Represente graficamente o processo de tratamentos termomecânico Ausforming e explique as razões que justificam o aumento de propriedades mecânicas dos aços submetidos a este processo. (0,4).
10) Um eixo de aço de 65 mm de diâmetro deve ser endurecido por têmpera em óleo. O centro da barra deve ser de 100 \% de martensita. A tabela a seguir apresenta a taxa de resfriamento no centro da barra para resfriamento em óleo, em função do diâmetro da barra. (0,8)
Diâmetro barra (\mathrm{mm}) { }^{\circ} \mathrm{C} . \mathrm{s}^{-1}
500 0,17
100 2,5
20 50
5 667
Propõe-se fazer o eixo com um aço de baixa liga NiCrMo. A taxa de resfriamento crítica dos aços Ni-Cr-Mo é fornecida pela equação empírica:
\log _{10}\left(\mathrm{CCR} \text { in }{ }^{\circ} \mathrm{C} \mathrm{~s}^{-1}\right)=4.3-3.27 \mathrm{C}-\frac{(\mathrm{Mn}+\mathrm{Cr}+\mathrm{Mo}+\mathrm{Ni})}{1.6}
Com base nestas informações quais aços apresentados a seguir são adequados para produzir o eixo.
Aço \mathbf{C} \mathbf{M n} \mathbf{C r} \mathbf{M o} \mathbf{N i}
\mathbf{A} 0,30 2,40 1,00 0,02 0,02
\mathbf{B} 0,40 0,60 0,50 0,30 1,50
\mathbf{C} 0,26 0,70 1,50 0,25 1,50
\mathbf{D} 0,40 0,60 1,20 0,15 1,50
\mathbf{E} 0,41 0,85 0,50 0,25 0,55
\mathbf{F} 0,40 0,65 0,75 0,25 0,85
\mathbf{G} 0,25 0,60 0,65 0,55 2,55

Passo 1

O enunciado tem duas partes. Primeiro, pede uma representação gráfica do ciclo de tratamento termomecânico conhecido como Ausforming e a justificativa para o aumento das propriedades mecânicas dos aços submetidos a esse processo. Isso envolve o conteúdo de metalurgia do ferro-carbono: deformação a quente em fase austenítica, refino de grão e nucleação de martensita. Em seguida, temos um problema de têmpera por resfriamento em óleo de um eixo de diâmetro 65,mm. Com a taxa de resfriamento no centro da barra dada em função do diâmetro, e a equação empírica para a taxa crítica de resfriamento \mathrm{CCR} de aços Ni-Cr-Mo, precisamos identificar quais dos aços listados permitem atingir 100\% de martensita no centro.

Passo 2

Representação esquemática do Ausforming (temperatura versus tempo):
Temperatura
 ^
 | C <-- têmpera rápida (quench)
 | /
 | /
 | ____B/ <-- deformação a quente em austenita
 | /
 | / A <-- aquecimento até austenita
 |/
 +------------------> Tempo

A: aquecer acima de A\(c_{3}\) e estabilizar em austenita 
B: deformar nessa faixa (\(\approx 800\)–\(950\circ\)C), gerando alta densidade de discordâncias e refino de grão 
C: resfriamento rápido para obter martensita
Razões para o aumento das propriedades mecânicas com Ausforming:
  • Deformação em austenita produz alta densidade de discordâncias, favorecendo nucleação de martensita fina.
  • Refino de grão austenítico aumenta a barreira à deformação (Lei de Hall–Petch).
  • Maior homogeneidade de distribuição de elementos de liga e possíveis precipitados finos na matriz martensítica.
    Tudo isso eleva a resistência ao escoamento, a resistência à tração e a dureza, sem perda acentuada de tenacidade.

Passo 3

Cálculo da taxa de resfriamento em óleo no centro de uma barra de 65,mm:
Usamos interpolação entre os pontos da tabela para 100,mm ( 2{,}5 °C/s ) e 20,mm ( 50 °C/s ):
\dot T_{65}\approx 2{,}5 + \frac{50-2{,}5}{20-100}\,(65-100) =2{,}5 + \bigl(47{,}5/(-80)\bigr)\times(-35)\approx23{,}3\;\text{\circC/s}.

Passo 4

Cálculo da \mathrm{CCR} crítica de cada aço pela fórmula
\log_{10}(\mathrm{CCR})=4,3 \;-\;3,27\,C\;-\;\frac{(\mathrm{Mn}+\mathrm{Cr}+\mathrm{Mo}+\mathrm{Ni})}{1,6}.
Para cada aço:
Para A: C=0,30, soma =2{,}40+1{,}00+0{,}02+0{,}02=3{,}44 \log_{10}CCR=4{,}3-0{,}981-2{,}15=1{,}17\implies CCR\approx10^{1,17}=14{,}8 °C/s
Para B: C=0,40, soma =0{,}60+0{,}50+0{,}30+1{,}50=2{,}90 \log_{10}CCR=4{,}3-1{,}308-1{,}8125=1{,}18\implies CCR\approx15{,}1 °C/s
Para C: C=0,26, soma =0{,}70+1{,}50+0{,}25+1{,}50=3{,}95 \log_{10}CCR=4{,}3-0{,}8502-2{,}4688=0{,}98\implies CCR\approx9{,}6 °C/s
Para D: C=0,40, soma =0{,}60+1{,}20+0{,}15+1{,}50=3{,}45 \log_{10}CCR=4{,}3-1{,}308-2{,}1563=0{,}84\implies CCR\approx6{,}8 °C/s
Para E: C=0,41, soma =0{,}85+0{,}50+0{,}25+0{,}55=2{,}15 \log_{10}CCR=4{,}3-1{,}3407-1{,}3438=1{,}62\implies CCR\approx41{,}3 °C/s
Para F: C=0,40, soma =0{,}65+0{,}75+0{,}25+0{,}85=2{,}50 \log_{10}CCR=4{,}3-1{,}308-1{,}5625=1{,}43\implies CCR\approx26{,}8 °C/s
Para G: C=0,25, soma =0{,}60+0{,}65+0{,}55+2{,}55=4{,}35 \log_{10}CCR=4{,}3-0{,}8175-2{,}7188=0{,}76\implies CCR\approx5{,}8 °C/s

Passo 5

Para obter 100\% de martensita, a taxa de resfriamento em óleo ( \approx23{,}3 °C/s) deve ser maior ou igual à \mathrm{CCR} de cada aço. Comparamos e selecionamos os aços com \mathrm{CCR}\le23{,}3 °C/s.

Resposta

Os aços adequados são A, B, C, D e G.

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