(Parte 5 de 10)

Chamamos a atenção, que a linha "A1" se inicia no ponto "P” com o teor de carbono a partir de 0,025%. Prosseguindo com o acima exposto, o aço com 0,35% de carbono ao atingir a linha "A1", 723ºC, apresentará a máxima quantidade de ferrita que poderia separar e o restante será constituído de austenita com 0,8% de carbono.

Ao cruzar a linha "A1" entretanto, o ferro com arranjo CFC como austenita, passa para ferro com arranjo C, pois abaixo de 723ºC não pode mais existir austenita em condições de equilíbrio.

Esta passagem da austenita remanescente em perlita (ferro alfa + cementita) ocorre a temperatura constante (A1) de modo progressivo de tal forma que o constituinte desta última transformação será constituído por duas fases que se alternam em forma de lamelas de ferrita ( ferro alfa) e cemetita (Fe3C).

A ferrita e o Fe3C, chamado de Cementita, que nessas condições se formaram, se dispõem de um modo característico, aparentemente em lamelas, extremamente delgadas, distribuídas alternadamente, muito próximo uma das outras, numa forma lamelar típica, chamada de "perlita". Esta é uma mistura mecânica de duas fases: Ferrita alfa + Cementita.

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Figura 15 – Estrutura Perlítica (Perlita)

Abaixo de 723ºC, linha "A1", até a temperatura ambiente, não ocorrerá mais qualquer alteração estrutural. Resumindo, os aços hipoeutetóides, cujo teor de carbono máximo é de 0,8%, são constituídos à temperatura ambiente, após resfriamento lento, de ferrita nos contornos dos grãos e perlita no interior dos grãos. As quantidades de ferrita e perlita variam segundo o percentual de carbono. Mais carbono, mais perlita. Menos carbono, menos perlita e mais ferrita.

Figura 16 – Estrutura Ferrítica-Perlítica (Ferrita+Perlita)

7.1 Regra da Alavanca

Podemos calcular a constituição microestrutural, quantidade de cada fase, desse aço com 0,35% de carbono, aplicando a regra da alavanca ou dos segmentos inversos para cada temperatura.

% ferrita = X1 . n100 (%) % austenita = X1 . m .100 (%)
mnmn

Consideremos agora como exemplo, o resfriamento de um aço hipereutetóide com 1,4% de carbono em sua composição. Voltando ao diagrama de equilíbrio reduzido, o aço com a temperatura acima da linha "AC", também estará totalmente líquido.

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Ao cruzar a linha "AC" e reduzir gradativamente a temperatura até atingir a linha "SE", linha superior da zona crítica chamada de linha "Acm", este aço também repetirá todo o comportamento do aço com 0,35% de carbono visto anteriormente, com alteração apenas das temperaturas nos pontos das transformações.

Assim até atingir a linha "ACM", o aço é totalmente constituído de austenita com 1,4% de carbono dissolvido no ferro gama. Ao cruzar a linha "Acm", os grãos de austenita começam a liberar carbono, o qual sob a forma de Fe3C, cementita, vai depositar-se no contorno do grão austenítico (austenita prévia).

A medida que o resfriamento prossegue, cada vez mais os grãos austeníticos se empobrecem de carbono e aumentando a quantidade de cementita no contorno dos mesmos. A uma determinada temperatura por exemplo, ±815ºC, entre as linhas "Acm" e "A1", ponto Y1, as fases em equilíbrio são cementita (Fe3C) com o carbono igual a 6,7%, e austenita com a composição correspondente ao ponto incidente da linha horizontal nesta temperatura, com a linha "Acm", ± 0,95% de carbono.

Prosseguindo o resfriamento, ao atingir a temperatura de 723°C, teremos Fe3C e austenita de composição eutetóide, isto é, austenita com 0,8% de carbono.

Ao cruzar a linha "A1", toda a austenita, que está com 0,8% C, irá se transformar em perlita, ocorrendo a mesma formação lamelar semelhante a anterior (aço com 0,35%C).

A austenita transforma-se em perlita e a Fe3C permanece sob a forma de cementita no contorno dos grãos perlíticos. Assim, abaixo de 723°C, linha "A1", até a temperatura ambiente, todos os aços hipereutetóides serão constituídos de perlita no grão e cementita nos contornos de grão.

Perlita+Cementita Figura 17 - Estrutura constituída de perlita com cementita no contorno de grão

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Aqui também, podemos aplicar a regra da alavanca para obter a composição microestrutural de cada fase na liga. Finalmente, ainda dentro da classificação dos aços, analisemos no diagrama de equilíbrio reduzido, as transformações ocorridas com um aço eutetóide C=0,8%.

Igualmente, acima da linha "AC" estará totalmente líquido. Entre as linhas "AC" e "AE", formam-se os cristais sólidos de austenita. Ao cruzar a linha "AE", o aço eutetóide estará totalmente solidificado na estrutura austenítica, igualmente como ocorre com os aços hipoeutetóide e hipereutetóide.

Porém, na seqüência do resfriamento, o aço eutetóide não cruza a linha "A3" e nem a linha "Acm", isto é, ele atinge o ponto de encontro destas duas linhas com a linha "A1”. Portanto, o aço eutetóide depois de solidificado, não sofre qualquer transformação de fase até atingir a temperatura de 723°C, linha "A1".

Ao cruzar a linha "A1", toda a austenita transformar-se-á em perlita, nas mesmas condições e razões, como ocorrem com os aços hipoeutetóide e hipereutetóide, já explicadas anteriormente nos exemplos com aços de 0,35% e 1,40% de carbono.

Nessas condições, todo o aço com a composição correspondente ao ponto eutetóide, quando sofrer um resfriamento lento, será constituído na temperatura ambiente, exclusivamente de perlita.

A microestrutura do ferro puro e de todas as ligas binárias de ferro-carbono de 0% até 2,06% de carbono, com a temperatura acima da linha superior crítica A3 e Acm, é "austenita" e abaixo da linha inferior crítica A1 até a temperatura ambiente, é a seguinte:

Ferrita — C máximo 0,025 % a 723ºC e aproximadamente 0,008%C a 20ºC. Aço hipoeutetóide — C entre 0,08% e 0,8% = ferrita e perlita Aço eutetóide — C igual a 0,8% = perlita Aço Hipereutetóide — C entre 0,8% e 2,06% = perlita e cementita.

Austenita é uma solução sólida de carbono no ferro gama, que apresenta uma estrutura de grãos poligonais irregulares. Não é magnética e só é estável nos aços carbono comuns, acima da linha "A1", 723ºC.

Em aços inoxidáveis especiais, aços austeníticos ao cromo-níquel, apresenta-se na temperatura ambiente e possui boa resistência mecânica com excelente tenacidade em função da composição química do aço e do tamanho de grão.

Ferrita, é a solução sólida de carbono no ferro alfa. Contém traços de carbono em solução e apresenta uma estrutura de grãos equiaxiais. É de baixa dureza e resistência à tração, porém, é de elevado alongamento e boa dutilidade.

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Cementita, é o carboneto de ferro (Fe3C) contendo 6,7% de carbono. Apresenta-se sob a forma de finas lâminas no grão perlítico ou no contorno do mesmo. É muito dura e quebradiça, sendo nos aços de alto carbono, responsável pela elevada dureza e resistência, assim como pela sua baixa dutilidade.

Perlita, é a mistura mecânica de 8% de ferrita alfa com 12% de cementita, na disposição de lâminas muito finas, igual ou menor do que um micron, dispostas alternadamente. A perlita possui propriedades mecânicas intermediárias entre as da ferrita e da cementita.

É a existência dessas transformações que nos permite aumentar ou reduzir a dureza dos aços pelo uso de tratamentos térmicos, como veremos a seguir.

8 QUADRO RESUMO

Aço Teor de Carbono

Microestrutura na temperatura ambiente Fases presentes

Hipoeutetóide < 0,8 % Ferrita + Perlita

Eutetóide = 0,8 % Perlita (100%) Hipereutetóide > 0,8 % Perlita + Cementita

Ferrita e Cementita

Fase Descrição

Ferrita Solução sólida de carbono em ferro no sistema cúbico de corpo centrado (ferro alfa α ).

Austenita solução sólida de carbono em ferro gama γ).

Perlita

(2 Fases)

Constituinte eutetóide do sistema metaestável ferro-carboneto de ferro, apresentando-se como um agregado lamelar de ferrita e cementita.

Cementita

Composto químico - carboneto de ferro -, de fórmula Fe3C e teor de carbono de 6,67%. Pode ainda conter pequenos teores de elementos como manganês, cromo e outros, formando carbonetos complexos.

9 DIAGRAMAS FORA DO EQUILÍBRIO 9.1 Curvas T – tempo, temperatura e transformação

Nos tratamentos térmicos, é indispensável saber as fases em que se encontra o aço nas diferentes faixas de temperatura do processo e o desvio que irá ocorrer nas transformações, em função das velocidades de aquecimento e principalmente na velocidade de resfriamento do aço.

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