A Transformação do Aço Durante o Resfriamento

A Transformação do Aço Durante o Resfriamento       

O resfriamento é uma etapa indispensável no processo de tratamento térmico.        

Após uma peça de aço ser aquecida e mantida a uma certa temperatura para obter austenita com grãos finos e uniformes, o resfriamento é então realizado.

• Austenita Sub-resfriada: Austenita que permanece não transformada (em termos de estrutura) abaixo do ponto crítico A₁.
• Neste ponto, a austenita sub-resfriada não se transforma imediatamente; em vez disso, está em um estado termodinamicamente instável (como uma estrutura instável) e, eventualmente, sofrerá transformação.
• Dependendo do grau de sub-resfriamento (ou seja, as diferentes temperaturas de transformação), a austenita sub-resfriada passa por três tipos de transformação:
• Transformação perlítica
• Transformação bainítica
• Transformação martensítica

• Condição de Transformação: A austenita sub-resfriada se transforma em uma estrutura do tipo perlita na faixa de temperatura de A₁ → 550°C.
• Produto de Transformação: Uma estrutura de mistura mecânica que consiste em lamelas alternadas de ferrita e cementita.
• A perlita é uma das cinco estruturas mais fundamentais em ligas ferro-carbono. É denotada pela letra "P" (de "Perlita"). O nome se origina de seu brilho semelhante ao da pérola.     
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Sorbit (S)

Temperatura de formação: 650 ~ 600°C; possui lamelas relativamente finas, com uma espessura de aproximadamente 80 ~ 150 nm. As lamelas são difíceis de distinguir sob um microscópio óptico e só podem ser identificadas como a estrutura lamelar de ferrita e cementita sob um microscópio óptico de alta ampliação (em ampliação de 800 ~ 1500×).

Troostita (T)

Temperatura de formação: 600 ~ 550°C; possui lamelas extremamente finas, com uma espessura de aproximadamente 30 ~ 80 nm. As características lamelares não podem ser distinguidas sob um microscópio óptico e só podem ser identificadas sob um microscópio eletrônico.

A temperatura de austenitização e o tamanho do grão de austenita antes da transformação afetam apenas o tamanho das colônias de perlita, mas não têm impacto no espaçamento lamelar.

De perlita (P) a sorbita (S) e, em seguida, a troostita (T), quanto menor a temperatura, menor o espaçamento lamelar e maior a resistência e a dureza. Elas diferem apenas na finura lamelar e nas propriedades, sem distinção essencial.

Semelhante ao processo de austenitização durante o aquecimento, o processo de transformação perlítica durante o resfriamento também é um processo de nucleação e crescimento no estado sólido.

Da mesma forma, devido ao arranjo atômico irregular nas fronteiras dos grãos, juntamente com mais defeitos, como vacâncias e deslocamentos, o rearranjo atômico ocorre facilmente, então a cementita primeiro nucleia nas fronteiras dos grãos de austenita.

Após a nucleação da cementita, ela começa a crescer. Durante o processo de crescimento, o teor de carbono da austenita em ambos os lados da cementita diminui, o que promove a nucleação da ferrita. Os dois nucleiam e crescem alternadamente, formando múltiplas estruturas lamelares compostas de ferrita e Fe₃C.

Ao mesmo tempo, a nucleação e o crescimento também começam simultaneamente em outras partes das fronteiras dos grãos, formando múltiplas colônias de perlita com diferentes orientações.

Essas colônias de perlita crescem e se fundem em uma massa contínua e, finalmente, toda a estrutura é transformada em perlita; assim, a transformação da austenita sub-resfriada em perlita é concluída.

Como os átomos de ferro e carbono se difundem suficientemente devido à alta temperatura durante a transformação de austenita em perlita, esse processo é chamado de transformação do tipo difusão.

• Condição de Transformação: A austenita sub-resfriada se transforma na faixa de temperatura de 550°C ~ Ms. Para aço eutetoide, a temperatura Ms é 230°C.
• Produto de Transformação: Uma mistura mecânica bifásica de Fe₃C (cementita) e ferrita supersaturada com carbono, denotada pela letra "B".
• Em 1930, E.S. Davenport e E.C. Bain observaram pela primeira vez a estrutura metalográfica do produto de transformação em aço após a transformação isotérmica em temperatura média. Mais tarde, para homenagear as contribuições de Bain, essa estrutura foi nomeada "Bainita".
• Com base nas diferenças em suas morfologias microestruturais, a bainita pode ser classificada em:
• Bainita Superior (B_u)
• Bainita Inferior (B_l)

• Morfologia: Semelhante a penas.

   

  Cementita descontínua em forma de bastão (Fe₃C) é distribuída entre lamelas de ferrita paralelas que crescem das fronteiras dos grãos de austenita para o interior do grão.

  

• Bainita Inferior (B₍lower₎ / Bₗ)

   

  Morfologia: Semelhante a folhas de bambu. Finos carbonetos em flocos (Fe₃C) são distribuídos nas agulhas de ferrita.

  Características de Desempenho da Bainita Inferior:

  Os carbonetos na bainita inferior são finos e uniformemente distribuídos. Além de alta resistência e dureza, ela também possui boa plasticidade e tenacidade, tornando-a uma estrutura comumente usada na produção industrial. Obter a estrutura de bainita inferior é um dos métodos para fortalecer os materiais de aço.

  Sob a condição da mesma dureza, a resistência ao desgaste da estrutura de bainita inferior é significativamente melhor do que a da martensita, podendo atingir de 1 a 3 vezes a da martensita. Portanto, obter bainita inferior como estrutura matriz em materiais de ferro e aço é um objetivo perseguido por pesquisadores e engenheiros.

  

   

   

  1) Processo de Formação da Bainita Superior

   

  Quando a temperatura de transformação é relativamente alta (550 ~ 350°C), os núcleos de ferrita são formados preferencialmente nas regiões de baixo carbono da austenita. Esses núcleos então crescem paralelamente das fronteiras dos grãos de austenita para o interior do grão. Enquanto isso, à medida que a ferrita cresce, os átomos de carbono em excesso se difundem para a austenita circundante. Finalmente, Fe₃C (cementita) em forma de bastão curto ou pequeno em flocos precipita entre as lamelas de ferrita, distribuído de forma descontínua entre as lamelas de ferrita paralelas e densas, formando assim bainita superior semelhante a penas.