Nomeie os produtos microestruturais de amostras da liga ferro-carbono eutetoide (
C) que foram, primeiro, completamente transformadas em austenita, então resfriadas até a temperatura ambiente nas seguintes taxas:
Passo 1
O enunciado pede: nomear os produtos microestruturais formados em uma amostra da liga ferro-carbono eutetoide, com composição
em peso de carbono, que foi primeiro completamente transformada em austenita e depois resfriada até a temperatura ambiente à taxa de
.
Informações relevantes fornecidas:
- Composição:
em peso de carbono (eutetoide). - Estado inicial antes do resfriamento: completamente austenítica (toda a microestrutura é
-Fe). - Taxa de resfriamento contínuo até
temperatura ambiente: . - Pede-se: identificar quais produtos microestruturais aparecem ao final do resfriamento (nomes e, quando pertinente, observações sobre quantidade relativa / morfologia).
Passo 2
Conceitos fundamentais (sem pular etapas) — o que pode nascer quando a austenita se transforma ao resfriar:
- Quando a austenita (
) se transforma ao resfriar, os produtos possíveis típicos para aço eutetoide são: - Perlita (mistura lamelar de ferrita e cementita), formada por transformação diffusional relativamente lenta.
- Bainita (arranjo de ferrita com carbonetos; existe bainita superior e inferior), formada por transformação a taxas intermediárias.
- Martensita (ferrita supersaturada de carbono, transformação sem difusão, muito rápida), formada quando o resfriamento é rápido o bastante para evitar que a transformação difusional ocorra.
- Austenita retida (porção de
que não virou martensita) pode permanecer se a transformação martensítica parar antes de completar (depende de temperaturas e ).
- Importante: a escolha entre esses produtos depende tanto da composição como da cinética (curvas TTT ou diagramas CCT) e da velocidade de resfriamento. Para interpretar um resfriamento contínuo usa-se o diagrama CCT: se a linha de resfriamento atravessa a região onde começa a perlita ou a bainita, esses produtos aparecem; se a linha de resfriamento “passa por cima” (bypassa) as curvas de transformação diffusional, a austenita transforma-se martensiticamente abaixo de
.
Passo 3
Explicando
e
(temperaturas importantes para martensita) e como estimá-las:
-
é a temperatura de início da transformação martensítica ao resfriar; abaixo de começa a formar martensita. -
é a temperatura em que a transformação martensítica termina (se austenita suficiente for convertida). - Para ligas pouco alloyadas (aço carbono simples) existem correlações empíricas. Uma aproximação simples para
é
onde
é o teor de carbono em massa (por exemplo
para
). Aplicando:
- Uma aproximação para
(também empírica, considerando apenas o efeito do carbono) pode ser tomada como
onde, novamente, para
,
- Interpretação destas estimativas: para aço eutetoide
está na faixa de algumas centenas de graus e pode estar entre e — ou seja, a transformação martensítica começa bem acima da temperatura ambiente e, conforme estas estimativas, termina acima da temperatura ambiente também ( ), o que significa que, se a amostra for resfriada até , estará abaixo de e a transformação martensítica pode completar-se.
Passo 4
Como usar essa informação com a taxa de resfriamento
:
- A formação de perlita exige tempo para difusão de carbono; nas curvas TTT/CCT isto aparece como um “nariz” em tempos relativamente longos (milissegundos a segundos dependendo da temperatura). Para evitar perlita é preciso resfriar rápido o bastante para que a linha de resfriamento não cruze a região onde nasce a perlita.
- A bainita aparece em taxas intermediárias (mais rápida que a perlita, mas ainda por mecanismos com difusão limitada).
- Uma taxa de
é uma taxa rápida — tipicamente suficiente para “bypassar” a zona de formação de perlita e bainita em aços carbono simples e, assim, chegar abaixo de sem que tenham começado transformações difusivas. Em outras palavras: a austenita não tem tempo de formar perlita/bainita e, ao passar por , converte-se martensiticamente. - Logo, cineticamente, esse resfriamento corresponde a um resfriamento rápido e dentro do comportamento de alto-enformamento (quenched) que leva à formação de martensita.
Passo 5
Previsão do produto final e observações práticas:
- Composição
(eutetoide) e taxa de → a linha de resfriamento deve evitar as transformações diffusionais (perlita/bainita) e atingir temperaturas abaixo de , iniciando a transformação martensítica. Pelo cálculo aproximado acima, e . - Como a temperatura ambiente (~
) é menor que o estimado, a transformação martensítica tem temperatura suficiente para praticamente completar-se até a temperatura ambiente. Assim, o produto predominante será martensita. - Pode haver uma pequena fração de austenita retida se:
- o
real, no aço considerado, for maior que a temperatura ambiente (nesse caso haveria austenita não transformada); - houver microsegregação, enriquecimento local de carbono, ou outros elementos de liga que estabilizem a austenita localmente;
- o resfriamento não for perfeitamente homogêneo (zonas mais lentas podem formar bainita/perlita localmente). Mas, para um aço carbono eutetoide com resfriamento uniforme a
, espera-se martensita praticamente completa e apenas traços possíveis de austenita retida.
- o
- Morfologia prevista: martensita acicular/lamelar (placas/agullhas), em aços com esse teor de carbono a martensita tende a apresentar aspecto de placas/agulhas bastante duro e frágil.
Passo 6
Resumo didático prático — o que escrever numa prova:
- Indicar que a taxa de
é alta e que, portanto, a austenita não dá tempo para transformar-se por difusão (perlita/bainita), atravessando o diagrama CCT até passar por e formar martensita. - Calcular (ou justificar com estimativas)
e para mostrar que a transformação martensítica começa e termina acima da temperatura ambiente, apoiando a afirmação de transformação quase completa para martensita. - Mencionar que pode haver pequena fração de austenita retida dependendo de efeitos locais ou impurezas, mas que o produto dominante é martensita.
Resposta
Martensita (produto dominante, na forma de lâminas/agulhas).
Possível pequena fração de austenita retida (se houver estabilização local por enriquecimento de carbono ou outros elementos de liga).
Possível pequena fração de austenita retida (se houver estabilização local por enriquecimento de carbono ou outros elementos de liga).