Questão 02. As características e propriedades mecânicas dos aços são influenciadas por sua microestrutura. Esta, por sua vez, depende da composição química e dos tratamentos térmicos aos quais os aços foram submetidos. Nesse sentido, explique como a taxa de resfriamento influencia a microestrutura do aço.
Passo 1
O enunciado pede para explicar de que forma a velocidade de resfriamento de um aço altera sua microestrutura. O conteúdo envolvido é o diagrama de transformação isotérmica (TTT) e de transformação contínua (CCT), que relacionam temperatura e tempo de resfriamento com as fases formadas: ferrita, perlita (grosseira ou fina), bainita e martensita.
Passo 2
Quando o resfriamento é muito lento (próximo ao equilíbrio), o aço segue quase a curva de resfriamento de equilíbrio (diagrama Fe–C). Nesse caso forma-se uma mistura de ferrita e perlita grosseira, pois as difusões de carbono têm tempo de ocorrer em temperatura alta. A perlita grosseira apresenta lamelas espessas, resultando em menor dureza e maior ductilidade.
Passo 3
Se o resfriamento é moderado (atravessa rapidamente a zona de perlita grosseira mas sem pular a “campânula” do TTT), atinge-se a formação de perlita fina em temperaturas mais baixas, onde a difusão de carbono ainda ocorre porém em um tempo bem menor. A perlita fina tem lamelas mais estreitas, o que aumenta a dureza em comparação à perlita grosseira, mas mantém razoável tenacidade.
Passo 4
Resfriamentos ainda mais rápidos, que passam acima da linha de início da bainita no TTT, não permitem difusão suficiente para formar perlita. Em vez disso, forma-se bainita (superior ou inferior dependendo da temperatura): combinação de lâminas muito finas e grãos de ferrita endurecida com carbonetos dispersos. A bainita oferece melhor resistência mecânica e tenacidade intermediária.
Passo 5
Se o aço é resfriado de modo extremamente rápido (por exemplo, imersão em água ou spray de nitrogênio) ultrapassando a linha de martensita antes que qualquer difusão ocorra, forma-se martensita: estrutura supersaturada de carbono em ferrita tetragonal. A martensita é a fase mais dura e mais frágil do aço, com alta resistência mecânica e baixa ductilidade.
Passo 6
Resumindo o efeito da taxa de resfriamento:
• lento → ferrita + perlita grosseira → baixa dureza, alta ductilidade
• moderado → perlita fina → dureza e tenacidade intermediárias
• rápido → bainita → boa resistência e tenacidade
• ultraveloz → martensita → máxima dureza, pouca ductilidade
• lento → ferrita + perlita grosseira → baixa dureza, alta ductilidade
• moderado → perlita fina → dureza e tenacidade intermediárias
• rápido → bainita → boa resistência e tenacidade
• ultraveloz → martensita → máxima dureza, pouca ductilidade
Resposta
A microestrutura final do aço varia conforme a taxa de resfriamento: resfriamentos lentos geram ferrita e perlita grosseira (baixa dureza, alta ductilidade); taxas intermediárias produzem perlita fina (dureza moderada); resfriamentos rápidos levam à bainita (boa tenacidade e resistência); e resfriamentos muito rápidos formam martensita (máxima dureza e fragilidade).