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ÍNDICE PREFÁCIO DA PRIMEIRA EDIÇÃO... 15 PREFÁCIO DA SEXTA EDIÇÃO .. ” INTRODUÇÃO ... ' 19 |-— DEFINIÇÕES, DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO-CARBONO. EFEITOS DOS ELEMENTOS DE LIGA SOBRE AS LINHAS DE TRANSFORMAÇÃO. 2” 1 Definições .. 21 2. Alotropia do ferro puro n 3. Diagrama de equilíbrio Fe-C 23 3.1. Transformações que ocorrem entre O e 2,11% de carbono . 25 . 3.2. Alguns aspectos do fenômeno de solidificação dos aços. 3 4. Propriedades dos constituintes dos aços e sus influência sobre os caracte- rísticos mecânicos destes . 32 5. Efeito do esfriamento e do aquecimento sobre a posição das linhas de trans- formação. . 35 6. Efeito dos elementos de liga sobre o diagrama de equilíbrio Fe-C 36 — EFEITO DA VELOCIDADE DE ESFRIAMENTO SOBRE A TRANSFORMAÇÃO DA AUS- TENITA. DIAGRAMA “TRANSFORMAÇÃO TEMPO TEMPERATURA" .. 4 1. Efeito da velocidade de esfriamento sobre a transformação da austenita.... 41 2. Transformação isotérmica. Curva TTT ou em C (também chamada em S). 42 3. Constituintes resultantes da transformação da austenita e seus característicos 45 4. Curvas TTT pera aços hipoeutetóides é hipereutetóides.. . 48 5. Transformação em resfriamento contínuo as 6. Efeito da secção da peça... 50 W — FATORES QUE AFETAM A POSIÇÃO DAS CURVAS DO DIAGRAMA TTT. ENDU- RECIBILIDADE OU TEMPERABILIDADE .. 53 1. Fatores que influem na posição de-curvas TTT. 53 2. Austenita retida ou residual... 82 3. Endurecibilidade ou temperabilidade e3 4. Avaliação da temperabilidade 84 5. Medida da temperabilidade. 65 +5.1. Método de Grossmann. 65 “5.2. Método de Jominy 67 5.3. Ensaio “SAC”. 72 8. Fatores que afetam a temperabilidade . 72 7. Importância prática da temperabilidade. Faixas de temperabilidade . 74 8. Novo método de traçado de curvas de resfriamento. n | — TRATAMENTO TÉRMICO DOS AÇOS. RECOZIMENTO, NORMALIZAÇÃO, TÊMPERA E REVENIDO; COALESCIMENTO 8 1. Introdução. 2. Fatores de influência nos tratamentos térmicas AÇOSE FERROS FUNDIDOS 2.1. Aquecimento. az 2.2. Tempo à temperatura de aquecimento 83 2.3. Resfriamento. a3 2.4: Atmosfera do forno 86 3. Recozimento . 87 3.1. Recozimento total ou pierio. E 3.2, Recozimento isotérmico ou cíclico. E 3. Recozimento para alívio de tensões 92 4. Recozimento em caixa . 93 3.5. Esferoidização 93 “4. Normalização 93 5. Têmperô.... 95 6. Revenido 99 6.1. Fragilidade de revenido. . 102 6.2. Transformação da austenita retida . 103 7. Coalescimento.... V — TÊMPERA SUPERFICIAL .. Introdução . Têmpera por chama . 107 Têmpera por indução. 109 Outros métodos de têmpera superfícia Revenido dos aços temperados superficialmente. Aços recomendados na têmpera superficial Conclusões NOM AL a Y — AUSTÊMPERA, MARTÊMPERA E OUTROS TRATAMENTOS TÉRMICOS. 1 Austêmpera . 2, Martêmpera . 3. Endurecimento por precipitação. W — TRATAMENTOS TERMO-QUÍMICOS: CEMENTAÇÃO, NITRETAÇÃO, CIANETAÇÃO : E CARBO-NITRETRAÇÃO... a 1, Definições 2 Cementação. Considerações gerais sobre a comentação. Cementação a alta temperatura .. Rleações fundamentais na cementação Processos de cementação 2.4.1. Cementação sólida ou em caixa. 24.2. Cementação a gás 2.4.3. Cementação líquida 2.5. Cementação sob vácuo... 2.6. Tratamentos térmicos na cementação.. 3, Nitretação.. 3. Nitretação a gás. Nitretação líquida ou em banho de saí 3.3. Outros processos de nitretação líquida 3.4. lonitretação . 4. Cianetação. 5. Carbonitretação . 5.1. Nitrocarbonetação ferrítica 5.2. Sulfocarbonitretação gasosa. 1.8. - Boretação..... VI — PRÁTICA DOS TRATAMENTOS TÉRMICOS... Generalidades. Ferramentas e dispositivos manuais. Meios de resfriamento. Condições de aquecimente Preservação da superfície . Avaliação da temperatura . Atmosfera controladas AÇOS E FERROS FUNDIDOS & XV — AÇOS PARA ARAMES E FIOS 247 1. Introdução 247 2. Tipos de arames; aços e tratamentos correspondentes 250 3. Aplicações 255 XVI — DUM MOLAS. rodução 1 257 2. Fabricação e composição química. 258 3. Molas helicoidais .. 266 4, Molas semi-elípticas 268 5. Conclusões 270 6. Aços altemativos para mola: 273 XVIE — AÇOS DE USINAGEM FÁCIL.. ..273 1. Introdução... 273 2. Fatores metalúrgicos que influenciam a usinabilidade. 274 3. Tipos de aços de usinagém fácil... 275 3.1. Tipos com inclusões não metálicas . 275 3.2, Tipos com introdução de chumbo. 279 3.3. Outras adições... 279 XVil — AÇOS PARA -CEMENTAÇÃO 1. Seleção do aço ... 283 1.1. Meio de resfriamento 283 1.2; Tipo e grau de tensões . 283 2. Aços para cemêntação . 285 2.1. Aços-carbono para cementação.. 285 2.2. Açosiga de baixo teor em liga . 286 2.3. Aços-liga de alto teor em liga. 286 3. Seleção do tratamento térmico .... 288 XIX — AÇOS PARA NITRETAÇÃO.. .. 289 1. Introdução... 289 2. Aços para nitretação . 289 XX — AÇOS PARA FERRAMENTAS E MATRIZES . 293 1. Introdução .. 293 2. Característicos fundameaiais dos aços para ferramentas e matrizes 293 2.1. Dureza à temp: ambiente . 283 2.2. Resistência ao 293 3 Temperabilida: 294 2%. Tenacidade. . 294 2.5. Resistência . 294 26. Qureza a quente | 295 2.7. Tamanho de grão . . 295 2.8. Usinabilidade . . 296 3. Condições que permitem atingir os requisitos exigidos nos aços para ferramentas e matrizes .. . 3.1. Composição química . 296 3.2. Tratamento térmico, . 298 4. Classificação e seleção dos aços para ferramentas e matrizes . . 299 5. Aços temperáveis em água... , 302 5.1. Tratamentos térmicos dos aços temperáveis em água . 303 5.2. Aplicações dos aços temperáveis em água. . 306 6. Aços resistentes ao choque . 307 6.1. Aplicações dos aços resistentes ao choque . 309 7. Aços-fartamenta para moldes. .312 7.1. Aplicações dos aços-ferramentas para moides .315 Aços-ferramenta para fins especiais .316 8.1. Aços-farramenta tipo “ fi . 316 ED À sito et Pd AÇOSE FERROS FUNDIDOS 1 8.2. Aços ao tungstênio para acabamento... 8.3. Aços de alto carbono e baixo teor em liga 8.4. Aços semi-tópidos . 8.5. Aços grafíticos. 9. Aços para trabalho a frio 10. Aços para trabalho a quente. n- aços rápidos... Composição dos aços rápidos . Propriadades dos aços rápidos Estrutura, curvas de transformação isotérmica é tratamentos térmi- cos dos aços rápidos... 11.3.1, Tratamentos térmicos dos aços rápidos 348 141.3.2. Tratamento sub-zero . 11.3.3. Têmpeta para formação de bainita. 11.34. Nitretação dos aços rápidos 11.4. Aços rápidos fundidos... 17.5. Revestimentos duros em aços para ferramentas . XXI — AÇOS RESISTENTES AO DESGASTE ... 1. Introdução... 2. Aços-manganês austeníticos. 2.1. Tratamento térmico dos aços Hadfield 2.2. Adição de outros elementos de liga nos aços Hadfield 2.3. Característicos gerais dos aços-manganês tipo Hadfield . 3. Aços carbono-croma XXU — AÇOS RESISTENTES À CORROSÃO .... 1. Introdução 1.1. Corrosão atmosféric: 1.2. Corrosão no solo.. 1.3. Corrosão na água doce . 1.4. Corrosão em água salgada. Principios da proteção à corrosão. Contribuição do cromo .. Fatores de que depende a passividade dos aços resistentes à corrosão. 4.1. Composição química 4.2. Condições de oxidação . 4.3. Suscetibilidade à corrosão localizada 4.4. Suscetibilidade à corrosão intergranular . 4.5. Outros fatores 5. Classificação e constituição dos aços inoxidáveis 5.1. Efeito do cromo 5.2. Efeito do níquel. 6. Aços inoxidáveis martensíticos. 6.1. Propriedades a aplicações. 08 6.2. Tratamentos térmicos. dos aços irá 7. Aços inoxidáveis ferríticos 7.4. Propriedades e aplicações dos aços inoxidáveis ferríticos 7.2. Tiatamentos térmicos dos aços inoxidáveis ferríticos. 8. Aços austeníticos .... did... 8.1. Propriedades e empregos dos aços Inoxidáveis austeníticos . 8.2. Tretamentos térmicos dos aços inoxidáveis austaníticos 8.2.1. Solubilização . 8.2.2. Alívio de tensões. 8.2.3. Estabilização . 8.2.4. Tratamentos termo-químicos 9. Aços inoxidáveis endurecíveis por precipitaç: 10, Aços nitrônicos ... 11. Peças fundidas de aços resistentes à corrosão 12. Novos desenvolvimentos no campo dos aços inoxidáveis . ron inoxidáveis martensíticos idáveis martensítico: Xxill — AÇOS RESISTENTES AO CALOR... 1. Introdução AÇOS E FERROS FUNDIDOS 13 XXVII — FERROS FUNDIDOS BRANCOS. 1. Introdução... 2. Efeito das elementos de liga 3. Tratamentos térmicos... 4. Aplicações típicas do ferro fundido branco ou coquilhado . XXIX — FERROS FUNDIDOS CINZENTOS... Introdução Classificação dos ferros fundidos cinzentos . Propriedades dos farros fundidos cinzento: Aplicações do ferro fundido cinzento .. Elementos de liga nos ferros fundidos cinzentos. Ferros fundidos ligados. 5.1. Efeitos dos elementos de liga. 5.2. Ferros fundidos cinzentos de baixo teor em liga. 5.3. Ferros fundidos de alto teor em liga Tratamentos térmicos dos ferros fundidos cinzentos 6.1. Alivio de tensões ou envelhecimento artificial . nbruin 6.2. Recozimento... 8.3. Normalização. 6.4. Têmpera e reventá 8.5. Tratamentos isotérmicos 6.6. Endurecimento superficial. XXX — FERROS FUNDIDOS MALEÁVEIS.. 1. Introdução... 2. Processos de méleabilização .. 2.1. Maleabilização por descarbonetação 525 2.2, Maleabilização por grafitização 527 3. Propriedade do ferro fundido maleável 528 4. Maleável porlítico 529 5. Outros característicos dos ferros fundidos maleávei 532 8 Aplicações do ferro fundido maleável... XXX! — FERRO FUNDIDO DE GRAFITA COMPACTADA, 1. Introdução 2. Proprisdades XXX — FERROS FUNDIDOS DÚCTEIS OU NODULARES .... 1. Introdução .. 2. Processo de fabricação do ferto nodular 537 3, Tiatamentos-térmicos do ferro nodular . 539 3.1. Alívio de tensões . 539 3.2. Recozimento 539 3.3. Normalização. 540 3.4, Têmpera 6 revenido 540 3.5. Austêmpeta. 540 3.6. Tómpera superficial 540 4. Especificações é propriedades do ferro fundido nodutar 540 5. Ferro fundido nodular ligado 5.1. Aplicações .. BIBLIOGRAFIA ÍNDICE ANALÍTICO .... DEFINIÇÕES. DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO-CARBONO. EFEITOS DOS ELEMENTOS DE LIGA SOBRE AS LINHAS DE TRANSFORMAÇÃO 1. Definições — O aço é uma liga de natureza retativamente complexa e sua defi- nição não é simples, visto que, a rigor os aços comerciais não são ligas binárias: de fato, apesar dos seus principais elementos de liga serem o ferro e o carbona, eles con- têm sempre outros elementos secundários, presentes devido aos processos de fabrica- ção. Nessas condições, a definição adotada nesta obra é a seguinte: “ago é a liga ferro-carbono contendo geralmente 0,008% até aproximadamente 2,11% de car- bono, além de certos elementos residuais, resultantes dos processos de fabricação”. O limite inferior a 0,008% corresponde à máxima solubilidade do carbono no fer- ro à temperatura ambiente e o limite superior 2,11% correspondente à máxima quanti- dade de carbono que se dissolve no ferro e que ocorre a 1148ºC(*). Essa quantidade máxima de 2,0% (ou 2,11% conforme se verifica no diagrama de equilíbrio) depende, por outro lado, da presença ou não nos aços de elementos de liga ou da presença dos elementos residuais em teores superiores aos normais. Nessas condições será necessário, para se ter uma definição mais precisa, considerar dois ti- pos fundamentais de aço: — Aço-carbono ou “liga ferro-carbono contendo geralmente 0,008% até cerca de 2,1% de car- bono, além de certos elemêntos residuais resultantes dos processos de fabricação”; — eço-liga ou "aço-cerbano que contém outros elementos de liga ou apresenta os elementos residuais em teores acima dos que são considerados normais”. 2. Alotropia de ferro puro — O ferro é um metal que se caracteriza por apresentar várias fases alotrópicas. (fig. 1). A temperatura ou ponto de fusão do ferro é 1538ºC; abaixo dessa temperatura, o ferro cristaliza de acordo com um reticulado cúbico centra- do e a forma alotrópica correspondente é chamada “delta”. Essa forma persiste estável até que se alcance a temperatura de cerca de 1394ºC; nesse instante, ocorre uma re- disposição espontânea dos átomos e forma-se um novo reticulado — o cúbico de face centrada que corresponde à forma alotrópica do ferro chamada de “gama'. Declinando mais a temperatura a cerca de 912º€, ocorre nova transformação alotrópica, com novo rearranjo atômico, voltando o reticulado a readquirir a forma cúbica centrada; essa for- ma alotrópica é chamada “alfa”, Abaixo de 912º€, não ocorre mais qualquer rearranjo atômico. Não surge, pois, nenhuma nova forma alotrópica. Entretanto, a cerca de 770ºC (*) O valor de 2,11% adotado para timite de solubilidade do carbono no ferro é de conformidade com o diagrama de equilíbrio Fe-C da obra “Metallography, Structure and Phase Diagrams”, volume 8, do Metals Handbook. DEFINIÇÕES, DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO-CARBONO 23 velocidades de resfriamento e aquecimento sejam extremamente ou infinitamente len- tas, então, ter-se-ia uma única'temperatura de equilíbrio e Ac e Ar coincidiriam com Ae tfig. 1). A faurg 1 indica também as transfórmações correspondentes ao “ponto Curie”. É importante assinalar, desde já, que a forma alotrópica gamá de ferro tem capa- cidade de dissolver uma apreciável quantidade de carbono, ao passo que o mesmo não ocorre com a forma alotrópica alfa, que só pode manter em solução quantidades míni- mas ou desprezíveis de carbono, como aliás se verá mais adiante. 3. Diagrama de equilíbrio Fe-C — É imprescindível para o conhecimento perfeito dos aços, o estudo do seu diagrama de equilíbrio. A figura 2 mostra o diagrama da liga binária Fe-C. para teores de carbono até 6,7%. Esse diagrama é geralmente repre- sentado até 6,7% de carbono, porque este elemento forma com o ferro o composto FesC que contém, aproximadamente, 6,7% de carbona. Por outro, lado, pouco ou nada se conhece acima desse teor; na tealidâde, acima de 4,0% a 4,5% de carbono, essas ligas apresentam pequena ou nenhuma importância comercial, 1600 D a T Liquido + Feô Ê 1538 — 0,53%C / 4 009% 4 1396 (Liquido YZ Liquido 4) ratio — Líquido f ! “BN, Adstanita , 200 entro ca is%e D ' Austanita tray) y « º 1000 E arrita f —s G| Austenito | Austenita + Fez , | EI —— —. "5 0,60% Temperatura Curie 770” S- 0,77 HC «oo | Forsita r tFoc) r— Fartode Fe — Temperatura, ºC | === 00" — Equilibria Ferro -Gratita 200 Equilibrio FasC. 1º 20 30 40 «us so eo é % Carbono Fig. 2 — Diagrama de equilibrio Fe-C 24 AÇOS E FERROS FUNDIDOS As considerações iniciais a serem feitas sobre o diagrama Fe-C são as seguintes: — O referido diagrama corresponde a liga binária Fe-C apenas: os aços comer- ciais, entretanto, não são de fato ligas binárias, pois neles estão presentes sempre ele- mentos residuais devido aos processos de fabricação, tais como fósforo, enxofre, silício e manganês. A presença desses elementos nos teores normais pouco afeta, contudo, o diagrama Fe-C. — À parte superior do diagrama, em torno do ponto A, mostra uma reação de natureza especial, chamada peritética, a qual entretanto, não apresenta qualquer impor- tância comercial. — O diagrama equilíbrio Fe-C é de fato, um diagrama Fe-Fes€, visto que a extremida- de direita do mesmo corresponde a 6,7% de carbono que é a composição do carbone- to de ferro Fes€. Por outro lado, não se trata a rigor de diagrama de equilíbrio estável. De fato, se assim fosse, não deveria ocorrer qualquer mudança de fase com o tempo; verificou-se, entretanto, que, mesmo em ligas Fe-C relativamente puras (isto é, com bai- xo teor de elementos residuais) mantidas durante anos a temperaturas elevadas (da or- dem de 700ºC) o Fes€ pode-se decompor em ferro e carbono, este último na forma de grafita??. Rigorosamente, pois, o diagrama da figura 2 deve ser considerado de egui- líbrio metaestável; O equilíbrio estável Fe-grafita no diagrama da figura 2 é representado pelas linha pontilhadas, logo acima das linhas PSK, SE e ECF. — O ponto A corresponde ao ponto de fusão do ferro puro, isto é, 1538ºC e o ponto 2, ainda impreciso, ao ponto de fusão do FesC. — A parte superior do diagrama, constituída pelas linhas AC, CD, AE e ECF cor- responde às reações que ocorrem na passagem do estado líquido ao Sólido; examinan- do-se agora a parte inferior do diagrama, constituída pelas linhas GS, SE e PSK, verifica-se sua semelhança com a porção superior. Essa parte do diagrama corresponde às rea- ções que ocorrem no estado sólido. — O ponto €, na porção superior do diagrama, a 1148ºC, indica a presença de um figa eutética, com 4,3% de carbono que é, portanto, a de mais baixo ponto de fusão ou solidificação. - — Existe correspondência visível entre os pontos € e S, este último da porção inferior do diagrama. Por esse motivo, o ponto S é chamado ponto eutetóide. Como se vê S corresponde a 0,77% de carbono; as ligas com essa composição são chamadas eutetóides. — O ferro puro, como se sabe, apresenta-se até 912ºC sob a forma alotrópica alfa (a) e a partir de 912ºC até 1394ºC no estado alotrópico gama ty). Essas formas alotrópicas se caracterizam por possuirem reticulados cristalinos diferentes: o ferro a, reticulado cúbico de corpo centrado e o ferro y, reticulado cúbico de face centrada. À principal consequência desse fato, de grande importância prática nos tratamentos tér- micos das ligas ferro-carbono, é a seguinte: o ferro gama pode manter em solução o carbono, ao passo que o ferro alfa não(*). A solução sólida do carbono do ferro y é charada austenita. Esse constituinte, portanto, no diagrama de equilíbrio Fe-C, somente aparece a temperaturas elevadas. — Entretanto, a solubilidade do carbono no ferro gama não é limitada. Ela é máxi- ma a 1148ºC e corresponde a 2,11% de carbono. À medida que cai a temperatura a partir de 1148ºC€, a quantidade de carbono solúvel no ferro gama torna-se cada vez me- nor, até que a 727ºC ela é de apenas 0,77%. No diagrama da figura 2 esse fato é indi- cado pela linha SECF. Assim, na faixa compreendida entre a linha SECF e a linha SK estão presentes duas fases: ferro gama e carbono, o primeiro sob a forma de austenita e o segundo sob a forma de carboneto de ferro (chamado de cementita). — Por outro lado, o carbono afeta a temperatura de transformação alotrópica ga- ("Na realidade, o ferro alfã pode manter em solução uma pequena quantidade de carbono 10,008% à temperatura ambiente), tão pequena, entretanto, que pode ser desprezada em primeira aproximação. 26 AÇOS E FERROS FUNDIDOS x . Y 1noo Touidol T A Liquido + Fes] E: Loss 6 | Liquido a00%d | f o Li 1400 ri am Rat E É) Feá + Austenito htm Liquido + humana 8 Soy; qui + ri ig TH] | = | | 1200 | [Db r-zo8% | 1. Austenita — Eds E a tás? I tn, 1600 | z ? Ferrita + Austenita | ne ls Ibmporatura Curis -770º +Fs, € A es E L 3 o . La RA E K “ e (Fo + ] Vl 400 |L Farr. Fes e 7 E 1 | +— 1 | — FERRO ] Ra E ' | í l Pe Il, o 02 ]05 o» os 10 nelis us 16 zo pr es zé X tos %> à AIRES) % Carbono Fig. 3 — Diagrama: de equilíbrio Fe-C para teores de carbono entre 0% e 2,11% Considere-se o esfriamento de um aço hipoeutetóide com 0,3 de carbono por exem- plo, Ao atravessar a linha “solidus”, ele está inteiramente solidificado, na forma de uma solução sólida perfeita — austenita — e assim permanecerá até atingir o limite superior da zona crítica, linha As, no ponto xa. Essa austenita conterá 0,3% de carbono dissolvi- dos no ferro gama e se apresentará na forma de cristais com reticulados cúbico de face centrada.-Se fosse possível seu exame ao microscópio, este consituinte se mostraria parecido com o ferro puro. Ão atingir o ponto x3 O ferro gama começa a se transformar em ferro alfa, o qual, como não pode manter em ca senão um teor mínimo de carbono, se separa ocasionando, em conseglência im enriquecimento de carbono na austenita remanescente. Para que ocorra nova mudança desta austenita não transfor- iii DEFINIÇÕES. DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO-CARBONO bx) mada será, portanto, necessário um rebaixamento ulterior de temperatura. Suponha-se que se tenha atingido o ponto x. Nesse ponto, mais ferro gama terá se transformado em alfa, que se separa ocasionando ainda maior enriquecimento de carbono da auste- nita remanescente. A exata composição das duas fases em equilíbrio, à temperatura correspondente ao ponto xz é dada pela intersecção da horizontal, passando por xz com as linhas GP de um lado GS de outro. Vê-se claramente que o ferro alfa (ou ferrita) separado apresenta uma pequena porcentagem de carbono, ao passo que a austenita restante se enriquece paulatinamente de carbono. A medida que o esfriamento prossegue, separa-se cada vez mais ferrita, cuja com- posição percorre a linha GP e a austenita restante se enriquece de carbono, percorrendo a linha GS. À 727º€, no ponto x; da linha inferior A; da zona crítica, o aço consistirá de uma certa'quantidade de ferro alfa ou ferrita e de uma certa quantidade de austenita residual com teor de carbono igual a 0,77%. Em outras palavras, a 727º€, o aço com 0,3% de carbono, apresentará a máxima quantidade de ferrita que poderia se separar e o restante será constituído de austenita com 0,77% de carbono. Nesse instante, en- tretanto, o ferro gama da austenita passa a ferro alfa, pois abaixo de 727º€C não pode mais existir ferro na forma alotrópica gama. A transformação da austenita remanescente em ferro alfa ao ser atingida a tem- peratura de 727º€ é brusca e repentina, de modo que os constituintes que resultam da transformação — ferro alfa ou ferrita de um lado e carbono na forma de FesC do outro — não têm tempo de assumirem posições perfeitamente distintas: a ferrita e o FesC (cementita) que nessas condições se formam, dispõem-se de um modo caracte- rístico, aparentemente em lâminas extremamente delgadas, distribuídas alternadamen- te, muito próximas umas das outras e perceptíveis ao microscópio somente mediante grandes ampliações. Origina-se assim um novo constituinte de forma lamelar típica, chamado periita (fig. 4). Abaixo de 727ºC€, até a temperatura, prosseguindo-se no esfriamento lento, não se nota mais qualquer alteração estrutural. Em resumo, os aços hipoeutetóides ou com teor de carbono até 0,77% são constituídos à temperatura ambiente de Territa e perlita (fig. 5). Haverá tanto maior quantidade de ferrita quanto menos carbono o aço contiver e tanto maior quantidade de perlita quanto mais se aproximar o aço do ponto eutetóide. Aliás, para se estimar a constituição estrutural dessa liga com 0,3% de carbono, basta- rá aplicar a conhecida “regra da alavanca”: % de ferrita (chamada proeutetóide) = 100 X 9:77 — 0:30 = 610% 0,77 —- 0 % de perita = 100 x A30—O = 39,0% 077-0 A liga com teor de carbono entre O e O ou o ferro comercialmente puro, após a solidificação apresentará a solução sólida austenita até atingir a linha de transforma- ção As. Até a linha GP o ferro comercialmente puro será constituído de austenita e da linha GP até a temperatura ambiente de ferrita. Suponha-se, agora, o esfriamento de um aço hipereutetóide por exemplo com 1,3% de carbono. Esse aço também será exclusivamente constituído de austenita, depois dé atravessar a linha “solidus”, até atingir o limite superior da zona crítica, Jinha Açm, no ponto y3. Essa linha, como se viu, marca o limite da solubilidade sólida do carbono no ferro gama. Portanto, ao ser atravessada, começa a haver separação de carbono, na forma de Fes€ (cemnentita) com 8,7% de carbono; essa cementita vai se localizar nos contor- nos dos grãos de austenita. Esta, em consequência, se empobrece de carbono, e para que haja ulterior separação de FesC é necessário um abaixamento de temperatura, A uma temperatura correspondente ao ponto y» (fig. 3), as fases em equilíbrio são cementita (ponto y”2) e austenita com a composição correspondente ac ponto y'2. DEFINIÇÕES. DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO-CARBONO 29 Ao atingir-se, no esfriamento, a temperatura de 727ºC, tem-se de um lado FesC e de outro austenita com composição equivalente ao ponto eutetóide, isto é, 0,77% de carbono. Neste momento, todo o ferro gama passa brusca e repentinamente a alfa A a austenita restante adquire a forma lamelar da perlita. Assim, abaixo de 727ºC, até a temperatura ambiente, os aços hipereutetóides serão constituídos de periita e gementita (fig. 6). Fig. 6 — Aspecto micrográfico de um aço hinereutetóide estriado lentamente. Ataque: reativo de picral. Ampliação: 200 vezes. A cementita está disposta em torno dos grãos de perlita, formando uma rede. Também aqui, aplicando-se a “regra da alavanca”, ter-se-á a composição estrutu- ral seguinte: % de cementita (chamada proeutetóide) = 100 X 130 — 0,77 90% 6,67 — 0,77 % de perita = 100 x 8.67 — 130 .. 91,0% 6,67 — 0,77 Finalmente um aço eutetóide, depois de inteiramente solidificado, não sofrerá qual- quer transformação até atingir a temperatura de 727ºC, momento em que toda a aus- tenita passará bruscamente a perlita. Nessas condições, um aço com composição cor- respondente exatamente à do ponto eutetóide será constituído à temperatura ambiente exclusivamente de perlita (fig. 4). A composição estrutural da perlita, determinada pela “regra da alavanca”, é a seguinte: % de ferrita = 100 x 8:87 — 0,77 — ga,5% 6687-0 % de cementita = 100 X 077 O — 5% 667-0 Em resumo, a constituição estrutural à temperatura ambiente das ligas ferro-car- bono de 0% até 2,11% de carbono, esfriadas lentamente a partir de temperaturas acima da zona crítica, é a seguinte: — ferro comercialmente puro — ferrita — agos hipoeutetóides (até 0,77% de C) — ferrita e perlita — aços eutetóides (0,77% de C) — perlita — agos hipereuter íides (0,77 a 211% C) — perlita e cementita 30 AÇOS E FERROS FUNDIDOS Os aços hipoeutetóides apresentarão tanto maior quantidade de ferrita quanto me- nos carbono contiverem e os aços hipereutetóides tanto maior quantidade de cementi- ta quanto mais se aproximarem do teor 2,11% de carbono. As figuras 7 e 8 mostram alguns outros aspectos micrográficos de ligas Fe-C. A primeira (fig. 7) refere-se a ferro comercialmente puro e a segunda (fig. 8) a aço hipoeu- tetóide com aproximadamente 0,3% de carbono. Fig. 7 — Aspecto micrográfico de ferro comercialmente puro. Ataque: reativo de água régia. Ampliação: 200 vezes, Fig. 8 — Aspecto micrográfico de aço hipoeutetóide com aproximadamente 0,3% de carbono: Ataque: reativo de nital. Ampliação: 200 vezes. 32 AÇOS E FERROS FUNDIDOS Continuando o resfriamento, repetem-se os mesmos fenômenos; assim o último resíduo que solidifica deveria ter a concentração L, e a massa solidificada a composi- gão S,. Na realidade, porém, a concentração média do carbono na massa cristalina será menor; portanto a reta MM, — correspondente à liga em exame — encontrará a linha solidus a uma temperatura inferior à real (ponto S',) e a concentração em carbono do último resíduo líquido será maior (ponte £,). Assim, pois, os cristais mistos, além de apresentarem concentração de carbono crescente à medida que a temperatura cai, apresentarão concentrações decrescentes da periferia para o centro; as concentrações periféricas são as correspondentes à linha SS,e as concentrações dos núcleos centrais serão representadas pela linha SS”,, resul- tando, então, para a composição média dos cristais a linha SS',. Em resumo, os últimos cristais terão justamente a composição média S”, e o último resíduo solidificado a com- posição A. Resulta, de tudo isso, que os cristais separados a temperaturas decrescentes se- rão constituídos de estrias de composição, de espessura decrescente com o abaixa- mento da temperatura. 4. Propriedades dos constituintes dos aços e sua influência sobre os característi- cos mecânicos destes — Os constituintes básicos dos aços são, pois, austenita, ferrita, cementita e perlita. A austenita (do nome do metalurgista inglês Roberts-Austen), nos aços-carbono comuns, só é estável acima de 727ºC; consta de uma solução sólida de carbono no ferro gama e apresenta uma estrutura de grãos poligonais irregulares; possui boa resis- tência mecânica e apreciável tenacidade; é não magnética. A ferrita (do latim “ferrum”) é ferro no estado alotrópico alfa, contendo em solu- gão traços de carbono; apresenta também uma estrutura de grãos poligonais irregula- res; possui baixa dureza e baixa resistência à tração, cerca de 28 kgf/mm? (270 MPa), mas excelente resistência ao choque e elevado alongamento. A cementita (do latim “caementum”) é o carboneto de ferro FesC contendo 8,67% de carbona; muito dura (na escala Moh's ocuparia aproximadamente o lugar do feldspa- to), quebradiça, é responsável pela elevada dureza e resistência dos aços de alto carbo- no, assim como pela sua menor ductilidade. Possui estrutura cristalina ortorômbica. A perlita (nome devido à “nuance” de cores de madrepérola que esse constituinte frequentemente apresenta ao microscópio) é a mistura mecânica de 88,5% de ferrita e 11,5% de cementita, na forma de lâminas finas (de espessura raramente superior a um milésimo de milímetro) dispostas alternadamente. As propriedades mecânicas da perlita são, portanto, intermediárias entre as da ferrita e da cementita, dependendo, en- tretanto, do tamanho das partículas de cementita. Sua resistência à tração é, em média, 75 kgfimm” (740 MPa). A proporção de perlita num aço cresce de 0% para ferro até 100% para aço eutetóide (0,77% de carbona), de modo que um aço com 0,5% de car- bono, por exemplo, apresentará cerca de 65,0% de perlita. À transformação da austenita em perlita contendo ferrita e cementita é típica de muitas reações no interior de sólidos, ou seja começa nos contornos dos grãos e pros- segue em direção ao seu centro, o que é de se esperar pois os átomos nos contornos dos grãos apresentam maiores energias que os átomos dentro dos grãos. Diga-se de passagem, que os contornos dos grãos não são as únicas localizações de átomos de energia mais elevada, pois os átomos em torno dos defeitos “em ponto” u “em linha” apresentam também energia extra e podem servir de localização para a nucleação de reações (*). Por outro lado, as propriedades da perlita dependem muito da espessura de suas (*) Por nucleação designa-se o fenômeno correspondente ao inícia de farmação de núcieos, ou seja das primeiras partículas estáveis capazes de iniciar a recristalização de uma fase ou o crescimento de uma nova fase, DEFINIÇÕES, DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO-CARBONO 33 tamelas e esta, por sua vez, da velocidade de sua formação. A sua espessura é, entre- tanto, limitada pela distância através da qual o carbono, no tempo disponível, se difunde. Outro fato importante a ressaltar é q seguinte: num aço hipoeutetóide, com teor de carbono, portanto, inferior a 0,77%, o resultado do resfriamento lento é, como-se viu, a formação de uma certa quantidade de ferrita (chamada primária ou proeutetóide) até qua a austenita remanescente se transforme em perlita. Assim a estrutura resultan- te contém quantidades de ferrita e perlita que podem ser previstas. A distribuição des- ses microconstituintes depende do tamanho de grão de austenita, porque a nucleação da tferrita primária ocorre nos contornos dos grãos. O mesmo pode ser dito em relação à cementita primária, se 0 aço for hipereutetóide. A ferrita forma um “rendilhado” nos contornos de grãos de austenita, em cujo interior se forma a perita. Se o resfriamento, entretanto, se acelerar, de modo a se atingir uma temperatura mais baixa antés que ocorra nucleação da ferrita primária, a perlita pode se formar até com teores de carbono da ordem de 0,4%, o que pode ser compreendido pelo exame da fig. 10. De fato, considere-se um aço com teor de carbono dado pela reta S, sendo na figura, E o ponto eutetóide,. Acima de T;, a fase estável é a austenita: de T; a Tg existe equilíbrio entre a austenita e ferrita; entre Ta e Te: a cementita é menos estável do que a austenita e, portanto, não pode nuclear a partir dela; assim, forma-se ferrita até que a composição da austenita cruze a linha EC”, linha essa que define as condições para a cementita estar em equilíbrio com a austenita, Se a temperatura estiver abaixo de Te, a cementita pode nuclear imediatamente e então se forma a perlita, a qual, desse modo, terá mais ferrita e menos cementita do que rigorosamente deveria ter (ou-seja do que a perita eutetóide que teoricamente deveria ter-se formado) e será mais mole. Iemoeratoro Fig. 10 — Limite para formação da perlita. Devido aos característicos mecânicos dos constituintes dos aços, as proprieda- des mecânicas destes quando esfriados lentamente, variam de acordo com a proporção daqueles constituintes. Assim, ferro comercialmente puro, constituído só de ferrita, apresenta-se mole, dúctil, pouco resistente à tração e com alta resistência ao choque; à medida que o teor de carbono cresce, aumentam os valores representativos da resis- tência mecânica, isto é, O limite de escoamento, o limite de resistência à tração e a du- reza, ao passo que caem os valores relativos à ductilidade, como alongamento, estric- ção e resistência ao choque, A Tabela 1º dá valores obtidos para algumas propriedades mecânicas, em função do teor de carbono de aços ne estado-recozido, isto é, esfriados lentamente de temperaturas acima da zona crítica. 
