Tratamentos-Térmicos-Curso-5

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5. Fases Metaestáveis 
Conforme foi mostrado, normalmente um aço apresentará uma estrutura que irá depender 
diretamente do teor de carbono. Por outro lado, as estruturas normais até agora apresentadas 
são formadas a partir de intensa difusão de carbono do aço. O que acontecerá se a taxa de 
resfriamento não permitir esta difusão do carbono? 
5.1 - Reação Martensítica 
Se tomarmos um aço de composição eutetóide e o resfriarmos lentamente haverá a 
formação de ferrita e de cementita a partir da austenita original. Sob condições de 
resfriamento lento ou moderado, os átomos podem difundir para fora da austenita. Os átomos 
de ferro podem, então, em um rearranjo em nível atômico, passar para uma estrutura cúbica 
de corpo centrado. Esta reação ocorre por um processo de nucleação e crescimento, com 
intensa difusão de carbono no reticulado do ferro. O que acontecerá se resfriarmos 
rapidamente esta austenita? Com um resfriamento rápido não daremos tempo para a difusão 
do carbono obrigando que ele se mantenha em solução. À medida que tivermos a austenita a 
uma temperatura menor que a eutetóide haverá uma força motriz no sentido do ferro passar da 
estrutura CFC para a estrutura CCC (Fig. 5.1). 
 
Fig. 5.1: a) Distorção do reticulado cristalino na transformação martensítica; 
b) comparação entre as estruturas TCC e CCC. 
 
Na tentativa do ferro passar para CCC o excesso de carbono fará com que ocorra uma 
distorção no reticulado cristalino (Fig. 5.1 e 5.2). A supersaturação de carbono fará com que o 
ferro passe a apresentar uma estrutura cristalina distorcida tetragonal de corpo centrado. Esta 
distorção do reticulado devido à supersaturação de carbono faz com que o aço aumente 
substancialmente a sua resistência mecânica. O tratamento de resfriamento rápido recebe o 
nome de têmpera e a estrutura resultante será a martensita. 
 A martensita será, então, uma solução sólida supersaturada em carbono e a estrutura, ao 
invés de ser cúbica de corpo centrado passaria a ser tetragonal de corpo centrado, uma vez que 
um de seus eixos fica expandido pelo carbono aprisionado. Esta severa distorção do reticulado 
cristalino é a primeira razão da dureza da martensita. 
O apreciável aumento da dureza e da resistência mecânica que é possível com a têmpera de 
um aço tem grande importância e aplicação prática. Assim, lâminas, molas, rolamentos, 
engrenagens e ferramentas em geral, são empregados no estado temperado. 
 
Fig. 5.2: Variação dos parâmetros de rede da martensita e da austenita com o teor de C. 
 
Fig. 5.3: Curvas de variação da dureza com o teor de carbono. 
 
 A dureza a ser alcançada pela estrutura martensítica irá depender diretamente do teor de 
carbono (Fig. 5.3). Normalmente um aço para ser temperado deve apresentar um mínimo de 
0,3% de carbono, sendo que uma dureza máxima já pode ser alcançada com 0,6% de carbono. 
Um valor mínimo de carbono é necessário exatamente para poder ocorrer distorção do 
reticulado cristalino fazendo com que a estrutura passe para tetragonal de corpo centrado. 
Esta distorção do reticulado e as tensões geradas fazem com que, na prática, um aço nunca 
deva ser usado no estado temperado. A fragilidade associada obriga a que seja realizado um 
tratamento térmico de alívio de tensões (tratamento térmico de revenido) que pode variar 
desde 180 C até 600 C. Adicionalmente, quanto maior o teor de carbono, maior a resistência 
alcançada pela estrutura martensítica, com sacrifício da tenacidade. Fica claro o fato de que 
quanto maior o teor de carbono, maior será a distorção do reticulado. 
Para aplicações mecânicas limita-se o teor de carbono de aços a serem temperados na faixa 
de 0,3 a 0,4% de carbono, visando preservar a tenacidade do componente. Para aplicações 
como molas e lâminas, por exemplo, o teor de carbono pode ser aumentado para a faixa de 
0,6% uma vez que a resistência mecânica deve ser a máxima possível. Para algumas 
aplicações especiais o teor de carbono pode ser ainda mais elevado. Para rolamentos, por 
exemplo, utiliza-se um teor de carbono na faixa de 1%. Neste caso, o teor de carbono para o 
máximo de resistência mecânica já foi até ultrapassado. O carbono em excesso passa a formar 
carbonetos que, em uma matriz martensítica de alta resistência e dureza, confere ao material 
uma resistência maior ao desgaste. Há situações em que a resistência ao desgaste deve ser 
máxima de tal forma que são empregados aços com até 2% de carbono. Nesta classe estão, 
por exemplo, alguns aços ferramenta para trabalho a frio. 
A estrutura martensítica (Fig. 5.4 a) lembra o aspecto de agulhas, o qual é explicado pelo 
mecanismo de formação de cisalhamento da estrutura. A micrografia mostrada, com agulhas 
bem delineadas, é a estrutura de um aço com alto teor de carbono que apresenta uma 
quantidade razoável de austenita não transformada (austenita retida) Na prática normalmente 
a estrutura é bem mais refinada, sendo que o tratamento térmico de revenido atenua a forma 
das agulhas que são característica marcante da martensita (Fig. 5.4 b). 
 
Fig. 5.4: a) Estrutura martensítica resultante da têmpera: agulhas de martensita
 
bem 
delineadas sobre um fundo de austenita retida; ampliação 1220 x. b) martensita revenida a 
594 C (partículas pequenas de cementita, em matriz de ferrita ); ampliação 9300 x. 
 
a)
 
b)
 
5.2 - Reação Bainítica 
Enquanto que a transformação eutetóide (austenita em ferrita mais cementita) depende de 
intensa difusão de carbono, a transformação martensítica, ao contrário, é adifusional. Quanto 
maior a taxa de resfriamento maior a quantidade de martensita formada. 
O que aconteceria se resfriássemos rapidamente a austenita sem atingir a faixa de temperatura 
de formação da martensita? Ao resfriarmos rapidamente a estrutura austenítica até a faixa de 
300C, por exemplo, não daríamos condições para que fosse formada a estrutura perlítica uma 
vez que a difusão do carbono a esta temperatura seria extremamente prejudicada. Na tentativa 
do ferro passar de CFC para CCC ocorre a nucleação de cristais de ferrita com plaquetas 
descontínuas de cementita. Esta estrutura, denominada bainítica, concorre em dureza e 
resistência mecânica com a martensita revenida. A Fig. 5.5 mostra a diferença entre os 
mecanismos de formação da perlita e da bainita; a Fig. 5.6 mostra a micrografia da bainita. 
 
Fig. 5.5: Diferença entre os mecanismos de formação da perlita e da bainita. A dificuldade 
de difusão do carbono faz com que os carbonetos fiquem dispersos na bainita (Avner). 
Fig. 5.6: Micrografia eletrônica de transmissão de uma réplica que mostra a bainita superior. Um 
grão de bainita cruza diagonalmente a figura, e consiste em partículas de Fe3C alongadas e em 
forma de agulha, no interior de uma matriz de ferrita. A fase que circunda a bainita é a martensita.
 
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