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 M_s e M_f, (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 M_s e fim M_f 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 M_s e M_f, 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:
  1. Baixas temperaturas de revenimento (150– 250\circC): precipitam carbonetos de transição (ε-F e_{2}₋₃C), reduzindo pouco a dureza.
  2. Média temperatura (300– 500\circC): formam-se carbonetos de cementita ( \theta-F e_{3}C), promovendo alívio de tensões e queda acentuada de dureza, aumento de tenacidade.
  3. Altas temperaturas (> 500\circC): podem ocorrer coalescência de carbonetos e possível formação de carbonetos de ligantes (por ex. C r_{7} C_{3}, M o_{2}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 M_s e M_f, 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.

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