(Parte 7 de 10)

Com o resfriamento mais rápido ao ar, representado na linha "B", a estrutura do aço ainda resultará em perlita, porém, mais fina e mais dura do que a anterior.

Utilizando uma velocidade de resfriamento ao ar soprado, maior do que a anterior, representada pela linha "C" a transformação que inicia em "I" e ainda se completa na linha "F", resulta numa perlita mais fina e mais dura ainda do que as anteriores.

Na quarta representação, linha "D", com o resfriamento em óleo mais rápido do que os anteriores, a transformação da austenita iniciada na linha "I" não chega a se concluir, isto é, não cruza a linha de transformação final "F", ficando a transformação perlítica interrompida.

Ao atingir a linha Mi, o restante da austenita que não chegou a se transformar em perlita ou bainita, começa a transformar-se em martensita, terminando essa transformação quando a temperatura atingir a linha Mf.

34 CETRE- Curso de Inspetor de Soldagem Nível 1

A estrutura resultante dessa velocidade de resfriamento será constituída de perlita, bainita e martensita simultaneamente.

Finalmente na representação da linha "E", com o resfriamento muito rápido em água, verifica-se que esse resfriamento não toca a curva isotérmica, de modo que não há transformação da austenita em estruturas dúteis, mas simplesmente em estrutura martensítica, quando a temperatura cruzar as linhas "Mi" e "Mf". Portanto, os aços resfriados mais rapidamente apresentam maior dureza.

Podemos notar também no diagrama representado, a existência de uma velocidade de resfriamento, curva "T", que tangencia o cotovelo da curva "I" de transformação.

Essa velocidade de resfriamento contínuo chama-se "velocidade crítica de resfriamento", sendo desnecessário resfriar o aço mais rápido do que ela, para obtermos estruturas martensíticas.

Por outro lado, velocidades excessivamente rápidas de resfriamento podem ocasionar danos como empenamentos das peças e até o aparecimento de trincas.

Definindo, "Velocidade Crítica de Resfriamento", e a menor velocidade de resfriamento de um aço que produzirá uma microestrutura totalmente martensítica.

Como já mencionado anteriormente, as curvas T diferem de aço para aço, isto é, elas possuem características distintas em função da composição química de cada aço. Como exemplo, observamos as duas curvas T, da figura 20 abaixo, sendo uma de aço hipoeutetóide e a outra de hipereutetóide.

Figura 20 – Curva T de um aço hipoeutetóide e de um aço hipereutetóide

35 CETRE- Curso de Inspetor de Soldagem Nível 1

As curvas dos aços que não são o aço eutetóide diferem em primeiro lugar pela posição do início da temperatura crítica superior, linha "A3". No aço eutetóide, a linha "A3" coincide com a linha "A1" a 723ºC.

Nota-se também, o aparecimento de mais uma curva acima das curvas em "C" de transformação: linha "F1" nos aços hipoeutetóides, a qual indica a separação inicial da ferrita quando o aço entra na zona crítica durante o resfriamento lento e linha "Ci", nos aços hipereutetóides, a qual indica a separação inicial da cementita quando este aço entra também na zona crítica durante o resfriamento mais ou menos lento.

Comparando-se os dois diagramas acima, destaca-se ainda o deslocamento das curvas de transformação em "C" para a esquerda nos aços com menos carbono e para a direita nos aços com maior teor de carbono comparado com o aço eutetóide; além disso, as temperaturas de transformação martensítica, indicadas pelas linhas "Mi" e "Mf", são mais elevadas nos aços com menor teor de carbono do que o aço eutetóide.

Esta é um das razões pelas quais os aços carbono e sem elementos de liga, com teores baixo de carbono, são mais difíceis de formarem microestruturas totalmente martensíticas, embora aplicando-se uma velocidade de resfriamento extremamente elevada.

Assim como o carbono altera a posição das linhas de transformação no diagrama T, conforme sua porcentagem no aço, existem outros fatores que também influenciam na posição dessas curvas, tais como: a composição química do aço, o tamanho de grão da austenita, o grau de homogeneidade da austenita mesmo com baixas velocidades de resfriamento, como podemos observar nos dois diagramas da figura 20.

Quanto à composição química, todos os elementos de liga, com exceção do cobalto, deslocam as curvas de transformação "C" para a direita, alterando as temperaturas de transformação da martensita.

Esse fenômeno ocorre, porque quando o aço está na temperatura acima da zona crítica, acima da linha "A3", praticamente todos os elementos de liga se dissolvem na austenita, isto é, se encontram em solução sólida no ferro gama.

Durante o resfriamento, quando o aço se encontra na zona crítica, alguns elementos tendem a ficar dissolvidos no ferro alfa e outros que tendem a formar carbonetos.

Portanto, quando o aço entra na zona crítica durante o resfriamento, os elementos de liga procuram se dispor de acordo com a sua tendência, dissolvendo-se na ferrita, ou formando carbonetos, ou permanecendo na austenita instável.

Essas reações serão tanto mais complexas e numerosas, quanto maior for a porcentagem e a quantidade de elementos de liga na composição do aço.

36 CETRE- Curso de Inspetor de Soldagem Nível 1

Quanto mais complexas e numerosas, maior será o tempo necessário para se iniciarem e finalizarem essas reações, de forma a atrasarem o início e o fim das transformações da austenita instável.

Esse fato irá ocasionar o deslocamento das curvas do diagrama T para a direita como já foi mencionado acima.

A conseqüência mais importante desse deslocamento, é a maior facilidade de se obter a estrutura totalmente martensítica, mesmo com baixas velocidades de resfriamento como podemos observar nos dois diagramas da figura 21.

Figura 21 – Curva T de um aço SAE 4140 e de um aço SAE 4340.

Com relação ao tamanho de grão da austenita, observa-se que quanto maior for o tamanho do grão austenítico, tanto mais para a direita se deslocam às curvas de transformação, resultando no atraso do início e fim da formação da perlita/bainita.

A razão é que a formação de perlita inicia nos contornos dos grãos austeníticos e quanto maior for o tamanho de grão, mais tempo levará a transformação para se completar.

Figura 2 - Influência do tamanho do grão austenítico na transformação da austenita

37 CETRE- Curso de Inspetor de Soldagem Nível 1

Nota-se na representação acima, que dentro de um determinado tempo, enquanto o grão menor apresenta a transformação total em perlita, nos grãos maiores, a mesma ainda não se completou.

Assim, um aço com granulação austenítica grosseira dificulta a formação da perlita, mas facilita a obtenção da martensita, devendo, contudo ser evitada, pela simples razão que a granulação grosseira diminui a tenacidade do aço, provoca maiores empenamentos, facilita a formação de trincas, gera tensões internas podendo ainda manter a austenita retida.

O tamanho do grão austenítico cresce quando o aço é levado a temperaturas muito acima da temperatura crítica superior, linha A3, ou mantido acima da temperatura crítica por um tempo demasiadamente longo, ou ainda, pelas duas razões, tempo e temperatura acima do necessário para a total transformação da austenita.

Por último, a homogeneidade da austenita, também interfere sobre a posição das curvas T / CCT. Quanto mais heterogênea for a austenita pela presença por exemplo de carbonetos residuais ou áreas localizadas ricas em carbono, mais para a esquerda se deslocam as curvas de transformação da austenita, favorecendo a formação da perlita e dificultando a obtenção da martensita.

Portanto, para um tratamento correto de têmpera, o aço deve ser o mais homogêneo possível.

Concluindo, assim como as curvas T / CCT diferem de aço para aço, convém ressaltar ainda, que as curvas para um determinado aço sofrem variações regulares de uma corrida para outra corrida.

9.2 Curvas CCT – transformação sob resfriamento contínuo

As curvas de Transformação sob Resfriamento Contínuo (Continuous Cooling Transformation – em inglês), apresentam as mudanças que ocorrem durante o resfriamento contínuo a partir da austenita.

Esse tipo de diagrama e o diagrama T se complementam tornando-se ferramenta útil para o metalurgista e para o inspetor de soldagem. A figura 23 mostra o diagrama CCT de um aço eutetóide.

38 CETRE- Curso de Inspetor de Soldagem Nível 1

Figura 23 - Diagrama CCT de um aço eutetóide

Este diagrama mostra os constituintes microestruturais como uma função da transformação com base na temperatura e no tempo. São apresentadas várias velocidades de resfriamento para ilustrar como o diagrama é utilizado.

Os produtos de transformação resultantes dependem das regiões pelas quais as curvas de resfriamento passam e quanto tempo se leva para as curvas de resfriamento atravessarem essas regiões. Como exemplo, a curva "A" passa apenas pelo campo de transformação de austenita em martensita resultando em uma estrutura 100% martensítica.

A uma velocidade de resfriamento mais lenta, caracterizada pela curva “D” os componentes microestruturais resultantes serão principalmente ferrita e teores de bainita e martensita, uma vez que a martensita só pode se transformar a partir da austenita. Qualquer austenita que se transforma em ferrita ou bainita não pode se transformar posteriormente em martensita.

39 CETRE- Curso de Inspetor de Soldagem Nível 1

10 CONSIDERAÇÕES METALÚRGICAS DURANTE A SOLDAGEM

A soldagem proporciona mudanças significativas na temperatura do metal de base e também na velocidade de resfriamento do metal de solda, então é necessário entender que a soldagem favorece a ocorrência de diversas transformações metalúrgicas tanto no metal de solda como na zona afetada termicamente. A figura 24 mostra a relação entre as temperaturas de pico (temperatura máxima para cada ponto na ZTA) exibidas em várias regiões da junta soldada e o diagrama de equilíbrio ferro-carboneto de ferro.

(Parte 7 de 10)

Comentários