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
, em %\ em massa) afeta a formação da martensita durante a têmpera de aços. O conteúdo aqui envolve transformação martensítica (fase
, temperaturas de início e fim de transformação
e
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:
A transformação começa em
e termina em
, dependendo do teor de carbono.
Passo 3
O teor de carbono afeta diretamente
e
. À medida que
aumenta:
e
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: ,
está relativamente alto e a martensita quase se completa;
,
e
caem, podendo restar austenita retida;
,
pode ficar abaixo da temperatura ambiente, gerando alta fração de austenita retida.
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:
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 . Isso acarreta:
A estrutura BCT fica mais tetragonal, pois o carbono ocupa posições intersticiais, aumentando a relação
- aumento da dureza e resistência até cerca de
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
e , 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
e fim
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 ), 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.
(b) Aumenta a tetragonalidade da martensita (maior relação
(c) Eleva tensões internas e distorções, aumentando o risco de trincas durante a têmpera se o teor de carbono for muito alto.