelas em que a separação ainda não está terminada, como por exemplo, a de um revenido a uns 450°, pode-se dar o nome de texturas sorbiticas "'. Esta conservam, em geral, ainda bem visível e até mais contrastado, o aspecto típico da martensita, porque um começo de separação do carboneto torna o material mais atacável pelo reativo (figs. 466 e 467). Por outro lado se a temperatura de revenido se leva até penetrar na zona crítica, o aspecto da textura passa a ser o de um recozimento parcial (fig. 468). A fig. 469 dá uma apresentação do conjunto das considerações que acabam de ser feitas.

11.TRANSFORMAÇÕES ESTRUTURAIS NO REVENIDO

A martensita. como vimos, é uma solução sólida, supersaturada e metaestável. de carbono num reticulado de ferro tetragonal. com composição idêntica à da austenita que lhe deu origem.

Sendo uma solução supersaturada, ela tem tendência a precipitar o excesso de carbono e se transformar em ferro alfa. Essa separação do carbono, que se dá na forma de carboneto, ocorre em vários estágios.

O primeiro estágio tem início acima de 150°, com a precipitação de carboneto t (Fe,C hexagonal) e transformação da martensita numa martensita de baixo teor de carbono (0.25'. C).

Esse estágio embora não provoque acentuada queda de dureza, ele proporciona um apreciável alívio de tensões residuais.

A presença de um segundo constituinte, apesar de invisível ao microscópio, faz com que a martensita ta revenida escureça mais rapidamente num ataque micrográfico.

O segundo estágio ocorre entre 250 e 400°. com o aparecimento de ferrita nos limites entre a martensita de baixo carbono e o carboneto e com uma progressiva transformação do carboneto c em cementita (Fe.C ortorrômbico). Neste estágio a microestrutura ainda mantém o seu aspecto acicular

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O terceiro estágio ocorre acima de 400° com urna separação completa da ferrita e da cementita. Com a elevação da temperatura até 700°, há tendência para o crescimento dos grãos de ferrita e esferoidização das partículas de cementita, dando a textura denominada sorbita.

Se existirem elementos de liga do tipo substitucional, que formem carbonetos estáveis, é neste último estágio que eles poderão se movimentar, com maior velocidade, e substituir átomos de ferro da cementita. Vê-se portanto, que o revenido em alta temperatura, não somente provoca a separação da cementita, mas também afeta a partição dos elementos de liga entre a ferrita e a cementita. Assim sendo, para cada composição de aço, podemos através da escolha da temperatura de revenido, obter qualquer limite de resistência, ou de escoamento, entre o do material simplesmente temperado e o do completamente recozido.

Em igualdade de resistência, ou de dureza, os aços temperados e revenidos têm geralmente maior ductilidade. devido à maior uniformidade na distribuição da cementita.

As curvas da fig. 470 exemplificam o exposto no caso da dureza Brinell.Os valores ai representados devem ser interpretados da seguinte maneira:A curva dos aços temperados, que é a mesma da fig. 395, representa a dureza

máxima, que se pode obter com cada aço. Tratando-se de aço carbono, esses valores são alcançados somente pela tempera de peças pequenas em água. Para certos tipos de aço-liga esses valores podem ser obtidos em peças maiores, como se verifica na fig. 416.

A curva dos aços recozidos é válida para os aços comuns em peças de qualquer tamanho porque sempre é possível esfriar lentamente, tanto uma peça grande como uma peça pequena. Representa um valor aproximado, porque só estão ai considerados os teores de carbono. Os teores de manganês, silício e fósforo e o tamanho dos grãos introduzem pequenas alterações nesses valores.

A curva das durezas mínimas se refere ao estado completamente coalescidos. Esta curva se afasta mais dos valores dos aços recozidos para teores mais elevados de carbono.

Para os aços carbono, os valores entre as duas primeiras curvas podem provir dos seguintes tratamentos: tempera branda (martensita e troostita), tempera de dentro da zona crítica (martensita e ferrita), tempera com tempo insuficiente de aquecimento (martensita e ferrita), tempera e revenido (sorbita), normalização (troosto-perlita), encruamento (grãos deformados) ou combinações desses tratamentos. Excluída a presença de elementos de liga, cuja interferência às vezes complica a investigação da causa da dureza, as demais causas apontadas, inclusive possível heterogeneidade proveniente de concentrações locais, são, em geral, detectáveis pelo exame metalográfico.

Valores entre as curvas dos aços recozidos e dos coalescidos. podem provir de coalescimentos parciais, afastada a hipótese de uma descarbonetação local. Também estes casos são verificáveis micrograficamente.

12.COALESCIMENTO

Quando a temperatura do revenido se aproxima muito da zona critica e permanece muitas horas na sua vizinhança, as pequenas partículas de cementita agrupam-se em partículas maiores, formando glóbulos de cementita facilmente visíveis ao microscópio. Diz-se então, que a cementita está coalescida ou esferoidizada, (figs. 471 e 472).

Este fenômeno pode ser acelerado fazendo a temperatura oscilar em torno de 723° porque as partículas finas se dissolvem em menos tempo do que as grossas e no esfriamento

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subseqüente a cementita vai se depositar sobre os restos das partículas mais grossas. Esta oscilação aplicada aos aços recozidos também conduz ao mesmo resultado.

O coalescimentos chega a reduzir a dureza do aço às vezes a quais metade da que possue no estado recozido (fig. 470). Isto permite uma economia apreciável na usinagem de aços de elevado teor de carbono (principalmente os extra-duros, hipereutetóides), pois o esforço exigido para essas operações se torna muito menor, podendo além disso, ser executadas, freqüentemente com ferramentas comuns, em máquinas mais leves.

Os aços coalescidos, quando reaquecidos para serem recozidos, normalizados ou temperados, precisam permanecer acima da zona critica mais tempo do que o normalmente exigido, por ser a dissolução dos carbonetos no estado globular. mais demorada, fig. 473 e 474.

13.AÇOS RÁPIDOS

Quando discorremos sobre o revenido dos aços comuns, tivemos ocasião de mostrar como a dureza, que o aço adquirira pela tempera, diminuía com a temperatura do aquecimento (fig. 463).

Esta é a deficiência mais séria que apresentam as ferramentasfeitas de aço comum, cujo corte, durante o trabalho, está sujeito a aquecimentos de algumas centenas de graus, como, por exemplo, ferramentas de torno, de plainas, dentes de serras, brocas, etc.

Como o trabalho muito intenso aquece o corte da ferramenta, é necessário executar o trabalho mais lentamente para dar tempo à dissipação do calor, ou então prover uma refrigeração com água, ou óleo solúvel, etc., para evitar o aquecimento acima de 100°C.

A ferramenta que perdeu o corte por desgaste em trabalho normal pode ser reafiada e com isso readquirir sua eficiência primitiva. Se, porém, a ferramenta perdeu o corte porque aqueceu demais, então não adianta reafiá-la, pois o aço perdeu sua dureza e nesse caso é preciso primeiro temperar de novo a ferramenta.

O desenvolvimento de aços-liga, especialmente os com cromo e tungstênio, trouxe uma contribuição muito valiosa para o aperfeiçoamento de ferramentas. Esses aços têm a propriedade de só perderem a dureza que adquiriram pela tempera, quando atingem temperaturas da ordem de 650°. Por isso, as ferramentas feitas desses aços permitem um trabalho mais intenso e mais rápido, porque o aquecimento não os afeta tanto. Daí o nome de aços de corte rápido ou simplesmente aços rápidos com que são conhecidos. Um aço rápido de emprego muito generalizado é o denominado aço 18-4-1, em cuja composição entram 18r; de tungstênio, 4% de cromo e 1% de vanádio. Há ainda vários outros tipos de aços nos quais intervém também o molibdênio e o cobalto como elementos de liga «". A fig. 475 faz a comparação aproximada entre um aço carbono para ferramenta e um aço rápido.

Convém não confundir esses aços com os metais duros comoo "Widia", "Carboloy", "Mitia", etc., que não são aços, mas pó de carboneto de tungstênio duríssimo aglomerado por meio de cobalto por sinterização (processo especial empregado na "metalurgia de pó"). fig. 476.

14.TRATAMENTOS PARA ENDURECIMENTO SUPERFICIAL

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Na construção de máquinas, é freqüente precisar-se de peças dotadas simultaneamente de uma boa resistência ao choque e uma dureza muito elevada para resistir bem ao desgaste, como por exemplo, os dentes de engrenagens, certas matrizes para estampagem, pinos móveis, eixos, articulações esféricas, etc.

O aço acima da zona critica, além de dissolver no estado sólido mais carbono, têm também a propriedade de absorver este último, quando em contacto com substâncias capazes de cedê-lo (cementos).

Esta propriedade, utilizada com certas precauções em peças feitas de aço doce, permite elevar o teor de carbono junto à sua superfície, e, assim.aumentar a dureza da camada periférica, conservando, entretanto, ductil o interior da peça, cuja composição não se altera. O teor mais conveniente a atingir junto à superfície é o eutetóide (0,8';).

Na cementação pelo carbono empregam-se em geral comentos sólidos, mas quando se visa introduzir no aço também o nitrogênio, ou somente este, empregam-se cementos líquidos (cianetos fundidos), gases carbonetantes, ou nitretantes.

Os cementos sólidos são constituídos geralmente de carvão de madeira moído, não muito fino, misturado com certos carbonatos. Estes têm ação meramente catalítica na cementação. aumentando a proporção de CO em relação ao CO..

Um cemento simples, citado na literatura técnica e freqüentemente tomado para termo de comparação, é o conhecido por cemento de Caron e cuja composição é de 40'. de carbonato de bário e 60'í de carvão vegetal.

Como a cementação pelo carbono é uma operação demorada, exigindo em geral algumas horas, a permanência acima da zona critica (900° a 1000°C) durante esse tempo produz no material uma granulação grosseira (superaquecimento) '", fig. 477. E' pois necessário regenerar a textura da peça cementada, isto é, tornar sua granulação mais miúda, por meio da uma normalização.

A camada periférica é agora mais dura e está em condições de ser endurecida ainda mais, se for submetida a uma tempera. Para isso, reaquece-se a peça a cerca de 770"C e tempera-se, fig. 478.

Como se vê na fig. 479, esta temperatura é suficiente para temperar a parte periférica de elevado teor de carbono, mas não altera muito as propriedades do núcleo da peça, que conserva assim a sua ductilidade.Poder-se-ia também, em lugar de recozi-la, temperá-la de mais ou menos 900° e depois reaquecé-la até uma temperatura mais baixa (770°, por exemplo) e temperá-la de novo. Este processo, também freqüentemente usado, é conhecido por dupla tempera e permite ao núcleo tomar uma estrutura fina e tenaz, e, à periferia, uma alta dureza. Em seguida faz-se sempre um revenido a 180° para o alivio de tensões. Esse tratamento diminuirá muito pouco a dureza da camada cementada.

A penetração do carbono é habitualmente de cerca de mm e convém que a passagem da camada cementada para a parte seja o quanto possível gradativa. Uma transição brusca pode acarretar o destacamento da camada cementada, principalmente quando a peça tiver de suportar choques na superfície. A espessura da camada cementada pode ser observada na fratura da peça e também micrograficamente, depois de um ataque com reativo de iodo, por exemplo, fig. 480. Ao microscópio pode-se apreciar com mais detalhe e observar melhor a transição entre a parte cementada e o núcleo (fig. 481).

Como a penetração do carbono é influenciada pela composição química do aço. é necessário que este esteja entre determinados limites para que se obtenha uma cementação satisfatória. Tem influência importante o próprio carbono já existente no aço e o manganês, cujos teores devem ser baixos. Certo teor de níquel é muitas vezes desejado, porque este

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elemento atenua o crescimento exagerado dos grãos pela longa permanência acima da zona crítica, além de aumentar a tenacidade do material

Quando, no esfriamento de um aço hipereutetóide (camada cementada, por exemplo), se forma uma orla de ferrita entre os grãos de perlita e a rede de cementita que os envolve, o aço é considerado anormal

Peças com essa textura tendem a apresentar "pontos moles" depoisde temperadas e a camada cementada é frágil.

A origem dessa textura ainda não foi satisfatoriamente explicada, admitindo-se, entretanto, que o oxigênio presente no aço, influa na sua formação.Além da cementação pelo carbono pode-se promover o endurecimento superficial por nitretação. ou por cianetação.

A nitretação consiste em aquecer as peças de aço em forno adequado, no qual é injetado amônia (gás). A temperatura conveniente à nitretação é de 500 a 550°C e sua duração e da ordem de dias (40 a 90 horas). A essa temperatura, a amônia (NH:t) ê decomposta e o nitrogênio penetra na camada periférica da peça, onde forma nitretos de alta dureza. Os aços que melhor se prestam para esse tratamento são conhecidos por "Nitralloy Steels" e contêm cromo, molibdèno, alumínio e um pouco de níquel. Antes da nitretação, as peças são em geral temperadas e revenidas, para assegurar um núcleo tenaz e tornar a textura da superfície mais propicia à nitretação, e, a seguir, são retificadas.As peças depois de nitretadas não precisam ser temperadas de novo e atingem, na sua superfície, dureza e resistência ao desgaste muito mais elevadas do que o máximo que se poderia obter pela tempera.

Como não precisam ser esfriadas rapidamente, não ficam com tensões internas apreciáveis e estão menos sujeitas a empenar, o que dispensa, em muitos casos, uma retificação posterior. Peças nitretadas conservam sua alta dureza mesmo depois de terem sofrido aquecimentos da ordem de 500°C, mas perdem-na a temperaturas mais elevadas. Só uma nova nitretação lhes restitue a dureza perdida.

A nitretação tem o inconveniente de formar uma camada muito delgada (apenas cerca de 0,5 mm para um tratamento de 40 horas) e de transição brusca para o material subjacente. Na cementação pelo carbono, essa transição é mais gradativa.

A cianetação é praticada mergulhando as peças em sais fundidos contendo cianetos, como por exemplo, o de sódio, a temperaturas entre 850 e 900°C. Por este processo as partes superficiais das peças absorvem, além do nitrogênio, também o carbono. As peças cianetadas são depois temperadas a partir do próprio banho, figs. 483 a 486. Quando há necessidade de temperar de novo uma peça cianetada, seu aquecimento deve ser feito num banho semelhante ao que serviu para a sua cianetação.

Os cianetos são sais extremamente tóxicos e seu manuseio exige certos cuidados.Há ainda outros processos para o endurecimento periférico, tais como recobrir a

superfície com uma camada de solda de aço duro, ou então produzir um aquecimento apenas superficial nas partes a endurecer e temperar imediatamente a região aquecida figs. 487 e 488. São processos relativamente modernos denominados pelos americanos "hard sürfacing" e "surface hardening". respectivamente, ao passo que a cementação, tal como foi descrita na página 289, eles denominam "case hardening".

O aquecimento superficial pode ser produzido por meio de maçaricos ou por meie de indução de uma corrente elétrica de alta freqüência.

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15.REVESTIMENTOS SUPERFICIAIS. SOLDAS. CALDEAMENTOS

Quando a superfície da peça é recoberta com uma camada de outro metal depositado por meio de jacto (metalização), seu aspecto é facilmente reconhecível ao.microscópio (fig. 489).

Depósitos eletrolíticos são em geral mais finos do que os obtidos por imersão e formam um película que acompanha todas as enfractuosidades da superfície da peça com espessura mais uniforme (figs. 490 e 491).O ferro eletrolítica. tal como é depositado, tem o aspecto da fig. 493; submetido a um recozimento. sua textura torna-se semelhante à do ferro puro obtido per fusão comum (fig. 494).

Depósitos de aço extra-doce ou de aço duro feitos por solda elétrica, tanto para restauração como para união, apresentam texturas características (figs. 495 e 496).Nas figs. 497 a 501 pode-se observar a zona de transição entre material depositado por solda e o material base, sem e com recozimento posterior. A fig. 503 mostra uma trinca com penetração de cobre, fato constatado debaixo da solda de um cabo de cobre a do s trilhos para uni-los elètricamente.

A seguir são apresentados vários exemplos de uniões por caldeamento: Exemplos de caldeamento bons, figs. 504 e também 505 (em ferro de pacote); fig. 506 (caldeamento de uma ferramenta) e fig. 507, outra ferramenta, depois de temperada; exemplos de caldeamento imperfeito apresentando óxidos na linha de união, fig. 508 e outro onde tratamento periférico (químico ou térmico) que lhe tenha alterado a textura nessa região.

O exame micrográfico de materiais assim tratados é habitualmente feito em secção normal à superfície da peça.

16.PIROMETRIA

Á medida das temperaturas altas empregadas na metalurgia e em outras atividades, é feita por meio de aparelhos chamados pirômetros. Estes aparelhos podem classificar-se em dois grandes grupos: os que precisam ficar com uma de suas partes no ambiente cuja temperatura se deseja conhecer que fazem essa medição à distância.

No primeiro grupe se sobressaem os pirômetros termoelétricos e o segundo abrange os diversos tipos de pirômetros óticos e de radiação.

a) Os pirômetros termoelétricos baseiam-se no seguinte:Quando dois fios de metais ou ligas diferentes estão soldados um ao outro por uma

de suas pontas, aparecerá uma diferença de potencial entre as extremidades livres, se estas estiverem a temperatura diferente da soldada

Boa diferença de potencial resulta de uma força eletromotriz que cresce com a diferença das temperaturas citadas e pode ser medida por meto de um potenciômetro. ou de um milivoltímetro (fig. 511).

Os fios assim soldados tomam o nome de par termo-elétrico A força eletromotriz é função da composição química do par e da temperatura e

assim sendo, escolher-se-á fios de metais ou ligas que possam dar um valor grande a essa diferença, para facilidade de sua medida.

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Como um par termo-elétrico precisa satisfazer certas condições ditadas pela prática, tais como facilidade de reprodução, boa resistência ao calor e à oxidação. constância do potencial termo-elétrico a cada temperatura e variação contínua com esta, inalterabilidade dessas características com o uso. o número de pares, que satisfazem simultaneamente a todas essas condições, é reduzido. Aqui serão citados apenas os mais usuais, com suas limitações. A fig. 512 representa gràficamente a força eletromotriz de diversos pares em função da temperatura. Para encontrar a força eletromotriz dos pares, basta subtrair algèbricamente os respectivos valores com relação à platina, tomada como referência, e representada pela linha horizontal.

A seguir é apresentada a composição química aproximada dos elementos desses pares.

O par permitindo medir temperaturas até 1100°C, satisfaz a grande maioria dos tratamentos térmicos. Sua diferença de potencial relativamente grande possibilita o emprego de instrumentos de construção bastante robusta para as condições de trabalhos das usinas.Infelizmente o par, que é utilizável até temperaturas de 1500°C, é muito dispendioso e requer manipulação mais cuidadosa. Além disso, sua pequena diferença de potencial exige um milivoltímetro muito mais sensível do que os outros pares e, portanto, de construção mais delicada, razão pela qual é mais empregado em trabalhos de laboratório. Para temperaturas dessa ordem e mais altas, recorre-se aos pirômetros óticos.

b) O segundo grupo engloba os pirômetros óticos e os de radiação.Entre os óticos distinguem-se os de desaparecimento do filamento e os de desaparecimento de um ponto. Os primeiros baseiam-se na comparação do brilho do filamento incandescente de uma lâmpada, com o emitido pelo objeto, ou interior do forno, quando aquecido acima de 700°C. Como a incandescência do filamento da lâmpada é suscetível de ser intensificada ou atenuada por meio de um reostato, é possívelfazer coincidir o brilho do filamento com o do ponto visado e, quando Isso se dá, não se vê mais o trecho do filamento que serve de referência. Um filtro monocromático vermelho de comprimento de onda de 0.65j., elimina a eventual diferença de cor entre as duas imagens que se procura comparar, sem acentuada redução na intensidade da radiação.

A fig. 513 mostra esquemàticamente no que consiste um pirômetro desse tipo. Para usá-lo, procura-se primeiramente ajustar a ocular pondo em foco o filamento da lâmpada, e, em seguida, focaliza-se aquilo cuja temperatura se deseja determinar, ajustando a objetiva. Com auxilio do reostato, faz-se a coincidência do brilho do filamento com o do objeto visado e lê-se no miliamperimetro a corrente que para isso é necessária. Como estes aparelhos são também graduados em graus, tem-se diretamente a temperatura.

Os pirômetros óticos servem para medidas de temperaturas de 700 a 2000°C. Para poupar a lâmpada e tornar mais precisas as comparações, o miliamperimetro dispõe, em geral, de duas escalas: uma de 700°C a 1400°C e outra de 1200°C a 2000°C. A segunda é utilizada com a interposição do filtro II.

Certos pirômetros óticos em lugar de medirem a intensidade da corrente com um miliamperimetro, o fazem com um dispositivo poten-ciométrico com escala em graus.

No pirômetro ótico de desaparecimento de ponto, utiliza-se apenas um ponto do filamento cujo brilho é mantido constante. Um filtro giratório e de intensidade crescente permite atenuar a intensidade da imagem visada até esta chegar a ter o mesmo brilho do ponto, momento em que a visibilidade deste desaparece. Para essa posição do filtro. faz-se a leitura da temperatura diretamente sobre a escala graduada em graus, solidária com ele.

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Os pirômetros baseados na comparação de brilhos' só podem ser utilizados para temperaturas acima de 700°C. porque para temperaturas mais baixas, a visibilidade da luz emitida não é suficiente. Os pirômetros de radiação são aparelhos destinados a medir a temperatura de um corpo, através da intensidade, em todos os comprimentos de onda. da radiação emitida por ele. Diferem dos pirômetros óticos, porque utilizam tanto a energia radiante visível, como as radiações não visíveis (dai o nome de pirômetros de radiação total).

São constituídos por um pequeno par termoelétrico colocado no foco de uma lente de quartzo, ou de um espelho parabólico. O par está ligado a um pequeno milivoltímetro, no interior do aparelho, já calibrado para indicar em graus a temperatura do campo visado.

Os pirômetros portáteis dispõem, em geral um visor para orientar convenientemente o aparelho para o campo cuja temperatura se quer determinar, fig. 514.Algumas causas de erro que independem dos aparelhos.

É importante notar que tanto os pirômetros óticos como os de radiação total só dão indicações exatas para radiações emitidas por um corpo negro, isto é, um corpo que seja capaz de absorver todas as radiações que sobre ele incidam.Somente para um corpo negro se pode estabelecer uma relação entre a intensidade de sua radiação e a sua temperatura.

Essa condição de corpo negro se verifica para os corpos reais, quando estes se acham em equilíbrio de temperatura no interior de um forno, pois nestas condições a parte da radiação que refletirem será idêntica à que deixam de emitir, caso contrário sua temperatura tornar-se-ia diferente da do meio.

Para medidas fora destas condições temos que levar em conta os coeficientes de emissividade determinados para cada caso. As indicações dos pirômetros óticos são razoavelmente exatas, somente quando aquilo, cuja temperatura se quer determinar, se acha em situação adequada, como, por exemplo, no interior de um forno e, assim mesmo, ao abrigo de fumaça e do reflexo de chamas.

Todas as medidas tomadas fora do forno, ainda que dentro de uma usina pouco iluminada, estão sujeitas a muitas causas de erro, entre as quais estão a luz do ambiente, a casca de oxido que se forma sobre o material, ou a escória no caso do material estar líquido, que afetam o complexo fator emissividade.

Os pirômetros de radiação também estão sujeitos a erros devidos às mesmas causas que afetam os pirômetros óticos e mais algumas, como a distância do aparelho ao objeto, insuficiência do tamanho do campo sobre o qual se vai proceder a medida, etc. Entretanto, em muitas atividades industriais não é sempre necessário saber-se a temperatura verdadeira para o produto em fabricação resultar bom Freqüentemente, basta que a temperatura aparente acusada pelo pirômetro (sempre o mesmo e usado da mesma forma) se conserve entre determinados limites fixados pela prática.

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tratamento termico

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