AÇO-CARBONO
Aço é a liga ferro-carbono contendo geralmente 0,008% ate aproximadamente 2,11% de carbono.
AÇO-LIGA
Aço que contem outros elementos de liga ou apresenta os teores residuais acima dos que são considerados normais.
ALOTROPIA DO FERRO 1538°C – Ponto de fusão do ferro;
1558°C ate 1394°C – forma alotrópica do ferro com um reticulado CCC chamada de DELTA;
1394°C ate 912°C – forma alotrópica do ferro com um reticulado CFC chamada GAMA;
912°C ate 20°C – forma alotrópica do ferro com um reticulado CCC chamada ALFA.
OBS: A cerca de 770°C o ferro começa a se comportar
ferromagneticamente. Quando esse fenonimo era considerado como uma nova forma alotrópica o ferro era chamado de BETA
DIAGRAMA DE EQUILIBRIO
Diagrama da liga binaria Fe-C para teores de carbono ate 6,7%. O carbono forma com o ferro o composto Fe3C que contem aproximadamente 6,7% de carbono.
Acima de 4% de carbono essas ligas apresentam pequena importância comercial.
Ligas com 4,3% de carbono são chamadas ligas eutéticas. Ligas com 0,77% de carbono são chamadas ligas eutetóides.
A solução sólida do carbono do ferro gama é chamada AUSTENITA. A solução solida do carbono do ferro alfa é chamada FERRITA. O composto carboneto de ferro Fe3C é chamado de CEMENTITA A solubilidade do carbono na austenita corresponde a 2,11% de carbono e ocorre a 1148°C.
A solubilidade do carbono na ferrita corresponde a 0,02% de carbono e ocorre a 727°C.
ATE 0,008% DE CARBONO = FERRO PURO DE 0,008% ATE 2,11% DE CARBONO = AÇOS
ACIMA DE 2,11% DE CARBONO = FERRO FUNDIDO
Aços que apresentam teores de carbono abaixo de 0,77% são chamados HIPOEUTETOIDES.
Aços que apresentam teores de carbono entre 0,77% e 2,11% são chamados HIPEREUTETOIDES.
PERLITA: FERRITA + CEMENTITA
COMPOSIÇAO ESTRUTURAL À TEMPERATURA AMBIENTE DAS LIGAS FERRO-CARBONO DE 0% ATE 2,11% DE CARBONO ESFRIADAS
LENTAMENTE A PARTIR DE TEMPERATURAS ACIMA DA ZONA CRITICA
Ferro comercialmente puro: FERRITA Aços hipoeutetóides: FERRITA E PERLITA Aços eutetóides: PERLITA
PROPRIEDADES DOS CONSTITUINTES DOS AÇOS
AUSTENITA: Só é estável acima de 727°C, apresenta estrutura de grãos poligonais irregulares; possui boa resistência mecânica e apreciável tenacidade; não é magnética.
FERRITA: apresenta estrutura de grãos poligonais irregulares; possui baixa dureza e baixa resistência a tração, mas excelente resistência ao choque e elevado alongamento.
CEMENTITA: apresenta estrutura cristalina ortorrômbica; muito dura, quebradiça, baixa ductilidade.
PERLITA: mistura mecânica de 88,5% de ferrita e 11,5% de cementita. As propriedades mecânicas da perlita são intermediarias entre as da ferrita e da cementita dependendo do tamanho das partículas de cementita.
MARTENSITA: apresenta um reticulado tetragonal e sua dureza é muito elevada.
OBS: ferro comercialmente puro apresenta-se mole, dúctil, pouco resistente a tração e com alta resistência ao choque; a medida que o teor de carbono cresce, aumentam os valores representativos da resistência mecânica: o limite de escoamento, o limite de resistência a tração e a dureza, ao passo que diminuem os valores relativos a ductilidade: alongamento, estricção e resistência ao choque.
DIAGRAMA TRANSFORMAÇAO-TEMPO-TEMPERATURA
Um aço eutetoide apresenta uma única temperatura crítica a 727°C. Abaixo dessa temperatura tem-se só perlita, em condições de
esfriamento extremamente lento. Aumentando a velocidade de
esfriamento a temperatura crítica da transformação é cada vez mais baixa. Ate uma certa velocidade de resfriamento o produto originado ainda é perlita com características estruturais e propriedades que dependem da velocidade de esfriamento. Ao se atingir uma certa velocidade aparece junto com a perlita um constituinte chamado MARTENSITA . A partir de uma certa velocidade de esfriamento maior que a anterior cessa a formação de perlita e permanece apenas a
martensita. Essa velocidade recebe o nome de VELOCIDADE CRITICA DE ESFRIAMENTO.
CONSTITUINTES RESULTANTES DA TRANSFORMAÇÃO DA AUSTENITA
1. Logo abaixo da zona crítica, onde a velocidade de
transformação é muito baixa, forma-se a PERLITA LAMELAR, de granulação grosseira e de baixa dureza;
2. À medida que a temperatura cai, em torno de 550°C, no cotovelo da curva, a perlita adquire textura cada vez mais fina e dureza mais elevada. É chamada de PERLITA FINA. É a forma mais dura da perlita.
3. Entre 550°C e 200°C o produto da transformação varia de aspecto, desde um agregado de ferrita em forma de pena e carboneto de ferro por volta dos 450°C, até um constituinte em forma de agulhas em torno de 200°C. Recebem o nome de BAINITA.
4. Entre 200°C e 100°C forma-se a MARTENSITA, cuja formação depende exclusivamente da temperatura.
TRATAMENTO TÉRMICO DOS AÇOS Os principais objetivos dos tratamentos térmicos são:
Remoção de tensões;
Aumento ou diminuição da dureza;
Aumento da resistência mecânica;
Melhora da ductibilidade;
Melhora da usinabilidade;
Melhora da resistência ao desgaste;
Melhora das propriedades de corte;
Melhora da resistência a corrosão;
Melhora da resistência ao calor;
Modificação das propriedades elétricas e magnéticas.
AQUECIMENTO: é geralmente realizado a uma temperatura acima da critica, para que se tenha a completa austenitização do aço, ou seja, total dissolução do carboneto de ferro no ferro gama.
TEMPO DE PERMÂNENCIA À TEMPERATURA DE AQUECIMENTO:
quanto mais longo o tempo, mais completa a dissolução do carboneto de ferro ou outras fases presentes no ferro gama, entretanto maior será o tamanho do grão resultante.
RESFRIAMENTO: fator mais importante, pois ele que determinará efetivamente a estrutura e as propriedades finais dos aços. Pela variação da velocidade de resfriamento pode-se obter desde a perlita grosseira de baixa resistência mecânica e baixa dureza ate a
martensita que é o constituinte mais duro resultante dos tratamentos térmicos.
PRINCIPAIS TRATAMENTOS TERMICOS
RECOZIMENTO: Tratamento térmico utilizado a fim de alcançar os seguintes objetivos: remover tensões devidas aos tratamentos mecânicos a frio ou a quente, diminuir a duzera para melhorar a usinabilidade do aço, alterar as propriedades mecânicas como
resistência, ductilidade, etc., modificar os característicos elétricos e magnéticos, ajustar o tamanho do grão, remover gases, eliminar os efeitos de quaisquer tratamento térmico ou mecânico a que o aço tiver sido submetido.
1. RECOZIMENTO TOTAL: Consiste no aquecimento do aço acima da zona critica durante o tempo necessário para se ter a solução do carbono no ferro gama, seguido de um resfriamento muito lento realizado no forno. Resultado: Perlita grosseira – melhora a usinabilidade de aços de baixo e médio carbono. Constituintes estruturais: perlita e ferrita (hipoeutetóides), cementita e perlita (Hipereutetóides), perlita (eutetóides).
2. RECOZIMENTO ISOTERMICO: Consiste no aquecimento dos aços na mesma condição do recozimento total, seguido de um
resfriamento rápido ate uma temperatura situada dentro da porção superior do diagrama de transformação isotérmica, mantido nessa temperatura ate atingir a transformação completa, seguido de
resfriamento ate a temperatura ambiente. Mesmo resultado do recozimento total.
3. RECOZIMENTO PARA ALIVIO DE TENSOES: Consiste no aquecimento do aço a temperatura abaixo da zona critica. O objetivo é aliviar as tensões originadas durante a solidificação. 4. ESFEROIDIZAÇAO: Consiste num aquecimento e resfriamento
subsequente, produzindo uma forma globular ou esferoidal de carboneto no aço. Há varias maneiras de produzir:
Aquecimento a uma temperatura logo acima da linha inferior de transformação, seguido de esfriamento lento.
Aquecimento a tempo prolongado a uma
temperatura logo abaixo da linha inferior da zona critica.
Aquecimento e resfriamento alternados entre temperaturas acima e abaixo da linha de transformação inferior.
NORMALIZAÇAO: Consiste no aquecimento do aço a uma temperatura acima da zona critica, seguido de resfriamento ao ar. Utiliza-se em aços fundidos, laminados ou forjados. Objetivo: refinar a granulação grosseira de peças de aços fundidos, usada também como tratamento preliminar a tempera e ao revenido, reduzir a tendência ao
empenamento e facilitar a solução de carbonetos na liga.
Constituintes obtidos: ferrita e perlita fina ou cementita e perlita fina. TEMPERA: Consiste no resfriamento rápido do aço de uma
temperatura superior a sua temperatura critica. OBJETIVO: obtenção de estrutura martensítica. Constituinte final: MARTENSITA.
PROPRIEDADES: aumento do limite de resistência a tração e da sua dureza, redução da ductibilidade, da tenacidade e aparecimento de tensões internas.
REVENIDO: Sempre acompanha a tempera, elimina a maioria dos inconvenientes produzidos pela tempera, alivia ou remove tensões internas, corrige a excessiva dureza e fragilidade do material, aumenta sua ductibilidade e resistência ao choque.
