Tratamentos-Térmicos-Curso-4

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4. Microestrutura dos aços 
 
 Conforme já foi salientado no capítulo anterior, aços são ligas ferro-carbono que contém 
até 2,11% em peso de carbono. Esta é a quantidade máxima de carbono que podemos ter na 
austenita a 1148 °C. Na prática, entretanto, os aços raramente ultrapassam o teor de carbono 
de 1,0%. Teores maiores do que este somente são encontrados em aços ligados, geralmente 
com altos teores de liga como é o caso dos aços utilizados para a fabricação de matrizes e 
ferramentas. Neste capítulo estudaremos as transformações que ocorrem nos aços sem 
elementos de liga quando estes forem resfriados lentamente desde o estado austenítico até a 
temperatura ambiente. 
 
4.1 - Aço Eutetóide 
 
 Aço eutetóide é um aço que tem um teor de carbono de 0,77%. Esta é uma composição 
particular encontrada no diagrama ferro-carbono em que existe a transformação de austenita 
para ferrita e cementita. Como já foi citado anteriormente, a esta reação é dado o nome de 
reação eutetóide que é uma reação em que temos a transformação de uma fase sólida 
(austenita) em duas fases sólidas (ferrita e cementita). 
 
 A reação eutetóide é uma reação que se processa lentamente, pois é um processo em que 
temos que ter migração dos átomos de carbono para que as novas fases sejam formadas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 A forma como ocorre a transformação eutetóide (Fig. 4.1) pode ser descrita da seguinte 
maneira: quando um aço de composição eutetóide é resfriado desde o campo austenítico e 
chega à temperatura eutetóide de 727 °C, a estrutura CFC da austenita torna-se instável e para 
que o material permaneça estável é necessário que haja uma transformação de estrutura. A 
estrutura que irá se formar é uma estrutura CCC que é a ferrita. Esta passagem de uma 
estrutura CFC para outra CCC é induzida pela transformação alotrópica do ferro puro, a qual 
também é conseqüência de uma variação na energia livre. Ocorre, porém, que a ferrita é uma 
fase em que a solubilidade do carbono é muito menor do que na austenita e neste caso haverá 
uma quantidade de carbono excedente que irá formar outra fase que é a cementita. A 
formação da ferrita se dá a partir de pontos de maior energia, como por exemplo os contornos 
de grão, e vai crescendo em direção ao centro do grão. À medida em que a ferrita cresce, o 
carbono em excesso vai sendo expulso para as regiões adjacentes, dando origem à cementita. 
 
Fig. 4.1: Transformação da austenita em ferrita e cementita ( Reed-Hill) 
 Como existe a formação quase simultânea de vários núcleos de ferrita, a estrutura resultante 
passará a ser composta de regiões alternadas de ferrita e de cementita. Como conseqüência, ao 
final da transformação, toda a estrutura do aço será formada por lamelas de ferrita e 
cementita. Observada ao microscópio esta estrutura lembra uma impressão digital e recebe o 
nome de perlita (Fig. 4.2). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Um aço com estrutura perlítica apresenta uma razoável resistência mecânica. Ocorre que a 
ferrita está diretamente reforçada pela cementita. A composição de duas fases propicia um aço 
de boa resistência mecânica e boa resistência ao desgaste com sacrifício da ductilidade e da 
tenacidade do material. 
 
4.2 - Aços Hipoeutetóides 
 
 Consideremos agora um aço com um teor de carbono inferior a 0,77%, isto é, um aço com 
concentração inferior à eutetóide (Fig. 4.3). No resfriamento, a austenita não passa 
diretamente para ferrita e cementita. Conforme pode ser observado no detalhe do diagrama 
Fe-C, a liga de composição hipoeutetóide cruza o campo bifásico em que coexistem a ferrita e 
a austenita, desta forma, em uma primeira etapa haverá a formação de ferrita a partir da 
austenita, o carbono expulso das regiões em que é nucleada a ferrita pode ser tranqüilamente 
dissolvido pela austenita remanescente àquela temperatura. Assim, à medida em vai 
aumentando a quantidade de ferrita formada, a austenita vai sendo enriquecida em carbono. 
 
 
 
 
 
 
 Fig. 4.2: Fotomicrografia de um aço eutetóide mostrando a microestrutura perlita, que
consiste em camadas alternadas de ferrita α (fase clara) e cementita Fe3C (fase escura em
camadas finas). Ampliação 500x. (William D. Callister) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Considerando-se agora o resfriamento de um aço com 0,2% de carbono em peso. À medida 
que o material cruza o campo bifásico a quantidade de ferrita vai aumentando gradativamente. 
A quantidade de ferrita formada, ferrita proeutetóide, a cada temperatura, pode ser calculada 
pela regra da alavanca. Enquanto que a ferrita mantém um teor de carbono máximo de 
0,025% em solução, a austenita remanescente vai aumentando o seu teor de carbono. Desta 
forma à medida que aumenta a quantidade relativa de ferrita, a austenita passa da composição 
original (0,2% C) para um valor de até 0,77% C na temperatura de 727 °C. Abaixo desta 
temperatura, este aço apresentará ferrita livre (em torno de 75% de ferrita proeutetóide) e 
perlita (25%). 
 
 A Fig. 4.4 mostra a microestrutura do aço hipoeutetóide com 0,38% C. Evidentemente que 
este aço apresentará uma dureza e resistência mecânica inferiores às de um aço eutetóide, 
apresentando, no entanto, uma tenacidade maior. 
Fig. 4.3: Representação esquemática da transformação de um aço hipoeutetóide.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.3 - Aços Hipereutetóides 
 
 Vejamos agora as transformações das ligas hipereutetóides (aquelas que contém entre 
0,77% C e 2,14% C) quando resfriadas a partir de temperaturas dentro do campo da fase 
austenita γ. Considere o resfriamento de uma liga de composição C1 (Fig. 4.5) segundo a linha 
vertical zz´. 
 No ponto g, somente a fase γ estará presente com uma composição C1 e microestrutura 
conforme mostrado (apenas grãos de austenita). Com o resfriamento para dentro do campo 
das fases γ + Fe3C, isto é, até o ponto h, a fase cementita começará a se formar ao longo dos 
contornos dos grãos iniciais da fase γ, de maneira semelhante ao que ocorre com a fase ferrita 
nas ligas hipoeutetóides mostradas na Fig. 4.3. Essa cementita é chamada de cementita 
proeutetóide, aquela que se forma antes da transformação eutetóide. Obviamente, a 
composição da cementita permanece constante (6,7% C) à medida que varia a temperatura. 
Contudo, a composição da fase austenita varia ao longo da curva PO em direção à eutetóide. 
Na medida em que a temperatura diminui através da eutetóide até o ponto i, toda a austenita 
restante (com composição eutetóide) será convertida em perlita; assim, a microestrutura 
resultante consistirá em perlita mais cementita proeutetóide como microconstituintes (Fig. 
4.6). 
Fig. 4.4: Fotomicrografia de um aço com 0,38% C, que possui uma microestrutura 
formada por perlita + ferrita proeutetóide. (635x) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 4.5: Representação esquemática da transformação de um aço hipereutetóide. 
Fig. 4.6: Fotomicrografia de um
aço com 1,4% C, que possui
uma microestrutura formada por
uma rede de cementita
proeutetóide, branca, que
envolve as colônias de perlita.
(1000 x) 
4.4 - Regra da alavanca 
 
 A regra da alavanca (Fig. 4.7) é um artifício que permite calcular a quantidade relativa de 
fases a cada temperatura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Considerando um aço com 0,2% na temperatura de 727 C. Quanto mais próxima estiver a 
composição nominal do aço do domínio da ferrita, por exemplo, maior deverá ser a 
quantidade relativa desta. A partir deste raciocínio pode-seusar uma regra de três para 
calcular a quantidade de ferrita. A quantidade de ferrita será igual à composição da austenita 
menos a composição nominal divididas pela diferença da composição da austenita (0,8%) e da 
ferrita (0,025%) na temperatura de interesse. Desta forma: ( )
( ) %75%100025,08,0
2,08,0% =−
−= xferrita 
 Isto é, o aço com 0,2% C apresenta 75% de ferrita na temperatura próxima da eutetóide. 
 
 À medida que chegarmos próximo da composição eutetóide, a quantidade relativa de perlita 
aumenta sensivelmente. Já nos aços hipereutetóides o predomínio sempre será da perlita. 
Considerando-se um aço com 1% C teríamos: ( )
( ) %1,96%10077,067,6
167,6% =−
−= xperlita 
 
 Assim, como o teor de carbono do aço está muito mais próximo da composição do aço 
eutetóide em relação à composição da cementita, o braço de alavanca está favorecendo a 
 
Fig. 4.7: Detalhe da região do diagrama Fe-C usado em cálculos das quantidades
relativas dos microconsituintes proeutetóide e perlita para as composições hipoeutetóide
(C0´) e hipereutetóide (C1´), mediante a regra da alavanca. 
perlita. Temos como exemplo a microestrutura de três aços de composição diferentes (ver 
figuras 4.4, 4.2 e 4.6). Pode-se notar que à medida que aumentamos o teor de carbono 
aumenta a quantidade de perlita até que, ultrapassado o ponto eutetóide, teremos a formação 
de cementita em contorno de grão. 
 
4.5 - Classificação dos aços 
 
 A partir das informações apresentadas nas seções precedentes, pode-se entender porque os 
aços constituem uma família de materiais extremamente versátil. Basta alterar o teor de 
carbono no aço para que se consiga alterar substancialmente as propriedades mecânicas do 
mesmo. Por exemplo, caso tenhamos um aço com 0,08% de carbono em peso, o material 
apresentará uma predominância da estrutura ferrítica. Assim, este aço apresenta uma grande 
ductilidade, podendo ser utilizado para a confecção de uma lata de cerveja. Simplesmente 
aumentando o teor de carbono do aço para 0,8% por exemplo, já teremos uma grande 
quantidade de cementita. O aço passará a ter uma alta dureza e resistência ao desgaste, com 
sacrifício da sua ductilidade. Teremos então, um aço tipicamente empregado na fabricação de 
trilhos. 
 
 Os aços, além de serem constituídos basicamente por ferro e carbono, podem apresentar 
uma série de outros elementos adicionados intencionalmente ou não. Normalmente são 
considerados dois tipos fundamentais de aços: 
- os aços-carbono, caracterizados como ligas ferro-carbono contendo até 2% de carbono em 
peso, além de elementos residuais, resultantes do processo de fabricação; 
- os aços ligados, caracterizados como ligas ferro-carbono contendo outros elementos 
adicionados intencionalmente. 
 
 A maioria dos aços contém entre 0,1 e 1,5% de carbono em peso. As principais impurezas 
encontradas são o fósforo, o enxofre, o manganês e o silício. Outros elementos residuais 
podem ser o nitrogênio, o oxigênio o estanho e o alumínio. Normalmente as normas definem 
os teores máximos permitidos destes elementos de acordo coma aplicação do mesmo. Entre os 
principais elementos de liga introduzidos no aço para lhe conferir propriedades específicas 
encontramos o níquel, cromo manganês, silício, vanádio, tungstênio, molibdênio e nióbio. 
 
 É usual separar os aços em três grupos principais, segundo o teor de carbono: 
- aços doces, contendo até 0,25% de carbono 
- aços meio duros, com teor de carbono compreendido entre 0,25% e 0,50% de carbono 
- aços duros, com teores acima de 0,5% de carbono. 
 
 Dentre os diversos sistemas de classificação dos aços de construção mecânica, os mais 
utilizados no Brasil, são os da SAE (Society of Automotive Engineers) e da AISI (American 
Iron and Steel Institute). O aço é designado geralmente por quatro algarismos. Os dois 
primeiros referem-se aos elementos de liga e os dois últimos ao teor de carbono. Desta forma, 
um aço 1010 será um aço carbono (sem elementos de liga) com 0,1% de carbono em peso. Já 
um aço SAE 4340, além de apresentar 0,40% de carbono, terá entre 1,65 e 2,0% de Ni, de 0,4 
a 0,9% de Cr e entre 0,2 e 0,3% de Mo. 
 
 Famílias de aços especiais, como os aços inoxidáveis e aços para ferramentas, recebem uma 
nomenclatura especial. 
 
 
 A Tabela 4.1 apresenta a classificação dos aços, segundo as normas SAE ou AISI. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela 4.1: Nomenclatura AISI e SAE para aços. Os principais grupos por
composição química são: 1--- (C); 2--- (Ni); 3--- (Ni-Cr); 4---- (Mo).