INSPETOR DE SOLDAGEM NÍVEL 1

INSPETOR DE SOLDAGEM NÍVEL 1 (APOSTILA 3) PARTE 1 METALURGIA PARTE 2 ENSAIOS MECÂNICOS Connection Brasil Ltda. Todos os direitos reservados atendimento@connectionbrasil.com APOSTILA DEMONSTRATIVA CONTENDO APENAS ALGUNS TRECHOS DA MATÉRIA METALURGIA

CURSO DE INSPETOR DE SOLDAGEM NÍVEL 1 PARTE 1 METALURGIA CAPÍTULO 1 Metalurgia CAPÍTULO 2 Controle de Deformações CAPÍTULO 3 Metais de Base PARTE 2 PÁGINA 109 2

CAPÍTULO 1 METALURGIA 3

SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 6 2 ESTRUTURAS CRISTALINAS 6 2.1 Cúbica de face centrada C F C 7 2.2 Cúbica de corpo centrado C C C 8 2.3 Hexagonal compacta H C 8 2.4 Tetragonal de corpo centrado T C C 8 3 ALOTROPIA DO FERRO 9 4 LIGAS METÁLICAS FASES 10 4.1 Solução Sólida 11 4.2 Composto Químico 12 4.3 MISTURA MECÂNICA 12 5 NUCLEAÇÃO 12 5.1 Criação e Formação de Grão 12 5.2 Contorno de Grão 13 6 IMPERFEIÇÕES CRISTALINAS E MOVIMENTOS ATÔMICOS 14 6.1 Discordâncias 14 6.2 Difusão 15 7 DIAGRAMA DE FASE 15 7.1 Regra de Alavanca 23 8 QUADRO DE RESUMO 25 9 DIAGRAMAS FORA DO EQUILÍBRIO 26 9.1 Curvas T T T Tempo Temperatura Transmissão 26 9.2 Curvas C C T Transformação sob Resfriamento Contínuo 33 10 CONSIDERAÇÕES METALÚGICAS DURANTE A SOLDAGEM 35 11 APORTE TÉCNICO E ENERGIA DE SOLDAGEM 37 12 FLUXO DE CALOR 38 12.2 Ciclo Térmico de Soldagem 38 12.2 Repartição Térmica 40 12.3 Fatores de Influência 41 13 ELABORAÇÃO DA ZONA FUNDIDA 41 13.1 Volatização 42 13.2 Reações Químicas 42 13.3 Precipitação de Composto de Solução Sólida e Fases Pré-fusíveis 43 14 SOLIDIFICAÇÃO DA ZONA FUNDIDA 44 14.1 Processo de Epiláxia 44 14.2 Crescimento Competitivo 44 14.3 Técnica Passe Simples e Multi-passe 45 15 FISSURAÇÃO 45 15.1 Fissuração a Frio 46 15.2 Fissuração a Quente 49 15.3 Fissuração Lamelar 49 15.4 Fissuração por Corrosão sob Tensão 50 16 PRÉ-AQUECIMENTO E PÓS-AQUECIMENTO 51 17 ORIGEM DAS TENSÕES RESIDUAIS 51 17.1 Analogia das Barras Aquecidas 51 17.2 Repartição Térmica 52 18 TRATAMENTO TÉRMICO 52 18.1 Alívio de Tensões 52 18.2 Recozimento 53 18.3 Normalização 53 18.4 Têmpera 53 18.5 Revenimento / Revenido 54 4

19 SOLDABILIDADE PARTICULARIDADES E CARACTERÍSTICAS DOS AÇOS 55 19.1 Aços Carbono 55 19.2 Aços de Baixa Liga 56 19.3 Aços de Liga Média 56 19.4 Aços Inoxidáveis 57 19.5 Aplicações dos Aços Inoxidáveis 57 19.6 Aços Inoxidáveis Austeníticos 58 19.7 Aços Inoxidáveis Ferríticos 59 19.8 Aços Inoxidáveis Martensíticos 59 20 DIAGRAMA DE SHAFEFFLER 59 21 EXERCÍCIOS SOBRE METALURGIA DA SOLDAGEM 63 5

1 INTRODUÇÃO O comportamento dos metais durante a soldagem, os efeitos da soldagem sobre a estrutura, sobre as propriedades dos metais e para o desenvolvimento de novas ligas metálicas e/ou para elaborar um melhor procedimento de soldagem é estudado pela Metalurgia da Soldagem. O estudo da metalurgia física dos metais é de extrema importância uma vez que as propriedades físicoquímicas dos metais, e especialmente as propriedades mecânicas e metalúrgicas são sobremaneira influenciadas pela estrutura cristalina e pela estrutura metalográfica. Fenômenos como difusibilidade térmica, coeficiente de expansão térmica, dureza e etc, as estruturas cristalinas são as responsáveis. sendo que, em alguns casos, é possível explicar algumas das propriedades dos materiais através do conhecimento de sua estrutura cristalina. Todos os metais possuem características que precisam ser consideradas com muito cuidado antes da soldagem, pois se forem desprezadas podemos ter como resultado: trinca, porosidade, e uma solda que não atende aos requisitos de resistência mecânica e descontinuidades aceitáveis, ou num caso mais extremo uma junção de dois ou mais defeitos que tenham como conseqüência a ruptura da junta soldada, quando em serviço. É importante para o profissional da área de soldagem ter conhecimento, ainda que superficial, do comportamento estrutural e metalúrgico dos metais a serem soldados, e para isto é necessário entender as transformações que ocorrem ao nível atômico e metalográfico em um dado metal, sendo estes fenômenos dependentes de tempo, temperatura e transformação. Os processos metalúrgicos que ocorrem durante a soldagem são semelhantes aos que ocorrem durante a fabricação da maioria dos produtos siderúrgicos e metálicos, sendo eles: Fusão e solidificação; Acúmulo de tensões e contração; Oxidação, contaminação e purificação refino; Correção do banho metálico através da introdução de elementos de liga que auxiliam as propriedades desejadas; Mudanças de temperatura, mudança de fase; Desgaseificação, etc. Estes processamentos metalúrgicos apresentam uma desvantagem. Todos esses fenômenos ocorrem em um tempo que varia de alguns segundos a no máximo alguns minutos. Portanto são condições fora do equilíbrio. Isto nos mostra como é necessário atender às exigências requeridas por um procedimento de soldagem para que se obtenha uma solda de qualidade que atenda aos requisitos dos códigos/normas de projeto. 2. ESTRUTURAS CRISTALINAS Os metais são sólidos cristalinos, onde seus átomos no estado sólido estão arranjados numa ordem de longo alcance de maneira a formar uma estrutura cristalina. Isto ocorre pois seus átomos se organizam num arranjo espacial repetitivo e que surge de forma progressiva durante o processo de solidificação. Os átomos vibram apenas em torno de suas posições de equilíbrio, posições fixas na rede cristalinas. Quando estão em estado líquido os metais não possuem arranjo atômico, porém à medida que a temperatura do metal líquido em dado processo de resfriamento se aproxima do ponto de solidificação vai-se formando um certo arranjo atômico numa ordem de curta distância em que a estrutura apresenta-se bastante similar a do sólido. O metal começa a solidificar-se e a formar um arranjo atômico específico para aquele metal ou liga metálica, que naquela temperatura e velocidade de resfriamento lhe é peculiar. Esse aspecto será mais detalhado quando do estudo dos diagramas de equilíbrio ou diagramas de fase. Assim sendo, a estrutura cristalina é formada através da repetição ou formação periódica de um arranjo de átomos, ainda que distantes uns dos outros distância interatômica. 6

As estruturas cristalinas mais comuns e seus respectivos metais estão listados na tabela 1. Tabela 1 Metais e suas estruturas cristalinas O estudo das estruturas cristalinas dos metais é facilitado através da configuração de células unitárias apresentadas em forma do menor paralelepípedo referenciado a 3 eixos coordenados que representam a simetria da estrutura. Os átomos são apresentados como esferas rígidas cujo os centros coincidem com os vértices/faces deste paralelepípedo chamado célula unitária. Alguns átomos podem também ocupar outras posições, também de equilíbrio na rede cristalina. Entre diversas, as principais estruturas cristalinas para os metais são: Cúbica de face centrada (CFC); Cúbica de corpo centrado (CCC); Hexagonal compacta (HC); Tetragonal de corpo centrado (TCC). 2.1 Cúbica de face centrada (CFC) A célula unitária na estrutura cristalina cúbica de face centrada, possui formato de um cubo e os átomos estão localizados no centro de cada uma das faces deste cubo (um átomo por face) e um átomo por vértice do cubo (um átomo por vértice), conforme indicado na figura abaixo. Figura 1 Estrutura cúbica de face centrada 7

Possui 4 átomos por célula unitária (1/8 x 8) + (1/2 x 6) = 4. Apresenta o maior número de planos de maior densidade atômica, de tal modo que os metais que apresentam este sistema têm maior tenacidade que os metais do sistema CCC. 2.2 Cúbica de corpo centrado (CCC) A célula unitária na estrutura cristalina cúbica de corpo centrado, possui formato de um cubo e os átomos estão localizados nos vértices do cubo (um átomo por vértice) e um átomo localizado no centro do cubo, conforme indicado na figura a seguir. Possui 2 átomos por célula unitária: (1/8 x 8) + 1 = 2 2.3 Hexagonal compacta (HC) Figura 2 - Estrutura Cúbica de corpo centrado A célula unitária na estrutura cristalina hexagonal compacta, possui formato de um prisma hexagonal e os átomos estão localizados nos vértices deste hexágono (um átomo por vértice), um átomo localizado no centro de cada uma das duas bases (superior e inferior) do prisma hexagonal, e três átomos localizados no centro de cada prisma triangular alternados (formando um plano entre as faces superior e inferior do prisma hexagonal), conforme indicado na figura abaixo. Figura 3 - Estrutura Hexagonal Compacta Possui 6 átomos por celular unitária: [(1/6 x 12) + (1/2 x 2) + (1 x 3)] = 6. 2.4 Tetragonal de corpo centrado (TCC) A célula unitária na estrutura cristalina hexagonal compacta, possui formato tetraédrico (prisma reto de base quadrada), onde os átomos estão localizados nos vértices deste tetraedro (um átomo por vértice) e um átomo localizado no centro do tetraedro, conforme indicado na próxima figura. 8

Difere-se da estrutura cúbica por possuir um dos eixos (eixo c) alongado a célula unitária tetraédrica. A martensita, uma microestrutura obtida através do resfriamento rápido da austenita (Fe γ) apresenta esta configuração de célula unitária. Figura 4 - Estrutura Tetragonal de Corpo Centrado 3 ALOTROPIA DO FERRO A alotropia é a característica de um elemento químico apresentar duas ou mais estruturas cristalinas, dependendo da temperatura e pressão. Transformação alotrópica é a mudança de uma variedade alotrópica em outra e envolve ganho ou perda de energia. O elemento Ferro (Fe) puro apresenta as seguintes variedades alotrópicas: Constituintes alotrópicos do elemento Fe Analisando a Figura 5, verificamos as transformações abaixo: 9

Figura 5 Gráfico esquemático de transformação de fase 4 LIGAS METÁLICAS FASES Temos uma liga metálica quando elementos químicos, metálicos ou não são adicionados ao metal puro (elemento solvente), É o caso, por exemplo, do Carbono no Ferro. As ligas ferrosas com até 2,06% de carbono são denominadas aços ; as ligas ferrosas com 2,06% de Carbono ou mais se denominam ferros fundidos. O elemento puro Ferro é o solvente enquanto o Carbono é o elemento soluto. A estrutura cristalina principal é a do Ferro puro, já que é o elemento com maior teor. Uma conseqüência imediata de adição dos átomos de soluto (Carbono), isto é, átomos de natureza diferente na estrutura cristalina do metal puro (Ferro) é a distorção da estrutura cristalina. Caso esta distorção torne mais difícil o deslocamento dos átomos, a liga metálica formada estará mais resistente. Por definição, fase é toda porção física ou quimicamente homogênea de um sistema, delimitada por uma superfície de separação chamada interface; por exemplo: gelo e água. Em metalurgia, no entanto esta definição é extremamente rígida, já que na ausência de equilíbrio podem ocorrer variações de composição química no domínio da fase. As fases podem se apresentar como: Solução Sólida; Composto Químico; Mistura Mecânica. 10

4.1 Solução sólida Quando o elemento soluto adicionado passa a fazer parte integrante da fase sólida, respeitando o limite de solubilidade cristalina do solvente mistura homogênea, temos uma solução sólida. Analogamente, os metais considerados como puros, (metal comercial), na realidade contém elementos residuais ou impurezas que tendem a alterar suas características originais. Solução sólida substitucional Ocorre quando um átomo do soluto substitui um átomo do solvente na estrutura cristalina até atingir o limite de solubilidade sólida sem alterar significativamente o arranjo cristalino do solvente, figura 6. Os átomos apresentam dimensões semelhantes e os elementos possuem normalmente a mesma estrutura cristalina. O limite de solubilidade sólida varia com a temperatura e essa variação pode ser vista através dos diagramas de equilíbrio ou de fase. Solução sólida intersticial Ocorre quando pequenos átomos do soluto se localizam nos interstícios entre átomos maiores do solvente, figura 7. Figura 6 Solução sólida substitucional Figura 7 Solução sólida intersticial Um exemplo bem conhecido é a solução sólida de carbono (C) no Ferro Gama (Feγ) estrutura CFC denominado austenita, com máxima solubilidade de 2,06% de C a 1147ºC e estável acima de 723ºC, com teor de C variando conforme a composição da liga Fe-C ou Fe-Fe3C e com a temperatura. É tenaz, apresentando boa resistência mecânica e ductilidade. Da mesma forma a solução sólida de C no Fe α denominada ferrita (Feα), apresenta máxima solubilidade de 0,025% de C a 723ºC, apresenta baixa dureza e resistência à tração e boa ductilidade, podendo ser prejudicada por um tamanho excessivo de grão, bem como pela sua morfologia. Figura 8 Ferrita 11

4.2 Composto químico Fase constituída por átomos entre dois ou mais elementos químicos numa proporção constante, isto é, com uma composição química constante a qualquer temperatura e no domínio da fase. Nas ligas ferrosas temos a cementita (Fe3C) com 6,67% de C, estrutura cristalina ortorrômbica com 12 átomos de Fe e 4 átomos de C por célula unitária. Apresenta dureza de aproximadamente 800 HB e é bastante frágil. É capaz de dissolver outros elementos (Mn, Cr, Mo etc.) dando origem a carbonetos complexos. 4.3 Mistura Mecânica É o constituinte formado por 2 fases que se interagem mecanicamente segundo o processo e cinética de sua formação. Cada fase permanece com suas características individuais enquanto que as do constituinte são proporcionais à fase mais preponderante. Vista ao microscópio metalográfico apresenta-se geralmente na forma de lamelas. A perlita é, no caso dos aços, uma mistura mecânica de 88% de Ferrita (Feα) e 12% de cementita (Fe3C) formada a partir da decomposição da austenita (Feγ) com 0,8% de C. Em condições de equilíbrio (resfriamento bem lento) essa transformação se dá a temperatura eutetóide (A1), correspondendo a 723º C no diagrama de fase Fe-Fe3C. 5 NUCLEAÇÃO 5.1 Formação e Crescimento de Grão Figura 9 Perlita Como já comentado anteriormente os metais líquidos não possuem estrutura cristalina, seus átomos estão distribuídos aleatoriamente, em função do seu estado físico (temperatura e pressão). Para que ocorra o processo de solidificação é necessário que haja um super resfriamento do metal. A partir daí a solidificação ocorre em duas etapas: nucleação e crescimento de cada núcleo cristalino. A solidificação de um metal ou liga a partir do estado líquido pode ser descrito como um processo embrionário, pois é a partir desses embriões sólidos que os primeiros núcleos ou germes cristalinos são formados. Os embriões sólidos aparecem no meio líquido à medida que o metal ou liga se aproxima da temperatura de solidificação. A partir dos embriões estáveis os núcleos são formados; é a etapa da nucleação dita homogênea. Todavia, na prática, os núcleos se formam preferencialmente nas superfícies mais exteriores do metal, que estão juntas a parede do molde ou lingoteira; assim como sobre substâncias puras não metálicas ou metálicas de mais alto ponto de fusão. 12

Para um dado volume de metal à medida que a porção solidificada aumenta, a porção líquida diminui de forma proporcional, então passo a passo novos átomos da fase líquida vão se agregando ao metal solidificado anteriormente com a mesma orientação e estrutura cristalina estabelecida pela primeira porção de metal solidificado. É a etapa de crescimento. Formam-se as dendritas com seus eixos principal, secundário, etc. Figura 10 Crescimento Competitivo A figura 10 ilustra o fenômeno conhecido como crescimento competitivo de grãos, no qual ocorre um crescimento preferencial dos grãos cuja direção de crescimento são perpendiculares à linha isoterma, aqui representada pela linha pontilhada. Vale a pena lembrar que a solidificação de um metal puro difere da solidificação de uma liga, onde vários elementos solutos estão presentes. Dessa forma, cada núcleo cresce ao longo de direções preferenciais, até ser obstruído pelo crescimento do núcleo dos outros vizinhos. Neste instante cessa o crescimento dando origem aos diferentes grãos ou cristais, em cujo interior os átomos encontram-se arranjados segundo a mesma estrutura cristalina e o mesmo espaçamento atômico do que nos outros grãos, conforme a célula unitária representativa do metal. Quando todo líquido já se transformou em sólido, o crescimento dos grãos é favorecido pela permanência em temperaturas elevadas. 5.2 Contorno de grão Contorno de grão é o limite ou fronteira entre grãos. Os grãos são formados a partir dos núcleos iniciais, que ao crescerem, encontram outros núcleos que também cresceram, então é criado um limite entre eles, o qual é denominado contorno de grão. Os contornos de grão são considerados imperfeições cristalinas, porque eles representam interrupções no arranjo uniforme dos átomos. Os átomos ao longo do contorno apresentam um maior nível energético energia potencial que os átomos do interior de cada grão, tornando-os mais reativos e com maior poder de difusão. 13

Tamanho de grão e propriedades mecânicas As propriedades mecânicas dependem fortemente do tamanho de grão do metal. Um metal que apresenta tamanho de grão pequeno terá melhor resistência à tração a temperatura ambiente, pois os contornos de grão tendem a inibir a deformação de grãos individuais quando o material é submetido a esforços de tensão. Porém, em temperaturas elevadas, sendo a movimentação atômica favorecida principalmente nos contornos de grão e em áreas tensionadas a resistência do material será menor. Como resultados são preferidos materiais com tamanho de grão pequeno para aplicações em baixas temperaturas e temperatura ambiente. Por outro lado materiais com tamanho de grão grande (grosseiro) são desejáveis para serviço em temperaturas elevadas. Metais e ligas metálicas com tamanho de grão pequeno geralmente possuem melhor resistência à tração, melhor tenacidade e melhor resistência à fadiga. 6 IMPERFEIÇÕES CRISTALINAS E MOVIMENTOS ATÔMICOS Imperfeições cristalinas A estrutura cristalina não é tão perfeita quanto possa parecer à primeira vista; ela apresenta uma série de imperfeições. a) Defeitos localizados: átomos deslocados, falta de átomos (lacunas) etc. b) Defeitos em linha: quando envolve a aresta de um plano extra de átomos; são as discordâncias. Estas têm grande importância no mecanismo de deformação plástica e em estruturas sujeitas a fadiga. Decorrem principalmente do processo de solidificação do metal, bem como de deformações e tensões residuais impostas ao metal. c) Imperfeições de contorno: superfície externa e contorno de grão quando ocorrem entre cristais (grãos) adjacentes ou na superfície externa dos cristais ou da peça. Apesar de um material possuir uma ou mais fases presentes, ele contém muitos grãos com diferentes tamanhos, orientações e formato mais ou menos irregulares devido ao processo de solidificação e pela presença de grãos vizinhos. Cada grão de um metal puro possui a mesma estrutura cristalina e o mesmo espaço atômico do que nos outros grãos. Portanto grãos são cristais individuais, onde os átomos do metal estão arranjados segundo um único modelo e uma única orientação, caracterizada pela célula unitária. Cada grão resulta de um processo de nucleação e crescimento dos primitivos embriões cristalinos, processo esse que ocorre durante a solidificação do metal, mudança de fase ou refino de grão. Nos contornos de grão podem ser encontrada elevada concentração de impurezas, prejudicando certas propriedades mecânicas, por exemplo: ductilidade e tenacidade. Isto cria condições favoráveis à nucleação de uma nova fase nas transformações no estado sólido da mesma forma que favorece a difusão. 6.1 Discordâncias Como já citado, os defeitos em linha são chamados de discordâncias. Estas podem ser em cunha, em hélice etc., e se caracterizam pela falta de planos atômicos no reticulado cristalino. 14

Existe um campo de tensões elásticas ao redor das discordâncias, ocorrendo o seu movimento (deslocamento) quando são aplicados esforços externos. Desse modo no processo de deformação as discordâncias podem se movimentar na estrutura cristalina até atingir a superfície do cristal, onde pode ocorrer o seu aniquilamento ou empilhamento. Figura 11 - O esforço para arrastar um tapete é menor, restringindo-se a região em movimento. 6.2 Difusão Difusão é o fenômeno que ocorre no estado sólido em etapas, através do transporte de matéria (energia e massa) pela movimentação dos átomos na estrutura cristalina. É um processo ativado termicamente. Para que este transporte ocorra, é necessária a existência de interstícios e energia suficiente para que o átomo possa se movimentar para uma nova posição de equilíbrio. Esta energia decorre da maior vibração dos átomos obtida, por exemplo, pelo aumento de temperatura ou aplicação de um campo magnético. Para que a difusão ocorra é necessário que tenha átomos de soluto em solução sólida numa matriz de átomos de solvente (soluto é o material que está sendo dissolvido na matriz), essa solução pode ser substitucional ou intersticial como já visto anteriormente. Quando o átomo deixa sua posição de estabilidade no reticulado cristalino e desloca-se para outra posição, em seu lugar pode ficar um vazio (lacuna) ou sua posição pode ser ocupada por qualquer outro átomo. Como o aumento da temperatura do metal no estado sólido gera um aumento de vibração dos átomos na sua posição de equilíbrio, quanto maior a temperatura maior será a difusão, ou seja; é um processo normalmente ativado termicamente. 7 DIAGRAMA DE FASE Os diagramas de fase apresentam as mais variadas formas a depender dos elementos em solução, considerando-se pressão e volume constante e variando a temperatura. 15

As denominações mais comuns são: isomorfo, eutético, etc. podendo ainda ser binário, ternário ou quaternário, a depender da quantidade de elementos puros envolvidos. O diagrama de fase que tem maior importância para o estudo dos aços e ferros fundidos são os diagramas Fe- C e Fe-Fe3C. Antes porém, vamos conceituar o que é ferro, aço e ferro fundido. Ferro ou ferro puro, é o elemento químico de número atômico 56, o qual praticamente não tem aplicação na indústria. O aço é uma liga de ferro e carbono, sendo os limites de carbono situados entre 0,008% e 2,06%. Entretanto devido aos processos de obtenção, o aço contém em sua composição os seguintes elementos: Silício (Si), Manganês (Mn), Fósforo (P) e Enxofre (S), os quais, dentro dos percentuais normais, pouco interferem no diagrama de equilíbrio. O ferro fundido, também é uma liga de ferro e carbono, sendo o limite mínimo de carbono considerado a partir de 2,06%, isto é, logo após o limite máximo do aço. O limite máximo do Carbono no ferro fundido é considerado como 6,67%, porém, a maioria das ligas apresenta carbono na faixa entre 2,1% e aproximadamente 4,5%. Um fato que deve ser levado em consideração é que os aços deixam de ser uma liga Fe-C para serem enriquecidos com outros elementos químicos em sua composição. Nestas condições podemos considerar dois tipos fundamentais de aços: aços carbono e aços liga. Independente destes dois tipos, os aços ainda se classificam em outras categorias: aços para construção mecânica, aços para beneficiamento, aços para cementação, aços para ferramentas (aços rápido, para trabalhos a quente e para trabalho a frio) e os aços inoxidáveis (ferríticos, martensíticos, austeníticos, etc). Normalmente os aços são especificados por uma série de normas: ASTM, SAE, DIN,AISI, ABNT, etc. Os ferros fundidos também se dividem em diversos tipos como: cinzento, mesclado, branco, nodular, maleável, etc. Também são especificados e classificados de acordo com uma série de normas: SAE, ISO, ASTM, DIN, etc. O diagrama de equilíbrio, trata da liga Fe-C para teores de carbono de zero até 6,7% C. O valor de 6,7% de carbono é representado, porque o carbono forma com o ferro o composto químico Fe3C (cementita), que contém aproximadamente 6,7% de carbono. Acima deste percentual pouco se conhece, e além disto, as ligas acima de 4,5% de carbono apresentam pouco ou nenhuma aplicação industrial. O diagrama meta estável Fe-Fe3C, está baseado na liga Fe-C, mas permite também, que se tenha uma idéia das seqüências das transformações de fase de ligas complexas. Lembramos, que os aços na maioria das aplicações industriais, possuem outros elementos químicos em sua composição. O ferro fundido também tem como base não uma liga binária Fe-C, mas uma liga ternária de ferro, carbono e silício, sendo que o silício provoca alterações no diagrama Fe-Fe3C, dependendo do seu percentual. Para melhor entendimento dos fenômenos que alteram a microestrutura dos aços e ferros fundidos, pode-se analisar as transformações do ferro e a ação do carbono sobre essas transformações, tendo-se por base o diagrama de equilíbrio Fe-Fe3C. 16

Figura 12 Diagrama de Equilíbrio Ferro-Cementita 17

Diagrama de Equilíbrio Ferro-Cementita Observando-se o diagrama, veremos que na linha base ou linha abscissa, estão gravados da esquerda para a direita, os percentuais de carbono entre zero a 6,7%. O ponto 6,7% corresponde a um teor de 100% do microconstituinte cementita. A fórmula da cementita é Fe3C, que é composta por 3 átomos de ferro e 1 átomo de carbono. O peso atômico do ferro é 56 g/mol e do carbono 12 g/mol. Têm-se portanto: 56 X 3 = 168 (peso atômico de 3 átomos de ferro) 12 X 1 = 12 (peso atômico de 1 átomo de carbono) 168 + 12 = 180 (peso atômico total) 180 168 = 12 que dividido por 180 é igual a 0,067 ou em porcentagem 6,7% 18

Na linha vertical do ponto zero ou linha ordenada, estão marcadas as temperaturas de 500ºC até 1600ºC. Entre este sistema de coordenadas, estão as linhas que, indicam o estado em que se encontra um aço em cada momento de temperatura para qualquer percentual de carbono. A parte superior do diagrama, constituída pelas linhas ABCD (linha liquidus) e AECF (linha solidus), corresponde ao intervalo em que ocorrem a passagem do estado líquido para o sólido. Abaixo da linha solidus do diagrama, corresponde as reações que ocorrem no estado sólido. Entre GSE e PSK tem-se a zona crítica onde ocorrem as principais transformações no estado sólido para os aços. Iniciaremos as explicações com o ferro puro, que corresponde ao ponto 0% de carbono. Inicialmente, com a temperatura de 500ºC no ponto 0%, nada ocorre; sabemos que, nas temperaturas mais baixas, teremos o ferro alfa, que é cúbico de corpo centrado e magnético na temperatura ambiente até 768ºC. Ao atingir 768 C, o ferro perde seu magnetismo pois ocorreu uma redisposição dos elétrons, não ocorrendo alteração alotrópica, continuando o reticulado cristalino como ferro alfa (CCC) não magnético. Contudo, marca-se este ponto no diagrama com a letra "M", e dá-se o nome de ponto "A2," (O ferro puro não passa na temperatura de transformação "A1"). Continuando o aquecimento, ao atingir 910 C, a estrutura cristalina transforma-se de cúbica de corpo centrado, para a disposição cúbica de face centrada (Ponto G), isto é, a estrutura cristalina do ferro alfa, transforma-se em estrutura cristalina de ferro gama. O ponto de temperatura de 910ºC, assinalado pela letra "G", denomina-se "ponto A3". Nos aços o aspecto da austenita (solução sólida de carbono no ferro gama) ao microscópio é o de pequenos cristais sobrepostos, diferindo dos grãos de ferrita (solução sólida de carbono no ferro alfa), como podemos observar abaixo. Ferrita Austenita Figura 13 - Diferença entre as estruturas ferrítica e austenítica 19

Seguindo-se com o aumento da temperatura, nada mais ocorre antes de atingirmos os 1390ºC, a não ser, uma maior vibração atômica e um crescimento dos grãos austeníticos. Porém, ao chegarmos à temperatura de 1390ºC, a estrutura cristalina de face centrada, retorna novamente para o reticulado de corpo centrado, isto é, a estrutura cristalina do ferro gama, transforma-se em estrutura cristalina de ferro delta (δ). Neste ponto assinala-se a letra "N" e dá-se o nome de ponto de transformação "A4". A estrutura cristalina do ferro delta, permanece até os 1538ºC, quando então o ferro se funde e perde as disposições cristalinas. Marcase este ponto do diagrama com a letra "A". Resfriando-se o ferro desde o estado líquido, apresentar-se-ão as mesmas transformações ao inverso, exatamente nos mesmos pontos como citado anteriormente. O ferro puro quase não tem aplicação industrial, mas as suas transformações alotrópicas, servem de referência para as transformações de todos os outros tipos de ferros e aços como veremos a seguir. Antes de prosseguirmos com outros exemplos de transformações de fase em ligas binárias ferro-carbono, analisemos melhor o diagrama de equilíbrio. As curvas ou linhas "ABCD" e "AECF", correspondentes às passagens entre estado líquido e sólido, possuem uma semelhança com as linhas "GSE" e "PSK", correspondentes às transformações que ocorrem no estado sólido. O ponto "C", na parte superior do diagrama, a 1147ºC, indica o mais baixo ponto de fusão ou solidificação de uma liga com 4,3% de carbono, chamada de liga "eutética". Por sua vez, o ponto "S", na parte inferior do diagrama, a 723ºC, indica o ponto mais baixo de uma transformação sólida de uma liga com 0,8% de carbono chamada de liga "eutetóide" em face a semelhança do ponto "C". Assim, todas as ligas de ferros fundidos compreendidos entre 2,06% e 4,3% de carbono, são chamadas de "hipoeutéticas" e as de carbono superior a 4,3% de "hipereutéticas". Da mesma forma todos os aços com teor de carbono entre 0,008% e 0,8% C, são chamados de "hipoeutetóides" e os com teor de carbono entre 0,8% até 2,06%, são chamados de "hipereutetóides". Prosseguindo com as explicações sobre o diagrama de equilíbrio Fe-Fe3C, consideremos como exemplo, o resfriamento de um aço hipoeutetóide com 0,35% de carbono em sua composição. Acompanhar no diagrama de equilíbrio reduzido (próxima página). 20

Figura 14 Diagrama de Equilíbrio Ferro-Cementita (campo dos aços) O aço com 0,35% carbono estará totalmente líquido acima da linha "AC", linha de líquidus. Ao cruzar a linha "AC inicia-se a formação dos primeiros cristais sólidos de ferro delta em meio à massa líquida. Estes cristais sólidos aumentam gradativamente em quantidade e em tamanho, até o aço atingir a linha "AE", linha de sólidus. Ao cruzar a linha "AE", o aço então, estará inteiramente solidificado na estrutura gama ou "austenita" e assim permanecerá até atingir limite superior da zona crítica na linha "GS" ou linha "A3". Até este momento toda a austenita conterá 0,35% de carbono dissolvido no ferro gama, e se apresentará estrutura cristalina cúbica de face centrada. Ao ultrapassar a linha "A3", o ferro gama começa a se transformar gradativamente em ferrita. Como ferrita (ferro alfa) só pode manter em solução uma quantidade mínima carbono, o carbono excedente vai enriquecendo a austenita remanescente. 21

À medida que o resfriamento prossegue, mais átomos de carbono se difundem e mais ferrita vai se formando nos contornos de grãos da austenita prévia, enquanto que o carbono excedente enriquece cada vez mais a austenita restante. A variação do teor de carbono na austenita é dada pela linha de solubilidade GS e na ferrita pela linha GP (linha solvus). Como exemplo, supomos um ponto "X1" a uma determinada temperatura desta zona crítica, entre as linhas "A3" e "A1". A exata composição de ferrita e austenita desta fase em equilíbrio: correspondente a esse ponto, é dada pela intersecção de uma linha horizontal que passe por este ponto X1, com as linhas "GP" de um lado, determinando o teor de carbono na ferrita, e "GS do outro lado, com o teor de carbono na austenita. Continuando, no decorrer do processo com resfriamento lento, ao atingir a linha "PS" à 723ºC, linha crítica inferior ou linha "A1" o aço apresenta uma certa quantidade de ferro alfa, ou ferrita, com 0,025% C e de uma certa quantidade de austenita com teor de carbono igual a 0,8%. A ferrita assim formada situa-se no contorno dos grãos da austenita. Chamamos a atenção, que a linha "A1" se inicia no ponto "P com o teor de carbono a partir de 0,025%. Prosseguindo com o acima exposto, o aço com 0,35% de carbono ao atingir a linha "A1", 723ºC, apresentará a máxima quantidade de ferrita que poderia separar e o restante será constituído de austenita com 0,8% de carbono. Ao cruzar a linha "A1" entretanto, o ferro com arranjo CFC como austenita, passa para ferro com arranjo CCC, pois abaixo de 723ºC não pode mais existir austenita em condições de equilíbrio. Esta passagem da austenita remanescente em perlita (ferro alfa + cementita) ocorre a temperatura constante (A1) de modo progressivo de tal forma que o constituinte desta última transformação será constituído por duas fases que se alternam em forma de lamelas de ferrita (ferro alfa) e cemetita (Fe3C). A ferrita e o Fe3C, chamado de Cementita, que nessas condições se formaram, se dispõem de um modo característico, aparentemente em lamelas, extremamente delgadas, distribuídas alternadamente, muito próximo uma das outras, numa forma lamelar típica, chamada de "perlita". Esta é uma mistura mecânica de duas fases: Ferrita alfa + Cementita. Figura 15 Estrutura Perlítica (Perlita) 22

Abaixo de 723ºC, linha "A1", até a temperatura ambiente, não ocorrerá mais qualquer alteração estrutural. Resumindo, os aços hipoeutetóides, cujo teor de carbono máximo é de 0,8%, são constituídos à temperatura ambiente, após resfriamento lento, de ferrita nos contornos dos grãos e perlita no interior dos grãos. As quantidades de ferrita e perlita variam segundo o percentual de carbono. Mais carbono, mais perlita. Menos carbono, menos perlita e mais ferrita. Figura 16 Estrutura Ferrítica-Perlítica (Ferrita+Perlita) 7.1 Regra da Alavanca Podemos calcular a constituição microestrutural, quantidade de cada fase, desse aço com 0,35% de carbono, aplicando a regra da alavanca ou dos segmentos inversos para cada temperatura. Consideremos agora como exemplo, o resfriamento de um aço hipereutetóide com 1,4% de carbono em sua composição. Voltando ao diagrama de equilíbrio reduzido, o aço com a temperatura acima da linha "AC", também estará totalmente líquido. Consideremos agora como exemplo, o resfriamento de um aço hipereutetóide com 1,4% de carbono em sua composição. Voltando ao diagrama de equilíbrio reduzido, o aço com a temperatura acima da linha "AC", também estará totalmente líquido. Ao cruzar a linha "AC" e reduzir gradativamente a temperatura até atingir a linha "SE", linha superior da zona crítica chamada de linha "Acm", este aço também repetirá todo o comportamento do aço com 0,35% de carbono visto anteriormente, com alteração apenas das temperaturas nos pontos das transformações. Assim até atingir a linha "ACM", o aço é totalmente constituído de austenita com 1,4% de carbono dissolvido no ferro gama. Ao cruzar a linha "Acm", os grãos de austenita começam a liberar carbono, o qual sob a forma de Fe3C, cementita, vai depositar-se no contorno do grão austenítico (austenita prévia). 23

A medida que o resfriamento prossegue, cada vez mais os grãos austeníticos se empobrecem de carbono e aumentando a quantidade de cementita no contorno dos mesmos. A uma determinada temperatura por exemplo, ±815ºC, entre as linhas "Acm" e "A1", ponto Y1, as fases em equilíbrio são cementita (Fe3C) com o carbono igual a 6,7%, e austenita com a composição correspondente ao ponto incidente da linha horizontal nesta temperatura, com a linha "Acm", ± 0,95% de carbono. Prosseguindo o resfriamento, ao atingir a temperatura de 723 C, teremos Fe3C e austenita de composição eutetóide, isto é, austenita com 0,8% de carbono. Ao cruzar a linha "A1", toda a austenita, que está com 0,8% C, irá se transformar em perlita, ocorrendo a mesma formação lamelar semelhante a anterior (aço com 0,35%C). A austenita transforma-se em perlita e a Fe3C permanece sob a forma de cementita no contorno dos grãos perlíticos. Assim, abaixo de 723 C, linha "A1", até a temperatura ambiente, todos os aços hipereutetóides serão constituídos de perlita no grão e cementita nos contornos de grão. Perlita+Cementita. Perlita+Cementita Figura 17 - Estrutura constituída de perlita com cementita no contorno de grão. Aqui também, podemos aplicar a regra da alavanca para obter a composição microestrutural de cada fase na liga. Finalmente, ainda dentro da classificação dos aços, analisemos no diagrama de equilíbrio reduzido, as transformações ocorridas com um aço eutetóide C=0,8% Igualmente, acima da linha "AC" estará totalmente líquido. Entre as linhas "AC" e "AE", formam-se os cristais sólidos de austenita. Ao cruzar a linha "AE", o aço eutetóide estará totalmente solidificado na estrutura austenítica, igualmente como ocorre com os aços hipoeutetóide e hipereutetóide. Porém, na seqüência do resfriamento, o aço eutetóide não cruza a linha "A3" e nem a linha "Acm", isto é, ele atinge o ponto de encontro destas duas linhas com a linha "A1. Portanto, o aço eutetóide depois de solidificado, não sofre qualquer transformação de fase até atingir a temperatura de 723 C, linha "A1". Ao cruzar a linha "A1", toda a austenita transformar-se-á em perlita, nas mesmas condições e razões, como ocorrem com os aços hipoeutetóide e hipereutetóide, já explicadas anteriormente nos exemplos com aços de 0,35% e 1,40% de carbono. Nessas condições, todo o aço com a composição correspondente ao ponto eutetóide, quando sofrer um resfriamento lento, será constituído na temperatura ambiente, exclusivamente de perlita. 24

A microestrutura do ferro puro e de todas as ligas binárias de ferro-carbono de 0% até 2,06% de carbono, com a temperatura acima da linha superior crítica A3 e Acm, é "austenita" e abaixo da linha inferior crítica A1 até a temperatura ambiente, é a seguinte: Ferrita C máximo 0,025 % a 723ºC e aproximadamente 0,008%C a 20ºC. Aço hipoeutetóide C entre 0,08% e 0,8% = ferrita e perlita Aço eutetóide C igual a 0,8% = perlita Aço Hipereutetóide C entre 0,8% e 2,06% = perlita e cementita. Austenita é uma solução sólida de carbono no ferro gama, que apresenta uma estrutura de grãos poligonais irregulares. Não é magnética e só é estável nos aços carbono comuns, acima da linha "A1", 723ºC. Em aços inoxidáveis especiais, aços austeníticos ao cromo-níquel, apresenta-se na temperatura ambiente e possui boa resistência mecânica com excelente tenacidade em função da composição química do aço e do tamanho de grão. Ferrita, é a solução sólida de carbono no ferro alfa. Contém traços de carbono em solução e apresenta uma estrutura de grãos equiaxiais. É de baixa dureza e resistência à tração, porém, é de elevado alongamento e boa ductilidade. Cementita, é o carboneto de ferro (Fe3C) contendo 6,7% de carbono. Apresenta-se sob a forma de finas lâminas no grão perlítico ou no contorno do mesmo. É muito dura e quebradiça, sendo nos aços de alto carbono, responsável pela elevada dureza e resistência, assim como pela sua baixa ductilidade. Perlita, é a mistura mecânica de 88% de ferrita alfa com 12% de cementita, na disposição de lâminas muito finas, igual ou menor do que um micron, dispostas alternadamente. A perlita possui propriedades mecânicas intermediárias entre as da ferrita e da cementita. É a existência dessas transformações que nos permite aumentar ou reduzir a dureza dos aços pelo uso de tratamentos térmicos, como veremos a seguir. 8 QUADRO RESUMO 25

9 DIAGRAMAS FORA DO EQUILÍBRIO 9.1 Curvas TTT tempo, temperatura e transformação Nos tratamentos térmicos, é indispensável saber as fases em que se encontra o aço nas diferentes faixas de temperatura do processo e o desvio que irá ocorrer nas transformações, em função das velocidades de aquecimento e principalmente na velocidade de resfriamento do aço. Em face à decorrência desses fenômenos físicos (aquecimento / resfriamento) e a fim de possibilitar-nos o controle das transformações estruturais dos aços, usamos um outro diagrama chamado de "Curva TTT" Tempo Temperatura Transformação. Para outras taxas de resfriamento, que não as taxas do diagrama de equilíbrio Fe-Fe3C, utilizamos as curvas fora do equilíbrio. Estas curvas também são chamadas de diagramas de transformação isotérmica que descrevem os constituintes microestruturais resultantes da transformação da austenita instável a uma temperatura particular (abaixo de A1) para um aço de composição química determinada. Resumindo, curva TTT é o diagrama que relaciona o tempo em uma temperatura constante onde ocorrem as diversas transformações nos aços no estado sólido. Quando um aço eutetóide for aquecido até o campo austenítico e a seguir resfriado lentamente até a temperatura de 723ºC, a microestrutura resultante conterá apenas perlita. Esta estrutura só poderá ocorrer quando houver tempo suficiente, permitindo aos átomos se difundirem naquele novo arranjo. O principal mecanismo responsável por esse acontecimento é a difusão. Quanto mais alta a temperatura, maior mobilidade atômica os átomos terão dentro da estrutura. Aços que são termicamente tratados para produzir perlita geralmente tem maior ductilidade e menor dureza. Todavia quando se resfria a austenita mais rapidamente, ocorrem mudanças significativas nesta transformação para uma determinada liga de aço. Primeiro, a transformação ocorrerá a uma temperatura mais baixa (menor que A1). Adicionalmente, a microestrutura resultante é modificada e a dureza e a resistência à tração do aço aumentam significativamente, com uma diminuição correspondente em ductilidade e alongamento. Tomemos por exemplo um aço eutetóide. Este aço apresenta uma única temperatura crítica a 723ºC (A3 e Acm coincidem com A1). Abaixo dessa temperatura, teríamos somente perlita se as condições de resfriamento fossem extremamente lentas (diagrama de equilíbrio). Com velocidades de resfriamento da austenita cada vez maiores, a temperatura crítica de transformação, que no caso seria indicada por A1 a 723 C, será cada vez mais baixa. Com um leve aumento na velocidade de resfriamento, a temperatura de transformação será um pouco menor, produzindo assim uma perlita mais fina, ou seja, uma perlita com espaçamento menor entre as lamelas. Esta estrutura é ligeiramente mais dura que a perlita grosseira e um pouco menos dútil. O produto resultante da transformação nessas condições, até certa velocidade de resfriamento, ainda será perlita, porém, com características estruturais e propriedades mecânicas, dependentes da temperatura de transformação. Com velocidades de resfriamento mais altas e mais baixas temperaturas de transformação, já não ocorre a formação de perlita, em contrapartida forma-se bainita. 26

A bainita possui um arranjo acicular de finas agulhas de carboneto de ferro em uma matriz de ferrita. Bainita tem maior resistência à tração e dureza e menor ductilidade quando comparada a perlita, e é muito difícil sua observação ao microscópio ótico, sendo necessário um olho muito treinado e aumento adequado. Se a taxa de resfriamento e a quantidade de carbono são suficientemente altas, a uma temperatura mais baixa de transformação, irá aparecer junto ou não com as transformações anteriores, uma nova transformação, dando origem a um constituinte totalmente diferente, denominado martensita. Para isso é necessária uma quantidade mínima de carbono no aço, para que ocorra a transformação em martensita, e é também por isso que os aços com teor de carbono abaixo de 0,29% são os preferíveis para a soldagem, uma vez que a possibilidade de formação de martensita é baixa, ou quase nula. A formação da martensita é um processo sem difusão; pois a taxa de resfriamento é tão alta que impede sua ocorrência, ou seja, os átomos não têm tempo para se mover e nem espaçamento atômico adequado. A austenita, quando submetida a taxas de resfriamento muito altas, sofre têmpera, pois o fenômeno de difusão é praticamente extinto. Como conseqüência, o carbono fica aprisionado dentro da célula unitária CCC que é deformada para uma estrutura tetragonal de corpo centrado. A martensita é uma solução supersaturada de carbono em ferro alfa deformada tetragonalmente com dureza e fragilidade elevadas. Possui reticulado tetragonal de corpo centrado, resultante da distorção do reticulado cúbico de corpo centrado provocado pelo excesso de carbono. A martensita das ligas ferro-carbono é ferromagnética. Importantes considerações sobre o diagrama TTT Para a velocidade de resfriamento que tangencia o cotovelo da linha de início de transformação da austenita, dá-se o nome de "velocidade crítica de resfriamento", a qual é de grande importância nos tratamentos térmicos. Partindo dos fenômenos físicos acima descritos, é que na prática dos tratamentos térmicos, elevamos a temperatura de um aço até a sua transformação em uma determinada estrutura (ferro gama) e controlamos a velocidade de resfriamento, para que se obtenha a microestrutura final desejada e em decorrência as características desejadas. Um outro fato que ocorre também, é que com o aumento da velocidade de resfriamento, as transformações além de atrasarem o seu início, elas também levam um tempo maior para se completarem.. No exemplo do aço eutetóide acima citado, já foi comentado no diagrama de equilíbrio, que a sua transformação de ferro gama em ferro alfa + cementita na temperatura de 723 C se processaria integralmente nessa temperatura se a velocidade de resfriamento fosse considerada infinitamente lenta. Repetindo, o aço eutetóide (com 0,8% de carbono em sua composição) a uma temperatura acima de 723 C terá a sua estrutura formada exclusivamente de austenita, a qual se transformará em perlita a uma temperatura imediatamente inferior aos 723 C, se o processo de resfriamento for infinitamente lento. Para melhor entendermos uma curva TTT, passaremos a analisar as transformações isotérmicas que ocorrem com um aço eutetóide, ou melhor, usando amostras de aço eutetóide devidamente austenitizados. Vamos analisar o que ocorre se resfriarmos rapidamente estas amostras até diversas temperaturas e mantivermos estas temperaturas constantes, até que se processe toda a transformação da austenita. Antes, porém, analisando o diagrama da figura 18, encontramos na linha abscissa o tempo em escala logarítmica e na ordenada as temperaturas. A linha horizontal na parte superior do diagrama representa a linha inferior da zona crítica do diagrama de equilíbrio Linha A1, a 723ºC. 27

A linha em forma de "C" marcada com "I", define a linha de início de transformação da austenita instável, isto é o tempo necessário para que a transformação da austenita se inicie. A linha também em forma de "C" marcada com "F", define o tempo necessário para que a transformação da austenita se complete. Finalmente, a cerca de 220ºC a linha "Mi" e mais abaixo a cerca de 110 C a linha "Mf, indicam o aparecimento e o término da transformação martensítica, cuja transformação é independente do tempo e das curvas em "C", ficando as suas porcentagens crescentes a partir de "Mi" e com a totalidade da transformação em Mf. Figura 18 Curva TTT de um aço eutetóide. Através do diagrama podemos acompanhar as estruturas resultantes das transformações em diferentes temperaturas. Seguindo com a análise das transformações, e para um melhor entendimento, traçamos sobre o diagrama TTT acima, três exemplos de transformações isotérmicas, isto é, transformações que ocorrem a uma temperatura constante. No primeiro exemplo, tomamos uma amostra de aço eutetóide devidamente austenitizada na faixa de 800ºC e a resfriamos bruscamente até os 650ºC numa velocidade menor do que dois segundos e a mantemos constante nessa temperatura. 28

A transformação irá iniciar somente após o 8,4 segundos e é concluída no 2º minuto, levando a operação de transformação um tempo aproximado de 1 minuto e 52 segundos. O constituinte final resultante é perlita grosseira. Como segundo exemplo, resfriamos a nossa amostra dos 800ºC até 550ºC em menos de 1 segundo. Da mesma forma a mantemos em temperatura constante. A transformação inicia em 1 segundo e conclui-se um pouco antes de 8 segundos, levando um tempo total de menos de 7 segundos e resultando como constituinte final perlita fina mais dura e resistente do que a do exemplo anterior. No terceiro exemplo, resfriaremos a amostra dos 800ºC até 280ºC em menos de 1 segundo. A transformação se inicia em menos de 1 minuto e se conclui com mais de 30 minutos, levando um tempo superior a 30 minutos para a total transformação. O constituinte final é bainita acicular com dureza superior às amostras anteriores. Observa-se nos três exemplos acima, que logo abaixo da temperatura crítica, o tempo de transformação é grande, isto é, demora para iniciar e completar, e esta demora é cada vez menor à medida que decresce a temperatura até cerca dos 550ºC. Porém, a partir dos 550ºC para baixo, aumentam novamente os tempos de início e conclusão de transformação. Próximo dos 220ºC, quando então ocorre a linha "Mi" tem início a formação da matensita que termina em Mf próximo ao 110ºC. Concluindo, observamos que o menor tempo de uma transformação, ocorre nas proximidades dos 550 C e que a partir dessa temperatura, tanto para cima até próximo da linha "Al", como para baixo até a linha "Mi", os tempos de transformação isotérmica aumentam gradativamente. Entretanto, até o momento comentamos somente sobre as transformações isotérmicas ocorridas em uma curva TTT. As curvas TTT diferem de aço para aço. Quanto às transformações que mais interessam sob o ponto de vista prático, são as que ocorrem quando a temperatura decresce continuamente, visto que as operações de tratamento térmico envolvem transformações que normalmente ocorrem com resfriamento contínuo. Faz-se necessário o uso de outro diagrama: 29

Diagrama CCT ou Curvas de Resfriamento Continua. No exemplo a seguir, a representação esquemática de um diagrama TTT, apresenta uma série de curvas de resfriamento contínuo. Figura 19 Curva TTT esquemática de um aço eutetóide A linha "A" do exemplo mostra um aço resfriado muito lentamente dentro de um forno, cuja estrutura começa a se transformar em perlita ao atingir a temperatura da linha "I" e se completa ao cruzar a linha "F". Essa perlita é lamelar e de baixa dureza. Com o resfriamento mais rápido ao ar, representado na linha "B", a estrutura do aço ainda resultará em perlita, porém, mais fina e mais dura do que a anterior. Utilizando uma velocidade de resfriamento ao ar soprado, maior do que a anterior, representada pela linha "C" a transformação que inicia em "I" e ainda se completa na linha "F", resulta numa perlita mais fina e mais dura ainda do que as anteriores. Na quarta representação, linha "D", com o resfriamento em óleo mais rápido do que os anteriores, a transformação da austenita iniciada na linha "I" não chega a se concluir, isto é, não cruza a linha de transformação final "F", ficando a transformação perlítica interrompida. Ao atingir a linha Mi, o restante da austenita que não chegou a se transformar em perlita ou bainita, começa a transformar-se em martensita, terminando essa transformação quando a temperatura atingir a linha Mf. A estrutura resultante dessa velocidade de resfriamento será constituída de perlita, bainita e martensita simultaneamente. 30

Finalmente na representação da linha "E", com o resfriamento muito rápido em água, verifica-se que esse resfriamento não toca a curva isotérmica, de modo que não há transformação da austenita em estruturas dúteis, mas simplesmente em estrutura martensítica, quando a temperatura cruzar as linhas "Mi" e "Mf". Portanto, os aços resfriados mais rapidamente apresentam maior dureza. Podemos notar também no diagrama representado, a existência de uma velocidade de resfriamento, curva "T", que tangencia o cotovelo da curva "I" de transformação. Essa velocidade de resfriamento contínuo chama-se "velocidade crítica de resfriamento", sendo desnecessário resfriar o aço mais rápido do que ela, para obtermos estruturas martensíticas. Por outro lado, velocidades excessivamente rápidas de resfriamento podem ocasionar danos como empenamentos das peças e até o aparecimento de trincas. Definindo, "Velocidade Crítica de Resfriamento", e a menor velocidade de resfriamento de um aço que produzirá uma microestrutura totalmente martensítica. Como já mencionado anteriormente, as curvas TTT diferem de aço para aço, isto é, elas possuem características distintas em função da composição química de cada aço. 31