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Endurecimento do aço
Um problema
Várias brocas foram devolvidas ao fabricante porque elas haviam se desgastado no primeiro uso.
O supervisor da fábrica descobriu a falha da fabricação das bro- cas: elas não tinham recebido tratamento correto. O lote foi reco- lhido e retrabalhado, ficando evidente a importância do tratamento térmico.
Têmpera
Houve um grande avanço tecnológico quando o homem descobriu como conferir dureza ao aço. Os dentes da engrenagem, o enga- te do trem, o amortecedor do carro, as brocas devem ser fabrica- dos com aço endurecido, para suportarem os esforços a que são submetidos.
A têmpera é um processo de tratamento térmico do aço destinado à obtenção de dureza. Uma têmpera feita corretamente possibilita vida longa à ferramenta, que não se desgasta nem se deforma rapidamente.
O processo consiste em aquecer o aço num forno com temperatura acima da zona crítica. Para o aço-carbono, a temperatura varia de 750º a 900ºC. A peça permanece nessa temperatura o tempo ne- cessário para se transformar em austenita. O que distingue essa forma de tratamento é o seu processo de resfriamento. A peça é re- tirada do forno e mergulhada em água. A temperatura cai de 850ºC para 20ºC. Trata-se de um resfriamento brusco.
Quando a austenita é resfriada muito rapidamente, não há tempo para que se transformar em ferrita, cementita ou perlita. A auste- nita se transforma num novo constituinte do aço chamado mar- tensita.
Vimos que ao aquecer o aço acima da zona crítica, o carbono da cementita (Fe 3 C) dissolve-se em austenita. Entretanto, na tempe-
ratura ambiente, o mesmo carbono não se dissolve na ferrita. Isso significa que os átomos de carbono se acomodam na estrutura CFC de austenita, mas não se infiltram na estrutura apertada - CCC - da ferrita.
No resfriamento rápido em água, os átomos de carbono ficam presos no interior da austenita. Desse modo, os átomos produ- zem considerável deformação no retículo da ferrita, dando tensão ao material e aumentando sua dureza.
Vamos fazer uma experiência. Pegue um pedaço de aço, de qualquer tamanho, com espessura de 20mm, com teor de carbo- no entre 0,4% e 0,8%. Ligue um forno na temperatura de 850ºC e aguarde. Enquanto isso, verifique a dureza do material, antes do tratamento.
Agora coloque a peça no forno e deixe-a por 40 minutos. Decorri- do esse tempo, retire-a com uma tenaz e submeta-a a resfriamen- to imediato em água.
Verifique a dureza do material tratado. Percebeu a diferença? Pois bem, você realizou um tratamento de têmpera.
demonstra que quanto mais alta a temperatura de revenimento maior será a queda da dureza de têmpera.
Tratamento isotérmico
Na aula anterior, vimos que as transformações da austenita em ferrita, cementita e perlita ocorriam numa velocidade muito lenta de esfriamento (ar ou forno). Entretanto, se aumentarmos essa velocidade, ocorrerá um atraso no início da transformação da austenita, devido à inércia própria de certos fenômenos físicos, mesmo que a temperatura esteja abaixo da linha A1 (abaixo da zona crítica).
O diagrama, a seguir, indica as transformações da austenita em diferentes velocidades de esfriamento.
Para ficar mais claro, vamos dar uma olhada no diagrama TTT - Tempo, Temperatura e Transformação.
A interpretação é a seguinte:
- curvas - representam o início e o fim de transformação da aus- tenita.
- cotovelo - parte central das curvas com transformações abaixo do cotovelo, obtêm-se perlita, ferrita e cementita. Como trans- formações abaixo do cotovelo, obtêm-se bainita e martensita.
Austêmpera
Esse tratamento é adequado a aços de alta temperabilidade (alto teor de carbono).
A peça é aquecida acima da zona crítica, por certo tempo, até que toda a estrutura se transforme em austenita (posição 1). A seguir, é resfriada bruscamente em banho de sal fundido, com temperatura entre 260ºC e 440ºC (posição 2). Permanece nessa temperatura por um tempo, até que sejam cortadas as duas cur- vas (posição 3), ocorrendo transformação da austenita em bainita. Em seguida, é resfriada ao ar livre (posição 4).
A dureza da bainita é de, aproximadamente, 50 Rockwell C e a dureza da martensita é de 65 a 67 Rockwell C.
Para ficar mais claro o tratamento por austêmpera, segue o dia- grama TTT - tempo, temperatura, transformação.
Exercícios
Marque com X a resposta correta.
1. Para aumentar a dureza e a resistência à tração dos metais ferrosos, usa-se o tratamento térmico de: a) ( ) fundição; b) ( ) têmpera; c) ( ) aquecimento; d) ( ) resfriamento. 2. O processo da têmpera consiste em aquecer o aço à temperatura: a) ( ) normal, de 20ºC; b) ( ) elevada, próxima a 100ºC; c) ( ) acima da zona crítica; d) (^ )^ dentro da zona crítica. 3. Para corrigir a excessiva dureza do aço provocada pela têm- pera, usa-se o processo de: a) ( ) martêmpera; b) ( ) austêmpera; c) ( ) normalização; d) ( ) revenimento. 4. O constituinte da têmpera é: a) ( ) perlita; b) ( ) cementita; c) ( ) martensita; d) ( ) ferrita. 5. Um aço endurecido por têmpera deve ser resfriado por meio de: a) ( ) ar; b) ( ) forno; c) ( ) água; d) ( ) cinzas.
Gabarito
1. b 2. c 3. d 4. c 5. c
