Um corpo de prova de aço 1045 é tratado do seguinte modo:
Aquecido a
, resfriado bruscamente a
, deixado nesta temperatura por 5 segundos e então resfriado rapidamente a
e mantido por 30 segundos. Que fases estarão presentes após este tratamento?
Aquecido a
Passo 1
O enunciado dá o seguinte tratamento térmico a um corpo de prova de aço 1045:
aquecido a
,
resfriado bruscamente até
, mantido por
, em seguida resfriado rapidamente até
e mantido por
.
O que se pede: determinar quais fases estarão presentes após esse tratamento (isto é, qual será a microestrutura final, supondo resfriamento até temperatura ambiente após as etapas descritas).
O que se pede: determinar quais fases estarão presentes após esse tratamento (isto é, qual será a microestrutura final, supondo resfriamento até temperatura ambiente após as etapas descritas).
Passo 2
Vamos identificar as informações relevantes e o que cada temperatura/tempo costuma provocar:
- O aço 1045 tem carbono aproximadamente
(médio teor de carbono). Isso determina que a estrutura austenítica ( ) pode transformar-se em perlita, bainita ou martensita dependendo da temperatura e do tempo. - Aquecer a
é um aquecimento acima da temperatura de austenitização para esse aço: portanto, antes do resfriamento a peça estará essencialmente em austenita homogênea (supersaturada de C). - As transformações seguintes dependem fortemente da cinética (tempo) e da temperatura: pearlite (perlita) forma por difusão a temperaturas mais altas (por exemplo em torno de
), bainita forma numa faixa intermediária mais baixa (tipicamente – , com upper bainite por volta de – ) e martensita é uma transformação à base de esforço (não difusional) que ocorre ao se atravessar a temperatura de início de martensita, , durante o resfriamento rápido para temperaturas baixas. - Pergunta-chave: os tempos de permanência (
a e a ) são suficientes para que parte da austenita se transforme em perlita ou bainita nessas etapas, ou a maior parte permanece até o resfriamento abaixo de ?
Passo 3
Explicando os conceitos que usaremos (didático):
- Austenita (
): solução sólida cúbica de Fe com C em posição intersticial, estável a altas temperaturas. - Perlita: microestrutura lamelar formada por ferrita mais carbonetos (cementita) que exige difusão de carbono; costuma formar a temperaturas relativamente altas (perto do “nariz” da curva TTT, por ex.
para muitos aços). - Bainita: estrutura que aparece em temperaturas intermediárias; tem morfologia distinta (placas/agulhas) e forma em tempos menores que os da perlita a certas temperaturas mais baixas.
- Martensita: transformação a baixo tempo (praticamente instantânea ao cruzar
) sem difusão, forma quando a temperatura cai abaixo de ; estrutura dura e tetragonal.
Importante: as curvas TTT (ou CCT) dizem quanto tempo leva para começar/terminar cada transformação a uma temperatura fixa. A posição do “nariz” da curva (tempo mínimo para iniciar perlita) e a posição das curvas de bainita determinam se, durante uma parada curta numa certa temperatura, vai haver transformação significativa ou não.
Passo 4
Estimativa da temperatura de início de martensita
para o aço 1045 (isso nos diz se a parada a
já gera martensita ou não).
Uma fórmula aproximada (apenas considerando o efeito do carbono para simplificar) é:
Uma fórmula aproximada (apenas considerando o efeito do carbono para simplificar) é:
onde
é o teor de carbono em massa. Para
temos
Interpretação: a formação de martensita começa quando a peça é resfriada abaixo de cerca de
. Portanto, a permanência a
(que é maior que
) NÃO produzirá martensita enquanto se mantiver a essa temperatura. Martensita só aparecerá se, após essa etapa, houver resfriamento abaixo de
.
Passo 5
Análise da parada em
por
:
- Na prática, a transformação
perlita envolve difusão de carbono e tem um tempo de início que depende do aço. Para muitos aços médio-carbono a “imagem típica” das curvas TTT mostra que, embora a temperatura de seja favorável à formação de perlita, o tempo necessário para que apareça quantidade significativa de perlita costuma ser da ordem de dezenas a centenas de segundos (dependendo da composição e do detalhe do TTT). Um tempo de apenas é geralmente curto. - Conclusão didática: em
a espera-se que apenas uma fração muito pequena (praticamente desprezível) de austenita consiga transformar-se em perlita; a maior parte da austenita permanece metastável e será levada adiante para a etapa seguinte. (Se o enunciado desse uma curva TTT específica poderíamos afirmar numericamente, mas a conclusão qualitativa vale: é curto para perlita significativa.)
Passo 6
Análise da parada em
por
:
- A temperatura
situa-se na faixa onde costuma ocorrer formação de bainita (especialmente upper bainite em temperaturas mais próximas de ). As curvas TTT mostram que, abaixo do nariz (temperaturas menores que onde a perlita nucleia mais rapidamente) a transformação para bainita pode ocorrer em tempos do mesmo ordem de grandeza de segundos a minutos. - Para um aço médio-carbono como 1045, um tempo de
a normalmente é suficiente para que uma fração significativa da austenita remanescente se transforme em bainita (particularmente upper bainite), embora não necessariamente para completar a transformação inteira — isso depende da curva TTT/CCT exata. Então, de forma razoável e prática, devemos esperar formação de bainita durante esses . - Observação importante: enquanto se mantém a
não há martensita porque (veja Passo 4).
Passo 7
O que acontece quando, após a parada a
por
, a peça é novamente resfriada até temperatura ambiente?
- As porções de austenita que já se transformaram em bainita permanecerão bainíticas.
- A porção de austenita que NÃO se transformou em bainita durante os
a será resfriada abaixo de (aprox. ) e então se transformará em martensita durante o resfriamento final. - Pode permanecer uma pequena fração de austenita retida (
) se o resfriamento final não for suficiente para transformar tudo abaixo de , ou se a austenita for enriquecida em carbono por difusão durante as transformações (o que estabiliza austenita). Em muitos casos práticos, entretanto, a maior parte do austenito residual transforma-se em martensita ou fica como pequena fração retida.
Passo 8
Sumarizando tudo de forma direta e prática:
- A permanência curta em
por não permite a formação significativa de perlita — a maior parte da austenita sobrevive até a etapa seguinte. - A permanência em
por permite transformação significativa de austenita em bainita (provavelmente upper bainite). - No resfriamento final até temperatura ambiente, a austenita restante transforma-se em martensita (pois
para ). - Pode haver uma pequena fração de austenita retida, mas perlita deverá ser praticamente ausente.
Resposta
Bainita e martensita (possivelmente pequena fração de austenita retida; perlita praticamente ausente).