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Ferros & aços I-50: Tratamentos térmicos
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Têmpera e revenido |
Martêmpera |
Têmpera e revenido
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Conforme visto em página anterior, a martensita é a estrutura básica formada no processo de têmpera, que tem como resultado um expressivo aumento da dureza do aço.
Em razão das posições das linhas de início e de fim da transformação (Mi e Mf no diagrama), há necessidade de um rápido resfriamento para que ela ocorra.
Na prática, isso é obtido através da imersão da peça em um meio adequado (água ou óleo, por exemplo). Em alguns casos, jatos de ar são suficientes para a operação.
Fig 01
A linha indicativa do processo no diagrama TTT da Figura 01 dá uma idéia das etapas. O resfriamento é a parte esquerda da curva, isto é, da temperatura pouco acima de A até pouco abaixo de Mf.
Considerando a inércia térmica do metal e a rapidez do resfriamento, conclui-se que este último não se dá de maneira uniforme. Quanto mais próximo do meio de resfriamento, maior a velocidade. Assim, há duas curvas extremas, uma para a superfície e outra para a região central.
A dureza da martensita e as tensões resultantes das diferenças estruturais provocadas pelas diferentes velocidades de resfriamento resultam em um material bastante duro, mas frágil e com reais possibilidades de trincas ou deformações, a depender do nível dessas tensões.
Em peças de pequenas dimensões ou seções, esses efeitos podem ser algumas vezes tolerados, mas são bastante prejudiciais ou inaceitáveis na maioria dos casos.
O revenido é um tratamento posterior à têmpera, que consiste em elevar a temperatura até certo nível e manter por algum tempo, conforme restante da curva verde da Figura 01.
O resultado é um alívio das tensões internas e redução da dureza, tanto maior quanto maiores a temperatura e o tempo de revenido.
Fig 02
Pode-se dizer, portanto, que a operação de revenido ajusta a dureza desejada da peça. Se a dureza diminui, a ductilidade aumenta e, por conseqüência, a resistência ao impacto. Na Figura 02, a variação aproximada desses parâmetros versus temperatura de revenido para aço com 0,45% C.
A temperatura de aquecimento para a têmpera deve estar um pouco acima de um determinado nível A, indicado na Figura 01.
Esse valor deve ser tal que a estrutura do aço, antes de iniciar o resfriamento, seja formada basicamente pela austenita.
No caso de aços hipereutetóides, a presença de alguma cementita não traz maiores conseqüências. Portanto, o nível A pode ser a temperatura crítica inferior A1. Aços hipoeutetóides contêm ferrita logo acima de A1, o que produz um endurecimento incompleto. Para esses aços, o nível A deve ser a temperatura crítica superior, linha A3 no diagrama Fe-C.
Fig 03
A Figura 03 (a) dá o aspecto micrográfico típico da martensita obtida após o resfriamento. Notar a estrutura agulheada. Em (b), o aspecto após o revenido. A estrutura é transformada em finos grãos de cementita distribuídos em uma matriz de ferrita.
A transformação da austenita em martensita não é um processo de difusão. É um rearranjo atômico e a martensita pode ser considerada uma solução sólida supersaturada de carbono em ferro alfa. A estrutura é tetragonal de corpo centrado, diferente da cúbica de face centrada da austenita.
Fig 04
A martensita não aparece no diagrama ferro-carbono porque é uma condição metaestável, que pode permanecer indefinidamente sob temperatura ambiente, mas retorna às fases de equilíbrio mediante recozimento. A martensita e outras fases ou estruturas do sistema ferro-carbono podem coexistir.
As temperaturas de início e fim da transformação da martensita (Mi e Mf da Figura 01) variam de acordo com a composição do aço. A Figura 04 mostra uma variação típica com o teor de carbono. Elementos de liga também exercem considerável influência. Isso significa que, em alguns aços, a temperatura de término da transformação Mf pode ficar abaixo da ambiente. E uma têmpera convencional deixa algum resíduo de austenita, comumente denominada austenita retida.
O efeito da austenita retida é uma instabilidade dimensional, que pode ser inadmissível para certas aplicações. Há alguns meios para a sua remoção. Um deles é uma segunda etapa de revenido, entre 200 e 300ºC, que transforma o resíduo de austenita em bainita. Outro meio é o uso de refrigeração mecânica ou criogênica (dióxido de carbono, nitrogênio líquido, etc) para efetuar o tratamento subzero, isto é, a redução de temperatura até a transformação completa.
Martêmpera
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Conforme já visto, a têmpera convencional produz tensões internas devido às diferenças de velocidades de transformação entre partes superficiais e interiores.
O tratamento posterior de revenido pode contornar o problema, mas não é suficiente em alguns casos.
Na martêmpera, a peça é resfriada até uma temperatura um pouco acima do início da transformação da martensita (Mi) por um meio adequado como óleo aquecido ou sal fundido.
Nesse meio, ela é mantida por um tempo suficiente para uniformizar as temperaturas internas e externas. Logo após, ocorre o resfriamento para transformação da martensita.
Fig 01
Portanto, a transformação acontece com alguma uniformidade de temperatura na peça, evitando ou diminuindo a formação de tensões residuais.
A martêmpera não dispensa o tratamento de revenido, pois a estrutura básica é a mesma martensita da têmpera convencional. Naturalmente, devido à etapa adicional, exige mais controle de parâmetros e equipamentos apropriados.
Topo | Última revisão ou atualização: Set/2009
