Por que a magnitude de certas propriedades mecânicas, como resistência mecânica e dureza, de um aço eutetóide, aumentam quando o subresfriamento é maior?
Passo 1
Beleza, vamos começar pelo resumo: a questão pergunta por que, num aço eutetóide (aquele com ~0,8 % C), quanto maior o subresfriamento (isto é, quanto mais a temperatura de transformação cai abaixo da temperatura de equilíbrio
), maior são a resistência mecânica e a dureza.
Conteúdo da matéria: transformação de fase (austenita → perlita), cinética de nucleação e crescimento, e relação microestrutura × propriedades mecânicas.
O que vamos precisar:
Conteúdo da matéria: transformação de fase (austenita → perlita), cinética de nucleação e crescimento, e relação microestrutura × propriedades mecânicas.
O que vamos precisar:
- Entender o papel do subresfriamento no driving force para a transformação;
- Ver como ele influencia o tamanho de lamela na perlita;
- Ligar isso à barreira ao movimento de discordâncias (como a Lei de Hall–Petch).
Passo 2
Teoria da transformação perlítica e subresfriamento
Quando a austenita esfria abaixo de , vira perlita (camadas de ferrita e cementita). A “força motriz” dessa transformação é a diferença de energia livre:
.
Quanto mais a gente subresfria, maior . Isso significa mais driving force para formar núcleos de perlita. Em termos simples: a austenita “quer” mais sair do estado instável e virar perlita rapidamente.
Quando a austenita esfria abaixo de
Quanto mais a gente subresfria, maior
Passo 3
Nucleação x lamela fina
Com mais força motriz, a nucleação fica mais fácil e mais frequente. Aí, em vez de crescerem poucas lamelas grossas, surgem muitas lamelas fininhas. Em outras palavras, o espaçamento interlamelar diminui quando o subresfriamento aumenta.
Matematicamente, embora não entremos em detalhes de equações de nucleação, você pode imaginar que o número de núcleos cresce muito com
, e o tamanho médio de cada lamela cai.
Com mais força motriz, a nucleação fica mais fácil e mais frequente. Aí, em vez de crescerem poucas lamelas grossas, surgem muitas lamelas fininhas. Em outras palavras, o espaçamento interlamelar
Matematicamente, embora não entremos em detalhes de equações de nucleação, você pode imaginar que o número de núcleos
Passo 4
Ligando microestrutura a dureza e resistência
A dureza e a resistência mecânica dependem de quantas barreiras as discordâncias (defeitos que carregam deformação) encontram. Cada interface ferrita/cementita é uma barreira. Quanto mais interfaces (i.e., menor ), mais rígido o aço fica. Aqui vale a ideia da Lei de Hall–Petch, adaptada para lamelas:
.
Menor espaçamento = maior tensão de escoamento = mais resistência e dureza.
A dureza e a resistência mecânica dependem de quantas barreiras as discordâncias (defeitos que carregam deformação) encontram. Cada interface ferrita/cementita é uma barreira. Quanto mais interfaces (i.e., menor
Menor espaçamento = maior tensão de escoamento
Resposta
Quanto maior o subresfriamento, maior o driving force para nucleação de perlita, resultando em lamelas mais finas (menor
). Isso cria mais interfaces que barram o movimento de discordâncias, elevando a resistência mecânica e a dureza do aço eutetóide.