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Tratamentos Térmicos: Têmpera e Revenimento

Siderurgia Brasil — Edição 22
Processos e Produtos em 07 Mar 2005


O processo de têmpera possui como principal objetivo a otimização entre microestrutura, dureza e tenacidade. Na mais recente publicação de seu informativo Ação, a Armco do Brasil apresentou um artigo técnico sobre o assunto, que explica a têmpera nos aços carbono.

Têmpera
Tratamento térmico que possui como objetivo otimizar a relação entre microestrutura, dureza e tenacidade. Normalmente, esse processo é complementado por outro tratamento térmico, denomidado Revenimento.
Basicamente, a Têmpera consiste em resfriar rapidamente o aço, após a temperatura de austenitização, à uma velocidade superior à velocidade crítica (Vc), conforme a figura 1, para obter uma estrutura denominada martensita. Essa velocidade (Vc) significa uma taxa de resfriamento crítico correspondente à menor taxa de resfriamento que pode ser utilizada para que toda a estrutura obtida ainda seja martensítica. Geralmente, essa velocidade crítica diminui ao mesmo tempo em que aumentam o Carbono e a porcentagem de elementos de liga. Nesse caso, diz-se que o aço possui uma temperabilidade mais elevada. A temperabilidade mede a habilidade de um material sofrer um tratamento térmico que aumente a proporção de fase dura (martensita).
O Revenimento possui como principal objetivo controlar a relação dureza e tenacidade obtida após o processo de Têmpera, reduzindo as tensões produzidas durante esse processo. Por isso, sem esse complemento, os materiais temperados apresentam-se quase sempre frágeis.
Veja na figura 2 como a dureza da Martensita aumenta com os maiores teores de Carbono. Em vista disso, o aço Carbono para Têmpera apresenta um teor de Carbono maior que 0,3%, pois abaixo deste teor o efeito endurecedor provocado pela Têmpera seria muito pequeno.
Os dados de temperabilidade de um aço são analisados através de um diagrama de temperatura em função do tempo. Esses diagramas de transformação recebem o nome de diagrama TTT (Transformação-Tempo-Temperatura). Veja os diagramas dos aços com teor de Carbono menor que 0,8% (figura 3A); com teor de Carbono igual a 0,8% (figura 3B) e Carbono maior que 0,8% (figura 3C). Por exemplo, um determinado aço é aquecido acima da curva Ac3. Após este aquecimento, esse aço é submetido a um determinado tempo de resfriamento. Conforme esse aço é resfriado pode-se construir uma curva dessa transformação. Essa curva ao atingir as áreas delimitadas no diagrama, determina a estrutura metalográfica resultante. Assim, pelo diagrama é possível determinar qual estrutura será formada com determinado resfriamento ou vice-versa. Sabe-se que os elementos de liga possuem um papel importante nesse processo, facilitando a obtenção da Martensita. Por exemplo, algumas porcentagens de Cromo e Níquel retardam a transformação da Austenita o suficiente para que forme Martensita. Portanto, eles são utilizados no aço para deslocar a curva de transformação e fornecer mais tempo para remoção de calor nas peças de aço de secções largas.
O processo de formação da martensita - Na Têmpera há o surgimento de uma nova fase (denominada Martensita). A transformação da Austenita em Martensita se processa sem difusão de Carbono, ou seja, não ocorre a migração de Carbono de uma zona mais concentrada para uma zona menos concentrada. Essa fase formada possui sua própria estrutura cristalina, e é separada por interfaces bem definidas das outras fases. Os átomos de ferro da Austenita, de rede cúbica e de face centrada, cizalham-se coordenadamente uns em relação aos outros, em uma fração de uma distância atômica, de tal modo que formam uma rede tetragonal centrada. A rede tetragonal da Martensita apresenta apenas uma ligeira distorção com respeito à rede cúbica centrada do ferro puro. Os átomos de Carbono que estão em solução sólida intersticial na Austenita não difundem e são presos ao longo do eixo c da Martensita tetragonal, produzindo a tetragonalidade, conforme pode ser observado na figura 4.
A morfologia da martensita - O grau de tetragonalidade depende diretamente do teor de Carbono. O aumento de volume de aproximadamente 4%, que acompanha a formação de Martensita, é uma causa importante da distorção, e também de trincas, que podem ser produzidas durante o tratamento. A figura 4 mostra a rede tetragonal com suas constantes. A Martensita forma placas finas que parecem de aspecto lenticular quando observadas no microscópio. Estas placas escuras se destacam claramente sobre o fundo de Austenita retida. Na figura 5, apresenta-se uma estrutura de Martensita sem revenimento (dureza 62 HRC e 400x), já na figura 6, apresenta-se uma estrutura de Martensita fina revenida (dureza 42 HRC e 400x).
Resumo - A Martensita é uma solução sólida supersaturada de Carbono em Ferro Tetragonal de Corpo Centrado (TCC), uma forma distorcida do Ferro Cúbico de Corpo Centrado (CCC).
Acredita-se que a dureza da Martensita é produzida pelas intensas deformações localizadas nas imediações dos átomos de Carbono que ela aprisiona. Os elementos de liga usuais no aço se dissolvem substitucionalmente na Austenita e na Martensita com uma deformação da rede relativamente pequena, afetando pouco a sua dureza. Por outro lado, quando existem teores elevados de Carbono, por exemplo, os aços hipereutetóides, a Austenita retida pode reduzir até cerca de 10 Rockwell C a dureza do material.
Quando a Austenita é resfriada rapidamente forma-se a Martensita. A velocidade intermediária de resfriamento produz a Bainita e a velocidade lenta gera a Perlita. Em todas essas seqüências de transformação, a grandeza de expansão aumenta com o decréscimo em teor de Carbono na Austenita. O aumento de volume é máximo quando Austenita transforma-se em Martensita e mínimo quando transforma-se em Bainita Superior e Perlita. Estas transformações podem ser previstas, utilizando-se os diagramas TTT (figura 3A, 3B e 3C) de acordo com o teor de Carbono.
Revenimento - A Martensita é muito dura. Porém, muito quebradiça e frágil. Isso ocorre devido a vários fatores que incluem a distorção do retículo cristalino causada pelo aprisionamento dos átomos de Carbono na tetragonalidade da Martensita, a formação de carbonetos e os tensionamentos residuais do processo de Têmpera.
O Revenimento melhora a “ductilidade” do material recém temperado. Ele é o tratamento térmico subcrítico que permite redução do efeito quebradiço, aumentando a ductilidade.
Com a melhoria da temperabilidade, alguns elementos de liga ajudam a retardar a taxa de diminuição da dureza durante o processo de Revenimento. Os mais efetivos elementos nesse aspecto são os fortes formadores de Carbonetos tais como Cromo (Cr), Molibidênio (Mo) e Vanádio (V).
Os elementos de liga não só realizam o efeito anterior como também, produzem finos Carbonetos de Liga, que geram um incremento de dureza a temperaturas maiores de Revenimento. Esse efeito também é chamado de endurecimento secundário.
Processo Armco - Para produzir aços pré-temperados de altíssima qualidade, a Armco utiliza a mais moderna tecnologia de Têmpera. Além disso, a Armco vem realizando grandes investimentos em equipamentos de acabamento de superfície e tratamento de cantos. O novo forno de Têmpera de tecnologia austríaca, a mais moderna do mundo, graças à sua inovação tecnológica, é capaz de processar a maior largura do mercado (530mm), conferindo ainda a garantia de planicidade, de propriedades físicas constantes (dureza) ao longo de toda a tira e tornando a Armco um fornecedor global de aço temperado. Os materiais processados neste equipamento podem ser produzidos sem óxido azul de têmpera. Assim, o aço carbono temperado Armco isento desses óxidos (acabamento branco) proporciona um menor desgaste do ferramental de estampagem de nossos clientes, conseqüentemente aumentando a sua vida útil.

Manoel Marcos G. Lopes
Superintendente Técnico e de Atendimento
Tel.: (+55 11) 6343-2825
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