Explique as variações de dureza para barras de mesmo aço, porém com diâmetros diferentes, submetidas ao mesmo ciclo de normalização.
Aço (AISI) Temperatura de normalização ( { }^{\circ} \mathrm{C} ) Dureza HB para barras com diâmetro de
13 mm 25 mm 100 mm
1040 900 183 170 167
4140 870 302 290 241
6150 870 285 269 255

Passo 1

O enunciado mostra barras de três aços (AISI 1040, 4140 e 6150) normalizadas à mesma temperatura ( 900^\circ\mathrm{C} para 1040 e 870^\circ\mathrm{C} para 4140 e 6150) e cujas durezas em HB foram medidas para diâmetros de 13,mm, 25,mm e 100,mm. O conteúdo envolve o efeito da taxa de resfriamento (dependente do tamanho de seção) sobre a microestrutura obtida na normalização e, consequentemente, sobre a dureza.

Passo 2

Na normalização aquece-se o aço acima da linha Ac 3, forma-se austenita, em seguida resfria-se ao ar. A velocidade de resfriamento em seções finas (diâmetro pequeno) é maior do que em seções espessas, porque o calor é dissipado mais rapidamente na superfície.
Uma taxa de resfriamento mais elevada leva à formação de perlita mais fina e até de bainita ou martensita em aços ligados, resultando em dureza maior. Em seções mais grossas o resfriamento é lento, dá tempo para cristalização da perlita grosseira e redução da fração de fases duras, gerando dureza menor.

Passo 3

Comparando os dados para cada aço observa-se que, para diâmetros de 13,mm, 25,mm e 100,mm, a dureza decresce consistentemente:
\bullet AISI 1040: de 183 HB a 170 HB a 167 HB
\bullet AISI 4140: de 302 HB a 290 HB a 241 HB
\bullet AISI 6150: de 285 HB a 269 HB a 255 HB
Note que nos aços ligados ( 4140 e 6150) a queda de dureza entre 25,mm e 100,mm é mais acentuada, pois esses aços exigem maior velocidade de resfriamento para formar bainita/martensita. Em seções grossas a taxa não é suficiente, predominando perlita grosseira e reduzindo muito a dureza.

Passo 4

Em resumo, barras de mesmo aço submetidas ao mesmo ciclo de normalização apresentam dureza maior quanto menor o diâmetro, devido à maior taxa de resfriamento e à microestrutura mais fina (perlita fina e fases duras).

Resposta

A dureza diminui à medida que o diâmetro aumenta porque barras finas resfriam mais rápido, formando microestrutura mais fina (maior fração de perlita fina, bainita ou martensita) e, portanto, maior dureza. Em barras grossas, o resfriamento lento favorece perlita grosseira, reduzindo a dureza.

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