Como a adição de elementos afeta o processo de têmpera? Explique com detalhes.
Passo 1
O enunciado pergunta como a adição de elementos de liga altera o comportamento durante a têmpera de aços. Este é um tema de Tratamentos Térmicos em Materiais Metálicos, que envolve a formação de martensita e as transformações durante o revenimento (ou têmpera). Para responder, vamos precisar entender (1) como os elementos de liga modificam as temperaturas de início e fim da transformação martensítica
e
, (2) como eles influenciam a cinética de precipitação de carbonetos no revenimento e (3) como isso se reflete nas propriedades finais (dureza, tenacidade, ductilidade).
Passo 2
Elementos de liga como Cr, Mo, V, Ni, Mn, Si e W se dissolvem na austenita e impactam a estrutura:
- Eles retardam a difusão de carbono e ferro, diminuindo as temperaturas de início
e fim da transformação para martensita. Isso significa que, ao resfriar, parte do austenito pode permanecer retido (austenita retida) porque as transformações bainítica ficam mais lentas ou suprimidas. - Quanto maior a taxa de diminuição de
e , maior a resistência ao choque térmico, pois reduz a tensão interna gerada pela expansão volumétrica da martensita.
Passo 3
Durante o revenimento da martensita, ocorrem precipitações de carbonetos em estágios:
- Baixas temperaturas de revenimento (150–
C): precipitam carbonetos de transição (ε-F ₋₃C), reduzindo pouco a dureza. - Média temperatura (300–
C): formam-se carbonetos de cementita ( -F C), promovendo alívio de tensões e queda acentuada de dureza, aumento de tenacidade. - Altas temperaturas (>
C): podem ocorrer coalescência de carbonetos e possível formação de carbonetos de ligantes (por ex. C , M C), estabilizando a matriz e mantendo uma dureza relativamente alta.
Elementos de liga influenciam essas etapas:
- Cr, Mo, V e W formam carbonetos estáveis, deslocando as reações para temperaturas mais altas e prolongando a manutenção de dureza em revenimentos elevados.
- Ni e Mn não formam carbonetos próprios, mas retardam a difusão de carbono e ferro, mantendo resistência à suavização e prolongando o efeito “endurecedor” da martensita.
Passo 4
O efeito global na têmpera é:
- Maior profundidade de têmpera (hardenability): aços ligados formam martensita em seções mais espessas sem necessidade de resfriamento tão rápido.
- Controle de propriedades via revenimento: pode-se escolher temperatura e tempo de revenimento para obter combinações variadas de dureza e tenacidade, pois os elementos de liga permitem revenimentos a temperaturas mais altas sem perda excessiva de dureza.
- Estabilidade microestrutural: carbonetos de liga ajudam a manter a microestrutura fina, evitando crescimento de grão durante o revenimento em altas temperaturas, o que melhora a resistência ao desgaste e à fadiga.
Resposta
A adição de elementos de liga diminui as temperaturas
e
, aumenta a profundidade de têmpera e controla a cinética de precipitação de carbonetos durante o revenimento. Dessa forma, é possível obter aços temperados com combinações mais finas e estáveis de dureza e tenacidade, adaptando a temperatura e o tempo de revenimento para as propriedades desejadas.