Explique as tensões envolvidas em todas as etapas do processo de têmpera.
Passo 1
O enunciado pede para identificarmos e explicarmos as tensões que surgem em cada etapa do processo de têmpera de um aço. O conteúdo aqui é a combinação de fenômenos térmicos (gradientes de temperatura) e transformações de fase (formação de martensita) que geram tensões térmicas, tensões de transformação e, por fim, tensões residuais. Vamos, etapa a etapa, apontar o que ocorre e por que aparece cada tipo de tensão.
Passo 2
Na etapa de aquecimento até a temperatura de austenitização (tipicamente entre
C e
C), se o aquecimento é rápido ou desigual surgem gradientes de temperatura entre regiões mais quentes e mais frias do componente. Esses gradientes provocam deformações térmicas incompatíveis e, segundo a lei de Hooke
, aparecem tensões de tração nas regiões mais aquecidas (que tentam se expandir) e tensões de compressão nas regiões ainda frias (que resistem à expansão).
Passo 3
Ao mergulhar a peça no meio de têmpera (água, óleo ou sal fundido), a superfície resfria muito mais rápido do que o núcleo, criando um choque térmico brusco. Nesse instante inicial de resfriamento aparece:
A superfície quer encolher devido à queda de temperatura, mas o núcleo quente impede esse encolhimento imediato, gerando
(tração) e
(compressão).
Passo 4
Quando a temperatura local atinge o ponto de início de formação de martensita (por volta de
Ou seja, a expansão volumétrica da martensita gera
.
Passo 5
Após o término completo da transformação (quando toda a região abaixo da superfície já virou martensita), fica um campo de tensões residuais em equilíbrio: superfície em compressão e núcleo em tração. Essa distribuição é benéfica para a resistência à fadiga e à fratura por fissuração.
Passo 6
Se o processo inclui uma têmpera seguido de revenimento (aquecimento moderado a
C–
C), parte dessas tensões residuais é relaxada. O revenimento permite a precipitação de cementita e alívio de tensões internas, reduzindo a magnitude de
, principalmente no núcleo, e balanceando melhor o conjunto superfície/núcleo.
Resposta
Na têmpera pura há três tipos principais de tensões:
– Durante o aquecimento rápido surgem tensões térmicas por gradientes de temperatura.
– No choque térmico inicial aparecem tração na superfície e compressão no núcleo.
– Na formação de martensita a expansão volumétrica inverte o estado (compressão na superfície e tração no núcleo), resultando nesses últimos as tensões residuais típicas.
No revenimento parcial essas tensões são parcialmente relaxadas.
– Durante o aquecimento rápido surgem tensões térmicas por gradientes de temperatura.
– No choque térmico inicial aparecem tração na superfície e compressão no núcleo.
– Na formação de martensita a expansão volumétrica inverte o estado (compressão na superfície e tração no núcleo), resultando nesses últimos as tensões residuais típicas.
No revenimento parcial essas tensões são parcialmente relaxadas.