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:
  1. Entender por que grãos crescem (termodinâmica e difusão).
  2. 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.

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