PRINCÍPIOS DA ENGENHARIA E CIÊNCIAS DOS MATERIAIS. Cláudio Messias da Silva

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1 PRINCÍPIOS DA ENGENHARIA E CIÊNCIAS DOS MATERIAIS Cláudio Messias da Silva A produção siderúrgica brasileira vem se firmando nos últimos anos. A produção atual ultrapassa a milhões de toneladas e, face à preocupação dos setores responsáveis e dos maciços investimentos programados, é de se admitir que algumas metas de produção sejam alcançadas. Em números absolutos, situa-se, pois, o Brasil desde já com um produtor importante, principalmente se considerar que essas cifras se avizinham daquelas relativas a paises de grande tradição siderúrgica. Na indústria siderúrgica, papel destacado é o desempenhado pelos chamados aços especiais, compreendendo-se nessa denominação não só os aços ligados, isto é aqueles em que elementos de liga são propositadamente adicionados para modificar sua propriedade mecânica ou conferir característicos especiais ao material, como também certos aços simplesmente ao carbono que, entretanto, exigem cuidados especiais de fabricação e que são utilizados para fins especiais. A indústria de transporte é a maior consumidora dos aços não comuns. Avalia-se que somente na indústria automobilística, a incidência do consumo de aços não comuns, sobre o total do aço necessário, ultrapassa, em alguns casos, 40 %. Assim sendo, -e essencial o perfeito conhecimento da pratica do tratamento, tendo em vista os resultados desejados, assim como é essencial que a aplicação do material tenha sido perfeitamente estudada, para que sua seleção e o seu processamento térmico sejam convenientemente planejados e executados. Com tais cuidados - seleção adequada do tipo de aço, práticas corretas do tratamento térmico e aplicação exata dos materiais muitos problemas são evitados e, provavelmente, os atritos às vezes comuns entre alguns produtores e consumidores poderão ser evitados. A versatilidade dos aços como materiais estruturais é evidenciada pelos muitos tipos de aço que são manufaturados. De um lado, temos os aços doces usados em aplicações que exigem estampagem profunda, como pára-lamas de automóveis e portas de geladeiras. De outro lado temos os aços duros e tenazes usados na fabricação de engrenagens e esteiras para tratores. Alguns aços possuem uma resistência a corrosão anormalmente elevada. Aços para certas aplicações elétricas, como, por exemplo, placas de transformadores, devem ter características magnéticas especiais, de forma que possam se magnetizados muitas vezes por segundo com perdas e potências baixa. Outros aços devem ser completamente não-magnéticos para aplicações tais como componentes de relógios e detectores de minas. Os diagramas de fase podem ser usados para ajudar a explicar cada uma das características descritas acima. INTRODUÇÃO AÇOS O aço é uma liga de natureza relativamente complexa e sua definição não é tão simples, visto que, a rigor, os aços comerciais não são ligas binárias: de fato, apesar dos seus principais elementos de liga ser, o ferro e o carbono, eles contem sempre outros elementos secundários, presentes devido aos processos de fabricação. Nessas condições à definição adotada neste texto é a seguinte. Aço é a liga ferro-carbono contendo geralmente 0,008 % até aproximadamente 2,0 % de carbono, além de certos elementos residuais, resultantes dos processos de fabricação. O limite inferior 0,008 % corresponde à máxima solubilidade do carbono no ferro à temperatura ambiente e o limite superior 2,0 % correspondente a máxima quantidade de carbono que se dissolve no ferro e que ocorre a 1147 ºC. Essa quantidade máxima de 2,0 % depende, por outro lado, da presença ou não nos aços de elementos de liga ou da presença dos elementos residuais em teores superiores aos normais. Nessas condições será necessária, para se ter uma definição mais precisa considerar dois tipos fundamentais de aços: Aços-carbono liga ferro carbono contendo geralmente 0,008 % até cerca de 2,0 % de carbono, além de certos elementos residuais resultantes dos processos de fabricação Aço-liga aço-carbono que contém outros elementos de liga ou apresenta os elementos

2 residuais em teores acima dos que são considerados normais. Alotropia do ferro puro o ferro é um metal que se caracteriza por apresentar varias fases alotrópicas. A temperatura ou ponto de fusão do ferro é 1535 ºC, abaixo dessa temperatura, o ferro cristaliza de acordo com um reticulado cúbico de corpo centrado e a forma alotrópica correspondente é chamada delta. Essa forma persiste estável até que se alcance a temperatura de cerca de 1390 ºC, nesse instante, ocorre uma re-disposição espontânea dos átomos e forma-se um novo reticulado, o cúbico de face centrada que corresponde à forma alotrópica do ferro chamada de gama. Declinando mais a temperatura, a cerca de 910 ºC ocorre nova transposição alotrópica, com novo re-arranjo atômico, voltando o reticulado à re-adquirir a forma cúbica de corpo centrado, essa forma alotrópica é chamada alfa. Abaixo de 910 ºC, não ocorre mais qualquer re-arranjo atômico. Não surge, pois nenhuma nova forma alotrópica. Entretanto, a cerca de 768 ºC verifica-se uma outra transformação, ou seja o ferro começa a comportar-se ferromagneticamente. O referido diagrama ferro carbono corresponde à liga binária Fe-C apenas; os aços comerciais, entretanto, não são de fato ligas binárias, pois neles estão presentes sempre elementos residuais devido aos processos de fabricação tais como fósforo, enxofre, silício e manganês. A presença desses elementos nos teores normais pouco afeta, contudo, o diagrama Fé-C. O ponto A corresponde ao ponto de fusão do ferro puro, isto é 1534 ºC, ainda impreciso, ao ponto de fusão do Fe 3 C carboneto de ferro. O ponto corresponde a 0,8 % de carbono; as ligas com essa composição são chamadas de ligas eutetóides. As ligas formadas pelo lado esquerdo ao ponto S, com porcentagens de carbono inferiores a 0,8 % são chamadas de ligas hipo-eutetóides e as ligas formadas pelo lado direito ao ponto, com porcentagens de carbono acima de 0,8 % são chamadas de ligas hiper-eutetóides. O ferro puro, como se sabe, apresenta-se até 910 ºC sob a forma alotrópica alfa e se a partir de 910 ºC até 1390 ºC no estado alotrópico gama. Essas formas alotrópicas se caracterizam por possuírem reticulados cristalinos diferentes: o ferro alfa, reticulado cristalino cúbico de corpo centrado e o ferro gama, reticulado cristalino cúbico de face centrada. A principal conseqüência desse fato de grande importância prática nos tratamentos térmicos das ligas ferro-carbono, é a seguinte: o ferro gama pode manter em solução o carbono, ao que o ferro alfa não. A solução sólida do carbono no ferro gama é chamada austenita. Esse constituinte, portanto, no diagrama de equilíbrio Fe-C, somente aparece a temperaturas elevadas. Entretanto, a solubilidade do carbono no ferro gama não é ilimitada. Ela é máxima a 1147 ºC e corresponde a 2,0 % de carbono. À medida que cai a temperatura a partir de 1147 ºC, a quantidade de carbono que é solúvel no ferro gama é cada vez menor, até que a 723 ºC ela é de apenas 0,8 %. Propriedades dos constituintes dos aços e sua influência sobre os característicos mecânicos dos mesmos. Os elementos constituintes básicos dos aços são, pois, austenita, ferrita, cementita e perlita.

3 A austenita (nome do metalurgista inglês Roberts-Austen) nos aços-carbono comuns, só é estável acima de 723 ºC consta de uma solução sólida de carbono no ferro gama e apresenta uma estrutura de grãos poligonais irregulares; possui boa resistência mecânica e apreciável tenacidade; não é magnética. A ferrita (do latim ferrum ) é ferro no estado alotrópico alfa, contendo em solução traços de carbono; apresenta também uma estrutura de grãos poligonais irregulares; possui baixa dureza e baixa resistência à tração, cerca de 28 kg/mm 2, mas excelente resistência ao choque e elevado alongamento. A cementita (do latim caementum ) é o carboneto de ferro Fe 3 C contendo 6,0 % de carbono; muito dura, quebradiça, é responsável pela elevada dureza e resistência dos aços de alto carbono, assim como pela sua menor ductilidade. A perlita é a mistura mecânica de aproximadamente de 88 % de ferrita e 12 % de cementita, na forma de laminas finas (de espessura raramente superior a um milésimo de milímetro) dispostas alternadamente. As propriedades mecânicas da perlita são, portanto, intermediárias entre as da ferrita e da cementita, dependendo, entretanto, do tamanho das partículas de cementita. A transformação da austenita em perlita contendo ferrita e cementita é típica de muitas reações no interior de sólidos, ou seja, começa nos contornos dos grãos e prossegue em direção ao seu centro, o que é de esperar-se, pois os átomos nos contornos dos grãos apresentam maiores energias que os átomos dentro dos grãos. O teor de 2,0 % de carbono, correspondente é adotado como separação teórica entre os dois principais produtos siderúrgicos: Aços - teores de carbono até 2,0 %. Ferros fundidos teores de carbono acima de 2,0 %. Em resumo a constituição estrutural à temperatura ambiente das ligas ferro-carbono de 0 até 2,0 % de carbono, esfriadas lentamente a partir de temperaturas acima da zona crítica, é a seguinte: Ferro comercialmente puro - ferrita. Aços hipo-eutetóides (até 0,8 % de C) ferrita e perlita. Aços eutetóides (0,8 % de carbono) perlita. Aços hiper-eutetóides (0,8 a 2,0 % de C) perlita e cementita. Os aços hipo-eutetoides apresentarão tanto maior quantidade de ferrita quanto menos carbono contiver e os aços hiper-eutetóides tanto maior quantidade de cementita quanto mais se aproximarem do teor 2,0 % de carbono. NOMECLATURA DOS AÇOS A importância do carbono no aço tornou desejável que se dispusesse de uma forma para designar os diferentes tipos de aço, na qual se pudesse indicar o teor de carbono. Usa-se um conjunto de quatro algarismos, no qual os dois últimos indicam o número de centésimos de por cento, correspondente ao teor de carbono, vide tabela abaixo: Número AISI ou SAE Composição 10xx Aço-carbono simples 11xx Aço-carbono (resulfurizado para boa usinabilidade). 13xx Manganês (1,5 a 2,0 %) 23xx Níquel (3,25 a 3,75 %) 31xx Níquel (1,10-1,40), cromo (0,55-0,90%), 33xx Níquel (3,25-3,75%), cromo (1,40-1,75%) 40xx Molibdênio (0,20 0,30%) 41xx Cromo (0,40-1,20%), molibdênio (0,08-0,25%) 43xx Níquel (1,65-2,00), cromo (0,40-0,90), molibdênio (0,20-0,30%) 46xx Níquel (1,40-2,00), molibdênio (0,15-0,30%). 48xx Níquel (3,25-3,75), molibdênio (0,20-0,30%) 51xx Cromo (0,70-1,20%) 61xx Cromo (0,70-1,00%), vanádio (0,10%) 81xx Níquel (0,20-0,40), cromo (0,30-0,55%), molibdênio (0,08-0,15). Níquel (0,30-0,70%), cromo 86xx (0,40-0,85%), molibdênio (0,08-0,25%). Níquel (0,40-0,70%), cromo 87xx (0,40-0,60), molibdênio (0,20-0,30%). 92xx Silício (1,80-2,20). Por exemplo, um aço 1040 possui 0,40 % de carbono. Os dois primeiros algarismos indicam o tipo do elemento de liga adicionado ao ferro e carbono. A classificação (10xx) é reservada para os aços-carbono comuns, com um mínimo de outros elementos de liga. Essas designações são aceitas como padrão pelo AISI ( American Iron and Steel Institute ) e pela SAE ( Society of Automotive Engineers ). Muitos dos aços comerciais não se incluem nesta classificação, quer em virtude das composições não se encaixarem nos tipos previstos, quer envolver faixas menores de variação dos teores dos elementos de liga. TRATAMENTO TÉRMICO DOS AÇOS Tratamento térmico é o conjunto de operações de aquecimento e resfriamento a que são

4 submetidas os aços, sob condições controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de esfriamento, com o objetivo de altera as suas propriedades ou conferir-lhes característicos determinados. As propriedades dos aços dependem, em principio, da sua estrutura, os tratamentos térmicos modificam, em maior ou menor escala, a estrutura dos aços, resultando, em conseqüência na alteração, mais ou menos pronunciada, de suas propriedades. Pelo exposto acima se pode perfeitamente avaliar a importância dos tratamentos térmicos, sobretudo nos aços de alto carbono e nos que apresentam também elementos de liga. De fato se geralmente muitos aços de baixo e médio carbono são usados nas condições típicas do trabalho a quente, isto é, nos estado forjado e laminado, quase todos os aços de alto carbono ou com elementos de liga, são obrigatoriamente submetidos a tratamentos térmicos antes de serem colocados em serviço. Os principais objetivos dos tratamentos térmicos são os seguintes: Remoção de tensões internas (oriundas de esfriamento desigual, trabalho mecânico ou outra causa). Aumento ou diminuição da dureza. Aumento da resistência mecânica. Melhora da ductilidade. Melhora da usinabilidade. Melhora da resistência ao desgaste. Melhora das propriedades de corte. Melhora da resistência à corrosão. Melhora da resistência ao calor. Modificação das propriedades elétricas e magnéticas. Em geral a melhora de uma ou mais propriedades mediante um determinado tratamento térmico é conseguida com prejuízo de outras. Por exemplo, o aumento da ductilidade provoca simultaneamente queda nos valores de dureza e resistência à tração. E necessário, pois que o tratamento térmico seja escolhido e aplicado criteriosamente, m pra que os inconvenientes apontados sejam reduzidos ao mínimo. Não se verifica pela simples aplicação de um tratamento térmico, qualquer alteração da composição química do aço. FATORES DE INFLUÊNCIA NOS TRATAMENTOS TÉRMICOS Antes de serem definidos e descritos os vários tratamentos térmicos, será feita uma rápida recapitulação dos diversos fatores que devem ser levados em conta na sua realização. Representando o tratamento térmico um ciclo tempo-temperatura, os fatores a serem inicialmente considerados são: aquecimento, tempo de permanência à temperatura e resfriamento. Além desses, outro de grande importância é a atmosfera do recinto de aquecimento, visto que a sua qualidade tem grande influencia sobre os resultados finais dos tratamentos térmicos. Aquecimento o caso mais freqüente de tratamento térmico do aço é alterar uma ou diversas de suas propriedades mecânicas, através de uma determinada modificação que se processa na sua estrutura. Assim sendo, o aquecimento é geralmente realizado a uma temperatura acima da crítica, porque então se tem completa austenitização do aço, ou seja, total dissolução do carboneto de ferro (Fe 3 C) no ferro gama: essa austenitização é, como se viu o ponto de partida para as transformações posteriores desejadas, as quais se processarão em função da velocidade de esfriamento adotada. Na fase de aquecimento, dentro do processo de tratamento térmico, devem ser apropriadamente consideradas a velocidade de aquecimentos e a temperatura máxima de aquecimento. A velocidade de aquecimento embora na maioria dos casos seja fator secundário apresenta certa importância, principalmente quando os aços estão em estado de tensão interna ou possuem tensores residuais devidas ao encruamento prévio dos grãos. Resfriamento é o fator mais importante, pois é ele que determinará efetivamente a estrutura e, em conseqüência, as propriedades finais dos aços. Os meios de esfriamentos usuais são: ambiente do forno, ar e meios líquidos. O resfriamento mais brando é, evidentemente, o realizado no próprio interior do forno e ele se torna mais severo á medida que se passa para o ar ou para um meio liquido, onde a extrema agitação dá origem aos meios de resfriamento mais drásticos ou violentos. Por outro lado, outras vezes a forma da peça é tal que um resfriamento mais drástico, como em água, pode provocar conseqüências inesperadas e resultados indesejáveis tais como empenamento e mesmo ruptura da peça. Um meio de resfriamento menos drástico, como óleo, seria o indicado sob o ponto de vista de empenamento ou ruptura, porque reduz o gradiente de temperatura apreciavelmente durante o resfriamento, mas pode não satisfazer sob o ponto de vista de profundidade de endurecimento. E preciso então, conciliar as duas coisas: resfriar adequadamente para obtenção da estrutura e dados propriedades desejadas à profundidade prevista e, ao mesmo tempo, evitar empenamento, distorção ou mesmo ruptura da peça quando submetida ao resfriamento. Tal condição se consegue com a escolha apropriada do aço.

5 Os meios de resfriamento mais comumente utilizados são: soluções aquosas, água, óleo e ar. Os meios mais drásticos são as soluções aquosas de vários tipos. Há diferenças de comportamento entre vários tipos de óleo, devido, sobretudo à diferença de viscosidade e as características de formação de vapor dos mesmos. A água, à medida que se aquece, perde sua eficácia, fato esse que não deve ser esquecido ao usar-se esse liquido com meio de resfriamento, pois se o seu volume não for suficiente ela se aquecerá excessivamente, perdendo rapidamente a sua eficácia, evita-se esse inconveniente pelo uso de água corrente em vez de água em repouso, ou pelo seu resfriamento continuo. No caso dos óleos, o efeito da temperatura não é tão sensível, mas como medida de segurança, deve-se evitar que sua temperatura suba muito, para o que se utiliza frequentemente um sistema apropriado de circulação. Os tratamentos térmicos usuais dos aços são: recozimento, normalização, tempera, revenido, coalescimento e os tratamentos isotérmicos. Outro fator importante é o efeito da velocidade de resfriamento que atua sobre a transformação da austenita. Os constituintes resultantes da transformação da austenita ferrita, cementita e perlita, de acordo com sua quantidade relativa, permitem uma variação nas propriedades mecânicas dos aços. Esse efeito dos constituintes obtidos pela decomposição lenta da austenita sobre as propriedades mecânicas dos aços, se bem apreciável, está longe de comparar-se, entretanto, ao efeito que pode ser conseguido pelo rápido esfriamento da austenita. De fato, a formação da ferrita e da cementita e consequentemente da perlita exigem a mudança do reticulado cristalino do ferro, assim como o movimento de átomos, através da austenita sólida, tais modificações levam tempo. Em conseqüência, se for aumentada à velocidade de esfriamento da austenita, ou seja, se o aço é esfriado mais rapidamente, não se dá tempo suficiente para uma completa movimentação atômica e as reações de transformações da austenita se modificam, podendo mesmo deixar de formar os constituintes normais como a perlita e surgirem novos constituintes, de grande importância para a aplicação dos aços. Seja um aço eutetóide, esse aço apresenta uma única temperatura critica a 723ºC. Abaixo dessa temperatura tem-se só perlita, em condições de esfriamento extremamente lento. Com velocidades de esfriamento cada vez maiores, o produto que resulta da transformação, até certa velocidade de esfriamento, ainda é perlita. Ao se atingir certa velocidade, a uma temperatura mais baixa, aparece junto com a precedente, uma nova transformação, dando origem a uma constituinte completamente diferente, a martensita. Dentro de certa faixa de velocidade de esfriamento há, portanto, formação simultânea de constituintes, perlita e martensita. Finalmente, para certa velocidade de esfriamento, desaparece inteiramente a primeira transformação e cessa, portanto, a formação da perlita; permanece só a segunda transformação, tendo como produto resultante a martensita. A velocidade de resfriamento em que isso acontece dá-se o nome de velocidade crítica de esfriamento, de grande importância no estudo dos tratamentos térmicos dos aços. Constituintes resultantes da transformação da austenita e seus característicos. Logo abaixo da temperatura de 723ºC a velocidade de transformação é muito baixa, forma-se perlita lamelar, de granulação grosseira e de baixa dureza (Rockwell C de 5 a 20). À medida que a temperatura cai, em torno de 550 ºC, a perlita que se forma adquire textura cada vez mais fina e dureza cada vez mais elevada, Rockwell C de 30 a 40, ou cerca de 400 Brinell. Para diferenciá-lo da perlita lamelar normal, esse constituinte é chamado de perlita fina. É a forma mais dura da perlita e a que apresenta as lamelas mais finas. A espessura é tão pequena, que dificilmente elas são perceptíveis ao microscópio. Á temperatura entre 550 e 220 ºC, novamente há necessidade de um tempo mais longo para se iniciar a transformação da austenita. Nessa faixa de temperaturas o produto de transformação resultante varia de aspecto, desde um agregado de ferrita em forma de pena e carboneto de ferro muito fino, em torno de 450 ºC ate um constituinte em forma de agulha com coloração escura (em torno de 200 ºC) e sua dureza varia de 40 a 60 Rockwell C. Finalmente, na faixa de temperatura em torno de 200 ºC a 100 ºC forma-se um constituinte novo, totalmente diverso dos anteriores, cuja formação depende exclusivamente da temperatura a martensita. Apresenta-se em agulhas, mas com coloração mais clara. A verdadeira natureza da martensita não foi convenientemente explicada durante muito tempo. Sabendo-se que a estrutura martensítica doa aços temperados é magnética,

6 chega-se à conclusão que o reticulado da martensita assemelha-se ao do ferro alfa. Recozimento - é o tratamento térmico que é realizado com o fim de alcançar um ou vários dos seguintes objetivos: Remover tensões devidas aos tratamentos mecânicos a frio ou a quente. Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade do aço Alterar as propriedades mecânicas como resistência e ductilidade. Ajustar o tamanho de grão. Eliminar enfim os efeitos de quaisquer tratamentos térmicos ou mecânicos a que o aço tiver sido anteriormente submetido. Recozimento total ou pleno consiste no aquecimento do aço acima da zona crítica, durante o tempo necessário e suficiente para se ter solução do carbono ou dos elementos de liga no ferro gama, seguido de um resfriamento muito lento, realizado ou mediante controle da velocidade de resfriamento do forno, ou desligando-se o mesmo e deixando que o aço resfrie ao mesmo tempo que o forno. Os constituintes estruturais que resultam do recozimento pleno são: perlita e ferrita para os aços hipo-eutetóides, cementita e perlita para os aços hiper-eutetóides e perlita para os aços eutetóides. Recozimento para alívio de tensões - consiste no aquecimento do aço a temperaturas abaixo do limite inferior da zona crítica. O objetivo é aliviar as tensões originadas durante a solidificação ou produzidas em operações de transformação mecânica a frio, como estampagem profunda, e ou em operações de endireitamento, corte por chama, soldagem ou usinagem. Essas tensões começam a ser aliviadas a temperaturas logo acima da ambiente; entretanto, é aconselhável aquecimento lento até pelo menos 500 ºC para garantir os melhores resultados. De qualquer modo, a temperatura de aquecimento deve ser mínima compatível com o tipo e as condições da peça, para que não se modifique sua estrutura interna, assim como não se produzam alterações sensíveis de suas propriedades mecânicas. Normalização consiste no aquecimento do aço a uma temperatura acima da zona crítica, seguido de resfriamento ao ar. A normalização visa refinar a granulação grosseira de peças de aço fundido principalmente, frequentemente, e com o mesmo objetivo, a normalização é aplicada em peças depois de laminadas ou forjadas. O tratamento melhora também a uniformidade da microestrutura. A normalização e ainda usada como tratamento preliminar a tempera e revenido justamente par reproduzir estrutura mais uniforme do que a obtida pro laminação, por exemplo. Além de reduzir a tendência ao empenamento e facilitar a solução de carbonetos e elementos de liga. Sobretudo nos aços-liga, quando os mesmo são esfriados lentamente após a laminação, os carbonetos tendem a ser maciços e volumosos, difíceis de dissolver em tratamentos posteriores de austenitização. A normalização corrige esse inconveniente. Os constituintes que se obtém na normalização são ferrita e perlita fina, perlita fina ou cementita e perlita fina. Tempera - consiste no resfriamento rápido do aço de uma temperatura superior a sua temperatura crítica. O objetivo precípuo da tempera é a obtenção da estrutura martensítica. Como na tempera o constituinte final desejado é a martensita, os objetivos desta operação, sob o ponto de vista de propriedades mecânicas, é o aumento do limite de resistência à tração do aço e da sua dureza, na realidade, o aumento da dureza deve verificar-se até uma determinada profundidade. Resultam da tempera também a redução de ductilidade (baixos valores de alongamento e estricção), da tenacidade e o aparecimento de apreciáveis tensões internas. Tais inconvenientes são atenuados ou eliminados pelo revenido. Para que a tempera seja bem sucedida vários fatores devem se levados em conta. Inicialmente, a velocidade de esfriamento deve ser tal que impeça transformação da austenita nas temperaturas mais elevadas, em qualquer parte da peça que se deseja endurecer. De fato as transformações da austenita nas altas temperaturas podem dar como resultado, estruturas mistas, as quais ocasionam o aparecimento de pontos moles alem de conferirem ao aço, baixos valores para o limite de escoamento e para resistência ao choque. Portanto, a secção das peças constitui outro fator importante porque pode determinar diferenças de esfriamento entre a superfície e o centro. Em pequenas ou de pequena espessura, essa diferença é desprezível. O mesmo, contudo, não se dá com peças de grandes dimensões, no centro das quais, a velocidade de esfriamento é menor do que na superfície resultando estruturas de transformação mistas, a não ser que o teor de elementos de liga do aço seja suficiente para impedir essa transformação e produzir somente a estrutura martensítica. As vezes, por outro lado, é conveniente um núcleo mais mole e, então, escolhe-se um aço e uma velocidade de esfriamento que produzam superfícies duras e núcleos naquelas condições.

7 A razão da alta dureza da martensita já foi estudada, para manter clareza será repetida e ampliada a seguir: O carbono dissolve-se prontamente no fero gama, mas praticamente insolúvel no ferro alfa. Os átomos de carbono no ferro gama se distribuem nos espaços entre os átomos de ferro, isto é, no interior das unidades cúbicas de face centrada. Entretanto, os espaços entre os átomos de ferro no reticulado cúbico centrado do ferro alfa são incapazes de acomodar átomos de carbono sem que se produza considerável deformação do reticulado. Esse é o motivo da baixa solubilidade do carbono no ferro alfa. Quando a austenita é resfriada a uma temperatura em que não é mais estável, o ferro gama passa a alfa e o carbono é expulso da solução sólida, combinando-se com o ferro de modo a formar o carboneto Fe 3 C. Este Fe 3 C possui um reticulado complexo como poucos planos de escorregamentos e é extremamente duro. Com o ferro forma, como se sabe o constituinte perlita. Quando se aumenta a velocidade de esfriamento da austenita, ode-se chegar a uma velocidade tão alta que não permite a expulsão do carbono da solução sólida para formar o Fe 3 C, verificando-se somente passagem da forma alotrópica do ferro de gama a alfa. Tem-se, então, uma solução sólida supersaturada de carbono em ferro alfa, constituindo a martensita, cuja extrema dureza deve ser atribuída à distorção do reticulado cúbico centrado, causada pela supersaturação. Admite-se hoje que a martensita apresenta uma estrutura tetragonal centrada e não cúbica formada por um movimento de átomos em planos específicos da austenita. Essa estrutura está sujeita a micro-tensões elevadas e se apresenta também supersaturada de carbono ou contém partículas de carbonetos grandemente dispersas. Como já foi mencionado a martensita é constituinte mais duro e mais frágil dos aços. resistência ao choque, que a mesma de inicio aumenta, para a seguir, entre as temperaturas de 200 ºC e 300 ºC mais ou menos, decrescer, para finalmente aumentar rapidamente e definitivamente. Deve-se, pois, evitar a mencionada faixa de temperaturas no revenido. Por outro lado, recomenda-se revenir logo após a tempera, para diminuir a perda de peças por ruptura, a qual pode ocorrer se aguardar muito tempo para realizar o revenido. O aquecimento da martensita permite a reversão do reticulado instável ao reticulado estável cúbico centrado, produz reajustamentos internos que aliviam as tensões e, além disso, uma precipitação de partículas de carbonetos que crescem e se aglomeram, conforme a temperatura e o tempo. Conforme a temperatura de revenido verifica-se as seguintes transformações: Entre 150 ºC e 230 ºC, o reticulado tetragonal torna-se cúbico, qualquer austenita residual se transforma, certa quantidade de carbonetos precipita-se, o que produz uma estrutura que, quanto atacada por reagente adequado, aparece escura, donde a denominação de martensita preta. Revenido é o tratamento térmico que normalmente sempre acompanha a tempera, pois elimina a maioria dos inconvenientes produzidos por ela, além de aliviar ou remover as tensões internas, corrige as excessivas dureza e fragilidade do material, aumentando sua ductilidade e resistência ao choque. Verifica-se pelo exame da curva relativa a

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