Questão 08. Discuta o efeito do teor de carbono na formação da martensita obtida pelo tratamento térmico de têmpera.

Passo 1

O enunciado pede para discutirmos como o teor de carbono C, em %\ em massa) afeta a formação da martensita durante a têmpera de aços. O conteúdo aqui envolve transformação martensítica (fase \alpha', temperaturas de início e fim de transformação M_s e M_f e as propriedades microestruturais e mecânicas resultantes. Para resolver, precisamos usar conceitos de transformação difusional – na verdade, não difusional– e da influência do carbono nessas temperaturas e na estrutura resultante.

Passo 2

Definimos martensita como uma fase supersaturada de carbono em ferro de estrutura centrada em corpo deforma­turada tetragonal (BCT). Ela se forma por um mecanismo de deformação (transformação) não difusional e a muito baixa temperatura, ao resfriar o aço por têmpera. As temperaturas características são:
M_s = \text{temperatura de início da martensita},í
M_f = \text{temperatura de fim da martensita}.
A transformação começa em M_s e termina em M_f, dependendo do teor de carbono.

Passo 3

O teor de carbono afeta diretamente M_s e M_f. À medida que C aumenta: M_s e M_f diminuem.
Isto ocorre porque o carbono retarda a reorganização da rede cristalina, exigindo resfriamento mais intenso para iniciar e completar a transformação martensítica. Em aços com: \,C\le0,3\%, M_s está relativamente alto e a martensita quase se completa; \,C\approx0,6\%, M_s e M_f caem, podendo restar austenita retida; \,C>0,8\%, M_f pode ficar abaixo da temperatura ambiente, gerando alta fração de austenita retida.

Passo 4

O aumento do teor de carbono também modifica a microestrutura da martensita e suas propriedades:
A estrutura BCT fica mais tetragonal, pois o carbono ocupa posições intersticiais, aumentando a relação c/a. Isso acarreta:
  • aumento da dureza e resistência até cerca de 1,0\% C;
  • redução da tenacidade e maior risco de fissuração por tensão;
  • formação de zonas de tensões internas elevadas, dificultando a têmpera direta sem trincas.

Passo 5

Em resumo, quanto maior o carbono:
  • menor a temperatura M_s e M_f, gerando mais austenita retida e necessidade de resfriamento mais drástico;
  • mais tetragonal e dura se torna a martensita, mas com ductilidade e tenacidade reduzidas;
  • maior o risco de distorções e trincas durante a têmpera.

Resposta

O teor de carbono em aços temperados influencia fortemente a martensita obtida, pois
(a) Baixa as temperaturas de início M_s e fim M_f da transformação martensítica, de modo que aços rico em carbono exigem resfriamento mais intenso e podem reter austenita.
(b) Aumenta a tetragonalidade da martensita (maior relação c/a), resultando em maior dureza e resistência, porém com perda de tenacidade.
(c) Eleva tensões internas e distorções, aumentando o risco de trincas durante a têmpera se o teor de carbono for muito alto.

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