Questão 5: (3,0 pontos)
O engenheiro Juraildo fabricou um elemento feito de um aço com alto teor de elementos de liga e realizou o tratamento térmico de têmpera seguido de revenimento simples. Ao utilizar a peça, houve falha catastrófica devido à variação brusca de propriedades mecânicas durante o uso. Foi realizada uma análise de falha (compreendendo análise metalográfica e medição de dureza) para verificar o que ocorreu com o aço. Disserte sobre a provável causa dessa falha e explique como ela poderia ter sido evitada.
O engenheiro Juraildo fabricou um elemento feito de um aço com alto teor de elementos de liga e realizou o tratamento térmico de têmpera seguido de revenimento simples. Ao utilizar a peça, houve falha catastrófica devido à variação brusca de propriedades mecânicas durante o uso. Foi realizada uma análise de falha (compreendendo análise metalográfica e medição de dureza) para verificar o que ocorreu com o aço. Disserte sobre a provável causa dessa falha e explique como ela poderia ter sido evitada.
Passo 1
O enunciado descreve um elemento em aço de alto teor de liga submetido a têmpera e a um único revenimento. Durante o uso, ocorreram variações bruscas de dureza e tenacidade levando à fratura catastrófica. O conteúdo aqui é tratamento térmico de aços ligados, transformação martensítica, retenção de austenita e fenômenos de fragilização no revenimento.
Passo 2
Ao resfriar bruscamente (têmpera) formou-se martensita dura e estressada. Em aços de alto teor de liga, parte da austenita não se transforma, ficando como \emph{austenita retida}, porque o teor de elementos de liga baixa a temperatura de início de martensita
.
Passo 3
No revenimento simples (uma só subida de temperatura) essa austenita retida não teve tempo ou temperatura suficiente para se decompor em perlita ou bainita fina. Ficou ainda significativa fração de austenita sobressaturada e carbetos grosseiros precipitados irregularmente.
Passo 4
Durante o serviço, a austenita retida converteu-se gradualmente em martensita fresca quando a peça foi submetida a tensões ou a quedas de temperatura. Cada região que transformava via martensita nova apresentava aumento local de dureza e geração interna de tensões de transformação, levando a fissuras intergranulares e quebra súbita.
Passo 5
Além disso, na faixa de revenimento intermediária
, esses aços podem sofrer \emph{fragilização por revenimento}, causada pela segregação de fósforo e enxofre nos contornos de grão, reduzindo a coesão intergranular. Isso piora a tenacidade e gera fratura frágil.
Passo 6
Para evitar esse tipo de falha seria preciso:
- Fazer revenimento duplo (dupla têmpera ou two-step tempering), de modo a decompor austenita retida e estabilizar microestrutura.
- Se necessário, aplicar tratamento criogênico entre as etapas de revenimento, acelerando a transformação da austenita retida em martensita antes do segundo revenimento.
- Controlar rigorosamente a composição, reduzindo impurezas segregáveis (P, S) e ajustando teor de ligas que elevam muito a temperatura
. - Garantir rampas de aquecimento e resfriamento adequadas para evitar passar lentamente pela faixa de fragilização por revenimento.
Resposta
A provável causa foi a elevada fração de austenita retida e a fragilização intergranular por revenimento simples em aço altamente ligado, levando à transformação sob serviço em martensita fresca e à geração de tensões internas. Poderia ter sido evitada com revenimento duplo (ou uso de tratamento criogênico seguido de segundo revenimento), controle de impurezas segregáveis e programas térmicos que eliminem austenita retida e impeçam a fragilização.