Quando desejamos realizar um tratamento térmico em aços de composição eutetóide, este é preciso ser aquecido acima do ponto crítico para que ocorra total transformação da perlita em austenita. Porém, ao deixar a amostra por um período longo acima do ponto crítico, pode acarretar no crescimento dos grãos auteníticos, o que pode ser indesejado. Explique porque.
Passo 1
Beleza, vamos entender o que a questão pede. Estamos falando de aços eutetóides (uns 0,8 % C) e do aquecimento acima do ponto crítico (AC₁/AC₃) para transformar 100 % da perlita em austenita. O enunciado diz que, se deixarmos muito tempo nessa temperatura, os grãos de austenita crescem demais e isso é indesejado.
Conteúdo: cristalização de aços, transformação perlita→austenita, crescimento de grão e influência na propriedade mecânica.
O que vamos precisar:
Conteúdo: cristalização de aços, transformação perlita→austenita, crescimento de grão e influência na propriedade mecânica.
O que vamos precisar:
- Entender por que grãos crescem (termodinâmica e difusão).
- Relacionar tamanho de grão com propriedades mecânicas (Lei de Hall–Petch).
Passo 2
Por que todo grão tende a crescer?
- Num metal, cada grão tem fronteiras (“paredes”) que possuem energia superficial, γ_gb, e uma área total A_gb.
- A energia total dessas fronteiras é E = γ_gb · A_gb.
- O sistema químico “quer” reduzir sua energia: quanto menos área de fronteira, menor E.
- Logo, grãos pequenos (muita fronteira) estão “empurrados” a se fundir em grãos maiores, diminuindo A_gb.
- Esse processo é ativado pela temperatura: átomos se difundem e limites de grão se movem.
Passo 3
O papel do tempo em altas temperaturas
- Acima do ponto crítico, austenita fica estável e as difusões são rápidas.
- Quanto mais tempo ali, maior a mobilidade do contorno de grão → maior crescimento de grão.
- No início, ocorre nucleação (transformação de perlita em austenita), depois vem o crescimento e, sem limites, o grão vira gigante.
Passo 4
E por que isso é ruim?
- Propriedades mecânicas de metais seguem a Lei de Hall–Petch:
onde σ_y é a tensão de escoamento, d é o diâmetro médio do grão. - Grão maior → d cresce → termo
diminui → σ_y cai. - Em outras palavras: grãos grandes deixam o aço mais fraco e menos resistente a fraturas.
Resposta
Deixar austenita por muito tempo acima do ponto crítico faz os grãos crescerem para diminuir energia de fronteira. Porém, grãos grandes reduzem a resistência mecânica e a tenacidade (pela Lei de Hall–Petch), o que geralmente é indesejado.