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Ferros & Aços V

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Tópicos: Têmpera e Revenido | Martêmpera |


1) 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 1-I

A linha indicativa do processo no diagrama TTT da Figura 1-I dá uma ideia 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 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 1-I. O resultado é um alívio das tensões internas e redução da dureza, tanto maior quanto maiores a temperatura e o tempo de revenido.


Fig 1-II

Pode-se dizer, portanto, que a operação de revenido ajusta a dureza desejada da peça. Se a dureza diminui, a ductilidade aumenta e, por consequência, a resistência ao impacto. Na Figura 1-II, 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 1-I. 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 consequências. 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 1-III

A Figura 1-III (a) dá o aspecto micrográfico típico da martensita obtida após o resfriamento. Nota-se 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 1-IV

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 1-I) variam de acordo com a composição do aço. A Figura 1-IV 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 300°C, 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.


2) 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 internas. 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 2-I

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. Devido à etapa adicional, exige mais controle de parâmetros e equipamentos adequados.
Referências
Bouché, Ch. Leitner, A. Sans, F. Dubbel. Manual da Construção de Máquinas. São Paulo, Hemus, 1979.
Faires, V. M. Elementos Orgânicos de Máquinas. Rio, Livros Técnicos, 1976.
Chiaverini, V. Aços e Ferros Fundidos. São Paulo, ABM, 1982.

Topo | Rev: Set/2009