A microestrutura dos aços consiste de um arranjo espacial dos agregados cristalinos de fases diferentes. O tamanho, a forma, a distribuição, a composição e a estrutura cristalina das fases, essencialmente, controlam as propriedades finais do aço, incluindo dureza, resistência, ductilidade, tenacidade, impacto e fluência. O aço é a liga mais versátil entre todas as ligas industriais, pois apresenta uma gama diversificada de microestruturas que possuem diferentes características. A microestrutura resultante é função da composição química e do tratamento termo-mecânico utilizado na produção do aço.
Ao longo das últimas décadas, os mecanismos de transformações de fase que ocorrem no aço foram ilustrados em um simples diagrama de equilíbrio Fe-C, conforme figura 25, que descreve as regiões de estabilidade para as estruturas de ferrita, austenita e cementita. Durante
DESEMPENADEIRA
REMOÇÃO DA REBARBA DE SODLA
AUSTENITIZAÇÃO REVENIMENTO DESEMPENO A QUENTE TEMPERA RESFRIAMENTO AO AR TESTE HIDROSTÁTICO UT LINHA DE SOLDA / UT CORPO / MAGNA FLUX PONTA
UT PONTA
MARCAÇÃO E BALANÇA
ENVERNIZAMENTO ROSQUEAMENTO
DRIFT TEST TORQUE FACEAMENTO
EXPEDIÇÃO
UPSETTER TESTE CORTE CALIBRAÇÃO
HIDROSTÁTICO DRIFT TEST RECEBIMENTO DE BOBINAS CORTE EM TIRAS ALIMENTADOR FORMAÇÃO E SOLDAGEM ULTRA-SOM Fonte: (CORDEIRO, 2012)
o resfriamento a partir da região de líquido, a primeira fase a solidificar é a ferrita-δ. Continuando o resfriamento, a ferrita-δ transforma-se em austenita-γ. Seguindo com o resfriamento, ocorre a transformação da austenita em ferrita e cementita. Pesquisa básica e aplicada, no passado, levou a uma compreensão fundamental dessas mudanças estruturais e sua relação com a evolução da microestrutura em ligas que vão desde simples Fe-C para sistemas complexos Fe-C-X aços (onde X representa muitos diferentes elementos de liga substitucionais, incluindo manganês, níquel, crómio, silício, e molibdénio).
Figura 25-Diagrama ferro carbono e o arranjo atômico em função da temperatura.
Fonte: (CALLISTER, 2002).
Por meio do diagrama de fases preveem-se em condições de equilíbrio, ou seja, resfriamento lento, quais serão as fases resultantes, como na Figura 26, para uma composição química C0, a microestrutura resultante será ferrita, nas regiões claras, e perlita, nas regiões
escuras (CALLISTER, 2002).
Concentração de Carbono (em %massa)
T em pe ra tu ra (° C) Ferrita + Cementita Austenita Líquido Ferita δ Ferita α
Fonte: (CALLISTER, 2002)
No entanto, se o resfriamento do aço a partir da região austenítica não for lento o suficiente para que as transformações de fase ocorram, outros constituintes meta estáveis surgirão, como a bainita e martensita, que não são previstos nos diagramas de equilíbrio Fe-C. Para acompanhar a formação desses constituintes utilizam-se curvas TTT (Temperatura, Tempo e Transformação), pois estabelecem a temperatura e tempo que uma determinada transformação ocorre. Cada curva TTT é específica para cada composição de aço.
A Figura 27 representa uma curva TTT, mostrando a transformação da austenita em perlita, com começo em “C” e finalizando em “D”. A transformação da austenita em outro constituinte pode ocorrer por difusão, cisalhamento ou uma mistura dos dois mecanismos. O processo de difusão é lento, envolvendo a movimentação e rearranjo dos átomos para formar uma nova fase, ao contrário, o processo por cisalhamento é instantâneo, pois depende apenas da temperatura.
Figura 27-Diagrama TTT evidenciando a fração da transformação de austenita em perlita pelo tempo.
Fonte: (KRAUSS, 1989)
As curvas TTT são afetadas por alguns fatores, tais como:
Teor de carbono e os elementos de liga deslocam a curva para a direita (com exceção do Co).
Quanto maior o tamanho de grão da austenita antes do resfriamento desloca a curva para a direita, pois quanto menos contorno de grão menor a chance de nuclear ferrita e assim maior será a temperabilidade do aço.
Quanto mais homogênea a austenita (sem partículas de carboneto, impurezas e etc), a curva desloca-se para a direita.
Diagramas de transformação isotérmica apresentam limitações na aplicação de tratamentos térmicos, pois são poucos os tratamentos realizados em aços de forma isotérmica. Portanto uma segunda forma de análise se torna necessária, pois as estruturas formadas são verificadas em um diagrama obtido a partir de resfriamento contínuo, como pode ser observado na Figura 28.
Figura 28- Diagrama de resfriamento contínuo para uma liga eutetóide, associado ao diagrama de transformação isotérmica.
Fonte: (TOTTEN, 2006)
Inicialmente estabeleceu-se que a formação da bainita seria suprimida pela formação de perlita a temperaturas elevadas, porém a formação da bainita ainda ocorre simultaneamente à perlita e martensita, porém em volumes pequenos. Frequentemente tratamentos térmicos ineficientes geram estruturas contendo ferrita, bainita e martensita (KRAUSS, 1989).
O diagrama de resfriamento contínuo não identifica a natureza da transformação eutetóide, por exemplo: perlita, bainita superior, bainita inferior e martensita formados isotermicamente. A Figura 29 indica estas transformações para um aço eutetóide, onde observa-se que se pode formar diferentes estruturas por resfriamento contínuo. Nesta figura se evidencia que o resfriamento indicado pela curva K, corresponde a um resfriamento crítico onde taxas de resfriamento superiores a esta apresentam a formação de estrutura do tipo martensita. A formação da perlita ocorre à taxas de resfriamento que cruzam a curva H e a formação da bainita à taxas que cruzam a curva J. Para taxas de resfriamento inferiores a K e superiores a L apresentam a formação de martensita, perlita e bainita e taxas de resfriamento inferiores a L apresentam apenas a formação de perlita (TOTTEN, 2006).
Figura 29-Diagrama de resfriamento contínuo demonstrando a formação de diferentes tipos de estruturas.
Fonte: (TOTTEN, 2006).
Como pode ser observado na Figura 30 os processos mais usuais de tratamentos térmicos são demonstrados pela curva de resfriamento contínuo, onde observa-se que a curva referente ao tratamento térmico de recozimento é descrito pela curva A, normalização pela curva N e têmpera pela curva de resfriamento Q (TOTTEN, 2006).
T em pe ra tu ra Log tempo
Figura 30-Diagrama de transformação por resfriamento contínuo, onde observa-se os tratamentos térmicos mais usuais.
Fonte: (TOTTEN, 2006)