Questão 5 (6,0 pontos)
Com relação a uma barra de aço eutetóide com aproximadamente 5 cm de diâmetro e os três meios de têmpera, salmoura fria, água e óleo, responda às questões abaixo:
(a) Qual destes meios de têmpera produzirá a microestrutura final mais uniforme? Explique.
(b) Qual destes meios de têmpera produzirá o menor gradiente de temperatura ao longo do diâmetro da barra de aço, durante o tempo que o metal está sofrendo decomposição austenítica?

Passo 1

O enunciado nos dá uma barra de aço eutetóide de diâmetro aproximadamente 5 cm e pede, para os meios de têmpera salmoura fria, água e óleo:
a) qual produz a microestrutura final mais uniforme;
b) qual produz o menor gradiente de temperatura ao longo do diâmetro durante a decomposição austenítica.
O conteúdo envolve transferência de calor durante têmpera, coeficientes de convecção e severidade de têmpera.

Passo 2

Durante a imersão em cada meio de têmpera, a transferência de calor da peça obedece à lei de resfriamento convectivo, com coeficiente de filme h característico de cada fluido. Em geral vale
hsalmoura > hágua > hó<=o, áó
ou seja, a salmoura fria retira calor mais rapidamente que a água, que por sua vez é mais severa que o óleo.

Passo 3

Microestrutura uniforme ao longo do diâmetro significa que a superfície e o centro da barra resfriam a taxas parecidas, provocando transformações metalúrgicas (ex.: austenita tomartensita) ocorrendo quase simultaneamente em toda a seção. Como o coeficiente h menor reduz a diferença de velocidade de resfriamento entre superfície e núcleo, o óleo, sendo o meio de menor severidade, gera o menor desnível de temperaturas locais e, portanto, a microestrutura mais uniforme.

Passo 4

O gradiente de temperatura ao longo do diâmetro é diretamente proporcional à taxa de extração de calor na superfície. Quanto maior h, maior o gradiente entre superfície (mais fria) e centro (mais quente). Logo, como hó<=oó é o menor dos três, o óleo produz o menor gradiente de temperatura durante a decomposição austenítica.

Resposta

(a) Óleo, pois sua menor severidade de têmpera reduz o gradiente térmico e torna o resfriamento mais homogêneo.
(b) Óleo, pois apresenta o menor coeficiente de convecção e, assim, o menor gradiente de temperatura ao longo do diâmetro.

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