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Em face à decorrência desses fenômenos físicos (aquecimento / resfriamento) e a fim de possibilitar-nos o controle das transformações estruturais dos aços, usamos um outro diagrama chamado de "Curva T" — Tempo — Temperatura — Transformação.

Para outras taxas de resfriamento, que não as taxas do diagrama de equilíbrio Fe-Fe3C, utilizamos as curvas fora do equilíbrio.

Estas curvas também são chamadas de diagramas de transformação isotérmica que descrevem os constituintes microestruturais resultantes da transformação da austenita instável a uma temperatura particular (abaixo de A1) para um aço de composição química determinada.

Resumindo, curva T é o diagrama que relaciona o tempo em uma temperatura constante onde ocorrem as diversas transformações nos aços no estado sólido.

Quando um aço eutetóide for aquecido até o campo austenítico e a seguir resfriado lentamente até a temperatura de 723ºC, a microestrutura resultante conterá apenas perlita. Esta estrutura só poderá ocorrer quando houver tempo suficiente, permitindo aos átomos se difundirem naquele novo arranjo.

O principal mecanismo responsável por esse acontecimento é a difusão. Quanto mais alta a temperatura, maior mobilidade atômica os átomos terão dentro da estrutura.

Aços que são termicamente tratados para produzir perlita geralmente tem maior dutilidade e menor dureza. Todavia quando se resfria a austenita mais rapidamente, ocorrem mudanças significativas nesta transformação para uma determinada liga de aço.

Primeiro, a transformação ocorrerá a uma temperatura mais baixa (menor que A1). Adicionalmente, a microestrutura resultante é modificada e a dureza e a resistência à tração do aço aumentam significativamente, com uma diminuição correspondente em dutilidade e alongamento.

Tomemos por exemplo um aço eutetóide. Este aço apresenta uma única temperatura crítica a 723ºC (A3 e Acm coincidem com A1). Abaixo dessa temperatura, teríamos somente perlita se as condições de resfriamento fossem extremamente lentas (diagrama de equilíbrio).

Com velocidades de resfriamento da austenita cada vez maiores, a temperatura crítica de transformação, que no caso seria indicada por A1 a 723°C, será cada vez mais baixa.

Com um leve aumento na velocidade de resfriamento, a temperatura de transformação será um pouco menor, produzindo assim uma perlita mais fina, ou seja, uma perlita com espaçamento menor entre as lamelas. Esta estrutura é ligeiramente mais dura que a perlita grosseira e um pouco menos dútil.

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O produto resultante da transformação nessas condições, até certa velocidade de resfriamento, ainda será perlita, porém, com características estruturais e propriedades mecânicas, dependentes da temperatura de transformação. Com velocidades de resfriamento mais altas e mais baixas temperaturas de transformação, já não ocorre a formação de perlita, em contrapartida forma-se bainita.

A bainita possui um arranjo acicular de finas agulhas de carboneto de ferro em uma matriz de ferrita. Bainita tem maior resistência à tração e dureza e menor dutilidade quando comparada a perlita, e é muito difícil sua observação ao microscópio ótico, sendo necessário um olho muito treinado e aumento adequado.

Se a taxa de resfriamento e a quantidade de carbono são suficientemente altas, a uma temperatura mais baixa de transformação, irá aparecer junto ou não com as transformações anteriores, uma nova transformação, dando origem a um constituinte totalmente diferente, denominado martensita.

Para isso é necessária uma quantidade mínima de carbono no aço, para que ocorra a transformação em martensita, e é também por isso que os aços com teor de carbono abaixo de 0,29% são os preferíveis para a soldagem, uma vez que a possibilidade de formação de martensita é baixa, ou quase nula.

A formação da martensita é um processo sem difusão; pois a taxa de resfriamento é tão alta que impede sua ocorrência, ou seja, os átomos não têm tempo para se mover e nem espaçamento atômico adequado.

A austenita, quando submetida a taxas de resfriamento muito altas, sofre têmpera, pois o fenômeno de difusão é praticamente extinto. Como conseqüência, o carbono fica aprisionado dentro da célula unitária C que é deformada para uma estrutura tetragonal de corpo centrado.

A martensita é uma solução supersaturada de carbono em ferro alfa deformada tetragonalmente com dureza e fragilidade elevadas. Possui reticulado tetragonal de corpo centrado, resultante da distorção do reticulado cúbico de corpo centrado provocado pelo excesso de carbono. A martensita das ligas ferro-carbono é ferromagnética.

Importantes considerações sobre o diagrama T

Para a velocidade de resfriamento que tangencia o cotovelo da linha de início de transformação da austenita, dá-se o nome de "velocidade crítica de resfriamento", a qual é de grande importância nos tratamentos térmicos.

Partindo dos fenômenos físicos acima descritos, é que na prática dos tratamentos térmicos, elevamos a temperatura de um aço até a sua transformação em uma determinada estrutura (ferro gama) e controlamos a velocidade de resfriamento, para que se obtenha a microestrutura final desejada e em decorrência as características desejadas.

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Um outro fato que ocorre também, é que com o aumento da velocidade de resfriamento, as transformações além de atrasarem o seu início, elas também levam um tempo maior para se completarem.

No exemplo do aço eutetóide acima citado, já foi comentado no diagrama de equilíbrio, que a sua transformação de ferro gama em ferro alfa + cementita na temperatura de 723°C se processaria integralmente nessa temperatura se a velocidade de resfriamento fosse considerada infinitamente lenta.

Repetindo, o aço eutetóide (com 0,8% de carbono em sua composição) a uma temperatura acima de 723°C terá a sua estrutura formada exclusivamente de austenita, a qual se transformará em perlita a uma temperatura imediatamente inferior aos 723°C, se o processo de resfriamento for infinitamente lento.

Para melhor entendermos uma curva T, passaremos a analisar as transformações isotérmicas que ocorrem com um aço eutetóide, ou melhor, usando amostras de aço eutetóide devidamente austenitizados.

Vamos analisar o que ocorre se resfriarmos rapidamente estas amostras até diversas temperaturas e mantivermos estas temperaturas constantes, até que se processe toda a transformação da austenita.

Antes, porém, analisando o diagrama da figura 18, encontramos na linha abscissa o tempo em escala logarítmica e na ordenada as temperaturas. A linha horizontal na parte superior do diagrama representa a linha inferior da zona crítica do diagrama de equilíbrio — Linha A1, a 723ºC.

A linha em forma de "C" marcada com "I", define a linha de início de transformação da austenita instável, isto é o tempo necessário para que a transformação da austenita se inicie.

a transformação da austenita se complete

A linha também em forma de "C" marcada com "F", define o tempo necessário para que

Finalmente, a cerca de 220ºC a linha "Mi" e mais abaixo a cerca de 110°C a linha "Mf”, indicam o aparecimento e o término da transformação martensítica, cuja transformação é independente do tempo e das curvas em "C", ficando as suas porcentagens crescentes a partir de "Mi" e com a totalidade da transformação em “Mf”.

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Figura 18 – Curva T de um aço eutetóide

Através do diagrama podemos acompanhar as estruturas resultantes das transformações em diferentes temperaturas. Seguindo com a análise das transformações, e para um melhor entendimento, traçamos sobre o diagrama T acima, três exemplos de transformações isotérmicas, isto é, transformações que ocorrem a uma temperatura constante.

No primeiro exemplo, tomamos uma amostra de aço eutetóide devidamente austenitizada na faixa de 800ºC e a resfriamos bruscamente até os 650ºC numa velocidade menor do que dois segundos e a mantemos constante nessa temperatura.

A transformação irá iniciar somente após o 8,4 segundos e é concluída no 2º minuto, levando a operação de transformação um tempo aproximado de 1 minuto e 52 segundos. O constituinte final resultante é perlita grosseira.

Como segundo exemplo, resfriamos a nossa amostra dos 800ºC até 550ºC em menos de 1 segundo. Da mesma forma a mantemos em temperatura constante.

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A transformação inicia em 1 segundo e conclui-se um pouco antes de 8 segundos, levando um tempo total de menos de 7 segundos e resultando como constituinte final perlita fina mais dura e resistente do que a do exemplo anterior.

No terceiro exemplo, resfriaremos a amostra dos 800ºC até 280ºC em menos de 1 segundo. A transformação se inicia em menos de 1 minuto e se conclui com mais de 30 minutos, levando um tempo superior a 30 minutos para a total transformação. O constituinte final é bainita acicular com dureza superior às amostras anteriores.

Observa-se nos três exemplos acima, que logo abaixo da temperatura crítica, o tempo de transformação é grande, isto é, demora para iniciar e completar, e esta demora é cada vez menor à medida que decresce a temperatura até cerca dos 550ºC. Porém, a partir dos 550ºC para baixo, aumentam novamente os tempos de início e conclusão de transformação.

Próximo dos 220ºC, quando então ocorre a linha "Mi" tem início a formação da matensita que termina em “Mf” próximo ao 110ºC.

Concluindo, observamos que o menor tempo de uma transformação, ocorre nas proximidades dos 550 °C e que a partir dessa temperatura, tanto para cima até próximo da linha "Al", como para baixo até a linha "Mi", os tempos de transformação isotérmica aumentam gradativamente.

Entretanto, até o momento comentamos somente sobre as transformações isotérmicas ocorridas em uma curva T. As curvas T diferem de aço para aço.

Quanto às transformações que mais interessam sob o ponto de vista prático, são as que ocorrem quando a temperatura decresce continuamente, visto que as operações de tratamento térmico envolvem transformações que normalmente ocorrem com resfriamento contínuo. Faz-se necessário o uso de outro diagrama: Diagrama CCT ou Curvas de Resfriamento Continuo.

No exemplo a seguir, a representação esquemática de um diagrama T, apresenta uma série de curvas de resfriamento contínuo.

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Figura 19 – Curva T esquemática de um aço eutetóide

A linha "A" do exemplo mostra um aço resfriado muito lentamente dentro de um forno, cuja estrutura começa a se transformar em perlita ao atingir a temperatura da linha "I" e se completa ao cruzar a linha "F". Essa perlita é lamelar e de baixa dureza.

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