Nick Connor

A austenita, também conhecida como ferro de fase gama (γ-Fe), é uma fase de estrutura cúbica de face centrada não magnética de ferro. A austenita em ligas de ferro-carbono geralmente está presente apenas acima da temperatura eutetóide crítica (723°C) e abaixo de 1500°C, dependendo do teor de carbono. No entanto, pode ser mantido à temperatura ambiente por adições de ligas como níquel ou manganês.

O carbono desempenha um papel importante no tratamento térmico, porque expande a faixa de temperatura de estabilidade da austenita. O teor de carbono mais alto reduz a temperatura necessária para austenitizar o aço – de modo que os átomos de ferro se rearranjam para formar uma estrutura de treliça FCC. A austenita está presente no tipo de aço inoxidável mais comumente usado, que é muito conhecido por sua resistência à corrosão.

Aço Inoxidável Austenítico

Os aços inoxidáveis ​​austeníticos contêm entre 16 e 25% de cromo e também podem conter nitrogênio em solução, ambos os quais contribuem para sua resistência à corrosão relativamente alta. Os aços inoxidáveis ​​austeníticos são classificados com as designações AISI série 200 ou 300; os graus da série 300 são ligas de cromo-níquel e os da série 200 representam um conjunto de composições nas quais manganês e/ou nitrogênio substituem parte do níquel.

Os aços inoxidáveis ​​austeníticos têm a melhor resistência à corrosão de todos os aços inoxidáveis ​​e possuem excelentes propriedades criogênicas e boa resistência a altas temperaturas. Eles possuem uma microestrutura cúbica de face centrada (FCC) que não é magnética e podem ser facilmente soldados. Esta estrutura cristalina da austenita é alcançada por adições suficientes dos elementos estabilizadores da austenita níquel, manganês e nitrogênio. O aço inoxidável austenítico é a maior família de aços inoxidáveis, representando cerca de dois terços de toda a produção de aço inoxidável. Sua resistência ao escoamento é baixa (200 a 300MPa), o que limita seu uso para componentes estruturais e outros de suporte de carga. Eles não podem ser endurecidos por tratamento térmico, mas têm a propriedade útil de serem endurecidos a altos níveis de resistência, mantendo um nível útil de ductilidade e tenacidade. Os aços inoxidáveis ​​duplex tendem a ser preferidos em tais situações por causa de sua alta resistência e resistência à corrosão. O grau mais conhecido é o aço inoxidável AISI 304, que contém cromo (entre 15% e 20%) e níquel (entre 2% e 10,5%) metais como principais constituintes não ferrosos. O aço inoxidável 304 possui excelente resistência a uma ampla gama de ambientes atmosféricos e a muitos meios corrosivos. Essas ligas são geralmente caracterizadas como dúcteis, soldáveis ​​e endurecíveis por conformação a frio.

Outras fases comuns em aços e ferros

O tratamento térmico de aços requer uma compreensão tanto das fases de equilíbrio quanto das fases metaestáveis ​​que ocorrem durante o aquecimento e/ou resfriamento. Para os aços, as fases de equilíbrio estável incluem:

• Ferrita. A ferrita ou α-ferrita é uma fase de estrutura cúbica de corpo centrado do ferro que existe abaixo de temperaturas de 912°C para baixas concentrações de carbono no ferro. A α-ferrita só pode dissolver até 0,02% do carbono a 727°C. Isso ocorre devido à configuração da rede de ferro que forma uma estrutura cristalina BCC. A fase primária de baixo teor de carbono ou aço macio e a maioria dos ferros fundidos à temperatura ambiente é α-Fe ferromagnético.
• Austenita. A austenita, também conhecida como ferro de fase gama (γ-Fe), é uma fase de estrutura cúbica de face centrada não magnética do ferro. A austenita em ligas de ferro-carbono geralmente está presente apenas acima da temperatura eutetóide crítica (723°C) e abaixo de 1500°C, dependendo do teor de carbono. No entanto, pode ser mantido à temperatura ambiente por adições de ligas como níquel ou manganês. O carbono desempenha um papel importante no tratamento térmico, porque expande a faixa de temperatura de estabilidade da austenita. O teor de carbono mais alto reduz a temperatura necessária para austenitizar o aço – de modo que os átomos de ferro se rearranjam para formar uma estrutura de treliça FCC. A austenita está presente no tipo de aço inoxidável mais comumente usado, que é muito conhecido por sua resistência à corrosão.
• Grafite. Adicionar uma pequena quantidade de carbono não metálico ao ferro troca sua grande ductilidade por maior resistência.
• Cementita. A cementita (Fe₃C) é um composto metaestável e, em algumas circunstâncias, pode se dissociar ou se decompor para formar α-ferrita e grafite, de acordo com a reação: Fe₃C → 3Fe (α) + C (grafite). A cementita em sua forma pura é uma cerâmica e é dura e quebradiça, o que a torna adequada para o reforço de aços. Suas propriedades mecânicas são função de sua microestrutura, que depende de como ele é misturado com a ferrita.

As fases metaestáveis ​​são:

• Perlita. Na metalurgia, a perlita é uma estrutura metálica em camadas de duas fases, composta por camadas alternadas de ferrita (87,5% em peso) e cementita (12,5% em peso) que ocorre em alguns aços e ferros fundidos. É nomeado por sua semelhança com a madrepérola.
• Martensita. A martensita é uma estrutura metaestável muito dura com uma estrutura cristalina tetragonal de corpo centrado (BCT). A martensita é formada nos aços quando a taxa de resfriamento da austenita é tão alta que os átomos de carbono não têm tempo de se difundir para fora da estrutura cristalina em quantidades suficientes para formar a cementita (Fe₃C).
• Bainita. A bainita é uma microestrutura semelhante a uma placa que se forma nos aços a partir da austenita quando as taxas de resfriamento não são rápidas o
  suficiente para produzir martensita, mas ainda são rápidas o suficiente para que o carbono não tenha tempo suficiente para se difundir para formar a perlita. Os aços bainíticos são geralmente mais fortes e duros que os aços perlíticos; ainda assim, exibem uma combinação desejável de resistência e ductilidade.

Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introdução à Termodinâmica dos Materiais (4ª ed.). Editora Taylor e Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Uma Introdução à Ciência dos Materiais. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiais: engenharia, ciência, processamento e design (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Diagrama de fases

A Martensita é uma estrutura metaestável muito dura com uma estrutura cristalina tetragonal de corpo centrado (BCT). A martensita é formada nos aços quando a taxa de resfriamento da austenita é tão alta que os átomos de carbono não têm tempo de se difundir para fora da estrutura cristalina em quantidades suficientes para formar a cementita (Fe₃C). Portanto, é um produto de transformação sem difusão. Qualquer difusão resulta na formação de fases de ferrita e cementita. É nomeado após o metalúrgico alemão Adolf Martens (1850-1914).

Ao contrário da decomposição isotérmica dos constituintes da fase por difusão, a martensita não é uma fase associada ao equilíbrio térmico. Assim, não aparece no diagrama de fase de equilíbrio ferro-carbono. Pode ser pensado como um produto de transformação que é competitivo com perlita e bainita.

A microestrutura da martensita nos aços tem diferentes morfologias e pode aparecer como martensita lath ou martensita plana. Para o aço com 0–0,6% de carbono, a martensita tem a aparência de ripas e é chamada de Martensita de ripas. Para aço com mais de 1% de carbono, formará uma estrutura semelhante a uma placa chamada Martensita de placa. A martensita de placa, como o nome indica, forma-se como cristais lenticulares (em forma de lente) com um padrão em zigue-zague de placas menores. Entre essas duas porcentagens, a aparência física dos grãos é uma mistura das duas. A resistência da martensita é reduzida à medida que a quantidade de austenita retida aumenta.

Transformação Martensítica

O endurecimento por transformação, também conhecido como endurecimento por transformação martensítica, é um dos métodos mais comuns de endurecimento, que é usado principalmente para aços (isto é, aços carbono e aços inoxidáveis). A transformação martensítica não é, entretanto, exclusiva das ligas ferro-carbono. É encontrado em outros sistemas e é caracterizado, em parte, pela transformação sem difusão.

Os aços Martensíticos usam predominantemente níveis mais altos de C e Mn, juntamente com tratamento térmico para aumentar a resistência. O produto acabado terá uma microestrutura duplex de ferrita com vários níveis de martensita degenerada. Isso permite vários níveis de força. Na metalurgia, a têmpera é mais comumente usada para endurecer o aço pela introdução de martensita. Existe um equilíbrio entre dureza e tenacidade em qualquer aço; quanto mais duro o aço, menos duro ou resistente a impactos ele é, e quanto mais resistente a impactos, menos duro ele é.

A martensita é produzida a partir da austenita como resultado da têmpera ou outra forma de resfriamento rápido. A austenita em ligas de ferro-carbono geralmente está presente apenas acima da temperatura eutetóide crítica (723°C) e abaixo de 1500°C, dependendo do teor de carbono. No caso de taxas normais de resfriamento, conforme a austenita esfria, o carbono se difunde para fora da austenita e forma carboneto de ferro rico em carbono (cementita) e deixa para trás a ferrita pobre em carbono. Dependendo da composição da liga, uma camada de ferrita e cementita, chamada perlita, pode se formar. Mas em caso de resfriamento rápido, o carbono não tem tempo suficiente para se difundir e se transforma em uma forma tetragonal de corpo centrado altamente deformada chamada martensita que é supersaturada com carbono. Todos os átomos de carbono permanecem como impurezas intersticiais na martensita.

Martensita Temperada

A capacidade relativa de uma liga ferrosa de formar martensita é chamada de temperabilidade. A temperabilidade é comumente medida como a distância abaixo de uma superfície temperada na qual o metal exibe uma dureza específica de 50 HRC, por exemplo, ou uma porcentagem específica de martensita na microestrutura. A maior dureza de um aço perlítico é de 43 HRC, enquanto a martensita pode atingir 72 HRC. Martensita fresca é muito frágil se o teor de carbono for superior a aproximadamente 0,2 a 0,3%. É tão frágil que não pode ser usado para a maioria das aplicações. Essa fragilidade pode ser removida (com alguma perda de dureza) se o aço temperado for levemente aquecido em um processo conhecido como revenido. A têmpera é realizada aquecendo um aço martensítico a uma temperatura abaixo do eutetóide por um período de tempo especificado (por exemplo, entre 250°C e 650°C).

Este tratamento térmico de revenimento permite, por processos de difusão, a formação de martensita revenida, conforme a reação:

martensita (BCT, monofásica) → martensita temperada (ferrita + Fe₃C fases)

onde a martensita BCT monofásica, que é supersaturada com carbono, se transforma na Martensita revenida, composta pelas fases estáveis ​​de ferrita e cementita. Sua microestrutura é semelhante à microestrutura da esferoide, mas neste caso a martensita revenida contém partículas de cementita extremamente pequenas e uniformemente dispersas incorporadas em uma matriz contínua de ferrita. A martensita temperada pode ser quase tão dura e forte quanto a martensita, mas com ductilidade e tenacidade substancialmente aumentadas.

Aço Inoxidável Martensítico

Os aços inoxidáveis ​​martensíticos são semelhantes aos aços ferríticos por serem baseados em cromo, mas têm níveis de carbono mais altos de até 1%. Às vezes, eles são classificados como aços inoxidáveis ​​martensíticos de baixo carbono e alto carbono. Eles contêm 12 a 14% de cromo, 0,2 a 1% de molibdênio e nenhuma quantidade significativa de níquel. Quantidades mais altas de carbono permitem que eles sejam endurecidos e revenidos de maneira semelhante aos aços carbono e de baixa liga. Possuem moderada resistência à corrosão, mas são considerados duros, fortes, levemente quebradiços. Eles são magnéticos e podem ser testados de forma não destrutiva usando o método de inspeção por partículas magnéticas, ao contrário do aço inoxidável austenítico. Um aço inoxidável martensítico comum é o AISI 440C, que contém 16 a 18% de cromo e 0,95 a 1,2% de carbono. O aço inoxidável grau 440C é usado nas seguintes aplicações: blocos padrão, talheres, rolamentos e pistas de esferas, moldes e matrizes, facas.

Como foi escrito, os aços inoxidáveis ​​martensíticos podem ser endurecidos e revenidos através de várias formas de envelhecimento/tratamento térmico: Os mecanismos metalúrgicos responsáveis ​​pelas transformações martensíticas que ocorrem nestas ligas inoxidáveis ​​durante a austenitização e têmpera são essencialmente os mesmos que são usados ​​para endurece aços carbono e ligas de baixo teor de liga. O tratamento térmico normalmente envolve três etapas:

• Austenitização, na qual o aço é aquecido a uma temperatura na faixa de 980 – 1050 °C, dependendo dos graus. A austenita é uma fase cúbica de face centrada.
• Têmpera. Após a austenitização, os aços devem ser temperados. As ligas inoxidáveis ​​martensíticas podem ser resfriadas usando ar parado, vácuo de pressão positiva ou têmpera interrompida em óleo. A austenita é transformada em martensita, uma estrutura cristalina tetragonal de corpo centrado duro. A martensita é muito dura e muito frágil para a maioria das aplicações.
• Revenimento, ou seja, aquecimento a cerca de 500 °C, manutenção da temperatura e, em seguida, resfriamento ao ar. Aumentar a temperatura de revenimento diminui o limite de elasticidade e resistência à tração, mas aumenta o alongamento e a resistência ao impacto.

A resistência dos aços inoxidáveis ​​aos efeitos químicos dos agentes corrosivos é baseada na passivação. Para que a passivação ocorra e permaneça estável, a liga Fe-Cr deve ter um teor mínimo de cromo de cerca de 10,5% em peso, acima do qual a passividade pode ocorrer e abaixo do qual é impossível. O cromo pode ser usado como um elemento de endurecimento e é freqüentemente usado com um elemento de endurecimento, como o níquel, para produzir propriedades mecânicas superiores.

Resistência à tração

A resistência máxima à tração do  aço inoxidável Martensítico – Grau 440C é de 760 MPa.

Dureza 

A dureza Brinell do  aço inoxidável Martensítico – Grau 440C é de aproximadamente 270 MPa.

Outras fases comuns em aços e ferros

O tratamento térmico de aços requer uma compreensão tanto das fases de equilíbrio quanto das fases metaestáveis ​​que ocorrem durante o aquecimento e/ou resfriamento. Para os aços, as fases de equilíbrio estável incluem:

• Ferrita. A ferrita ou α-ferrita é uma fase de estrutura cúbica de corpo centrado do ferro que existe abaixo de temperaturas de 912°C para baixas concentrações de carbono no ferro. A α-ferrita só pode dissolver até 0,02% do carbono a 727°C. Isso ocorre devido à configuração da rede de ferro que forma uma estrutura cristalina BCC. A fase primária de baixo teor de carbono ou aço macio e a maioria dos ferros fundidos à temperatura ambiente é α-Fe ferromagnético.
• Austenita. A austenita, também conhecida como ferro de fase gama (γ-Fe), é uma fase de estrutura cúbica de face centrada não magnética do ferro. A austenita em ligas de ferro-carbono geralmente está presente apenas acima da temperatura eutetóide crítica (723°C) e abaixo de 1500°C, dependendo do teor de carbono. No entanto, pode ser mantido à temperatura ambiente por adições de ligas como níquel ou manganês. O carbono desempenha um papel importante no tratamento térmico, porque expande a faixa de temperatura de estabilidade da austenita. O teor de carbono mais alto reduz a temperatura necessária para austenitizar o aço – de modo que os átomos de ferro se rearranjam para formar uma estrutura de treliça FCC. A austenita está presente no tipo de aço inoxidável mais comumente usado, que é muito conhecido por sua resistência à corrosão.
• Grafite. Adicionar uma pequena quantidade de carbono não metálico ao ferro troca sua grande ductilidade por maior resistência.
• Cementita. A cementita (Fe₃C) é um composto metaestável e, em algumas circunstâncias, pode se dissociar ou se decompor para formar α-ferrita e grafite, de acordo com a reação: Fe₃C → 3Fe (α) + C (grafite). A cementita em sua forma pura é uma cerâmica e é dura e quebradiça, o que a torna adequada para o reforço de aços. Suas propriedades mecânicas são função de sua microestrutura, que depende de como ele é misturado com a ferrita.

As fases metaestáveis ​​são:

• Perlita. Na metalurgia, a perlita é uma estrutura metálica em camadas de duas fases, composta por camadas alternadas de ferrita (87,5% em peso) e cementita (12,5% em peso) que ocorre em alguns aços e ferros fundidos. É nomeado por sua semelhança com a madrepérola.
• Martensita. A martensita é uma estrutura metaestável muito dura com uma estrutura cristalina tetragonal de corpo centrado (BCT). A martensita é formada nos aços quando a taxa de resfriamento da austenita é tão alta que os átomos de carbono não têm tempo de se difundir para fora da estrutura cristalina em quantidades suficientes para formar a cementita (Fe₃C).
• Bainita. A bainita é uma microestrutura semelhante a uma placa que se forma nos aços a partir da austenita quando as taxas de resfriamento não são rápidas o
  suficiente para produzir martensita, mas ainda são rápidas o suficiente para que o carbono não tenha tempo suficiente para se difundir para formar a perlita. Os aços bainíticos são geralmente mais fortes e duros que os aços perlíticos; ainda assim, exibem uma combinação desejável de resistência e ductilidade.

Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introdução à Termodinâmica dos Materiais (4ª ed.). Editora Taylor e Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Uma Introdução à Ciência dos Materiais. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiais: engenharia, ciência, processamento e design (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Diagrama de fases

A cementita (Fe₃C) é um composto metaestável e, em algumas circunstâncias, pode se dissociar ou se decompor para formar α-ferrita e grafite, de acordo com a reação:

Fe₃C → ₃Fe (a) + C (grafite)

O tempo de decomposição é longo e levará muito mais tempo do que a vida útil da aplicação em temperatura ambiente. Alguns outros fatores (altas temperaturas e adição de certos elementos de liga, por exemplo) podem afetar essa decomposição, pois promovem a formação de grafite.

A cementita em sua forma pura é uma cerâmica e é dura e quebradiça, o que a torna adequada para o reforço de aços. Suas propriedades mecânicas são função de sua microestrutura, que depende de como ele é misturado com a ferrita.

No sistema ferro-carbono (isto é, aços-carbono e ferros fundidos) é um constituinte comum porque a ferrita pode conter no máximo 0,02% em peso de carbono não combinado. Portanto, em aços carbono e ferros fundidos que são resfriados lentamente, uma porção do carbono está na forma de cementita.

A cementita se forma diretamente da fusão no caso do ferro fundido branco. Com um teor de silício mais baixo (contendo menos de 1,0% em peso de Si – agente grafitizante) e taxa de resfriamento mais rápida, o carbono no ferro fundido precipita do fundido como a cementita de fase metaestável, Fe₃C, em vez de grafite. O produto dessa solidificação é conhecido como ferro fundido branco (também conhecido como ferro resfriado).

No aço carbono, a cementita precipita da austenita quando a austenita se transforma em ferrita no resfriamento lento, ou da martensita durante o revenimento. Uma mistura íntima com a ferrita, o outro produto da austenita, forma uma estrutura lamelar chamada perlita.

Em ferros fundidos, a formação de grafite é promovida pela presença de silício em concentrações superiores a cerca de 1% em peso. Além disso, taxas de resfriamento mais lentas durante a solidificação favorecem a grafitização (a formação de grafite).

Outras fases comuns em aços e ferros

O tratamento térmico de aços requer uma compreensão tanto das fases de equilíbrio quanto das fases metaestáveis ​​que ocorrem durante o aquecimento e/ou resfriamento. Para os aços, as fases de equilíbrio estável incluem:

• Ferrita. A ferrita ou α-ferrita é uma fase de estrutura cúbica de corpo centrado do ferro que existe abaixo de temperaturas de 912°C para baixas concentrações de carbono no ferro. A α-ferrita só pode dissolver até 0,02% do carbono a 727°C. Isso ocorre devido à configuração da rede de ferro que forma uma estrutura cristalina BCC. A fase primária de baixo teor de carbono ou aço macio e a maioria dos ferros fundidos à temperatura ambiente é α-Fe ferromagnético.
• Austenita. A austenita, também conhecida como ferro de fase gama (γ-Fe), é uma fase de estrutura cúbica de face centrada não magnética do ferro. A austenita em ligas de ferro-carbono geralmente está presente apenas acima da temperatura eutetóide crítica (723°C) e abaixo de 1500°C, dependendo do teor de carbono. No entanto, pode ser mantido à temperatura ambiente por adições de ligas como níquel ou manganês. O carbono desempenha um papel importante no tratamento térmico, porque expande a faixa de temperatura de estabilidade da austenita. O teor de carbono mais alto reduz a temperatura necessária para austenitizar o aço – de modo que os átomos de ferro se rearranjam para formar uma estrutura de treliça FCC. A austenita está presente no tipo de aço inoxidável mais comumente usado, que é muito conhecido por sua resistência à corrosão.
• Grafite. Adicionar uma pequena quantidade de carbono não metálico ao ferro troca sua grande ductilidade por maior resistência.
• Cementita. A cementita (Fe₃C) é um composto metaestável e, em algumas circunstâncias, pode se dissociar ou se decompor para formar α-ferrita e grafite, de acordo com a reação: Fe₃C → 3Fe (α) + C (grafite). A cementita em sua forma pura é uma cerâmica e é dura e quebradiça, o que a torna adequada para o reforço de aços. Suas propriedades mecânicas são função de sua microestrutura, que depende de como ele é misturado com a ferrita.

As fases metaestáveis ​​são:

• Perlita. Na metalurgia, a perlita é uma estrutura metálica em camadas de duas fases, composta por camadas alternadas de ferrita (87,5% em peso) e cementita (12,5% em peso) que ocorre em alguns aços e ferros fundidos. É nomeado por sua semelhança com a madrepérola.
• Martensita. A martensita é uma estrutura metaestável muito dura com uma estrutura cristalina tetragonal de corpo centrado (BCT). A martensita é formada nos aços quando a taxa de resfriamento da austenita é tão alta que os átomos de carbono não têm tempo de se difundir para fora da estrutura cristalina em quantidades suficientes para formar a cementita (Fe₃C).
• Bainita. A bainita é uma microestrutura semelhante a uma placa que se forma nos aços a partir da austenita quando as taxas de resfriamento não são rápidas o
  suficiente para produzir martensita, mas ainda são rápidas o suficiente para que o carbono não tenha tempo suficiente para se difundir para formar a perlita. Os aços bainíticos são geralmente mais fortes e duros que os aços perlíticos; ainda assim, exibem uma combinação desejável de resistência e ductilidade.

Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introdução à Termodinâmica dos Materiais (4ª ed.). Editora Taylor e Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Uma Introdução à Ciência dos Materiais. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-07097-1.
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JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Diagrama de fases

A martensita é uma estrutura metaestável muito dura com uma estrutura cristalina tetragonal de corpo centrado (BCT). A martensita é formada nos aços quando a taxa de resfriamento da austenita é tão alta que os átomos de carbono não têm tempo de se difundir para fora da estrutura cristalina em quantidades suficientes para formar a cementita (Fe₃C). Portanto, é um produto de transformação sem difusão. Qualquer difusão resulta na formação de fases de ferrita e cementita. É nomeado após o metalúrgico alemão Adolf Martens (1850-1914).

Martensita Temperada

A capacidade relativa de uma liga ferrosa de formar martensita é chamada de temperabilidade. A temperabilidade é comumente medida como a distância abaixo de uma superfície temperada na qual o metal exibe uma dureza específica de 50 HRC, por exemplo, ou uma porcentagem específica de martensita na microestrutura. A maior dureza de um aço perlítico é de 43 HRC, enquanto a martensita pode atingir 72 HRC. Martensita fresca é muito frágil se o teor de carbono for superior a aproximadamente 0,2 a 0,3%. É tão frágil que não pode ser usado para a maioria das aplicações. Essa fragilidade pode ser removida (com alguma perda de dureza) se o aço temperado for levemente aquecido em um processo conhecido como revenido. A têmpera é realizada aquecendo um aço martensítico a uma temperatura abaixo do eutetóide por um período de tempo especificado (por exemplo, entre 250°C e 650°C).

Este tratamento térmico de revenimento permite, por processos de difusão, a formação de martensita revenida, conforme a reação:

martensita (BCT, monofásica) → martensita temperada (ferrita + Fe₃C fases)

onde a martensita BCT monofásica, que é supersaturada com carbono, se transforma na martensita revenida, composta pelas fases estáveis ​​de ferrita e cementita. Sua microestrutura é semelhante à microestrutura da esferoide, mas neste caso a martensita revenida contém partículas de cementita extremamente pequenas e uniformemente dispersas incorporadas em uma matriz contínua de ferrita. A martensita temperada pode ser quase tão dura e forte quanto a martensita, mas com ductilidade e tenacidade substancialmente aumentadas.

A resistência máxima à tração do aço inoxidável Martensítico  – Grau 440C é de 760 MPa.

Dureza 

A dureza Brinell do aço inoxidável Martensítico  – Grau 440C é de aproximadamente 270 MPa.

Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introdução à Termodinâmica dos Materiais (4ª ed.). Editora Taylor e Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Uma Introdução à Ciência dos Materiais. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiais: engenharia, ciência, processamento e design (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Martensita

A bainita é uma microestrutura semelhante a uma placa que se forma nos aços a partir da austenita quando as taxas de resfriamento não são rápidas o suficiente para produzir martensita, mas ainda são rápidas o suficiente para que o carbono não tenha tempo suficiente para se difundir para formar a perlita. Assim como a perlita, as fases constituintes da bainita são a ferrita e a cementita. Processos de difusão durante o resfriamento estão envolvidos em sua formação. No entanto, as formas das fases são muito diferentes na perlita e na bainita. A principal diferença entre a perlita e a bainita é que a perlita contém camadas alternadas de ferrita e cementita, enquanto a bainita tem uma microestrutura semelhante a uma placa.

Uma estrutura fina não lamelar, a bainita geralmente consiste em cementita e ferrita rica em discordâncias. A grande densidade de discordâncias na ferrita presente na bainita e o tamanho fino das plaquetas de bainita tornam essa ferrita mais dura do que normalmente seria. Os aços bainíticos são geralmente mais fortes e duros que os aços perlíticos; ainda assim, exibem uma combinação desejável de resistência e ductilidade. A dureza da bainita pode estar entre a da perlita e a da martensita não revenida na mesma dureza do aço.

A bainita foi descrita pela primeira vez por ES Davenport e Edgar Bain, daí o nome bainita. No final da década de 1920, eles iniciaram o estudo de aços temperados por um método chamado transformação isotérmica.

Austêmpera

A austêmpera é um tratamento térmico usado para formar a bainita pura, uma microestrutura de transição encontrada entre a perlita e a martensita. A austêmpera consiste em resfriar rapidamente a peça metálica da temperatura de austenitização para cerca de 230 a 400°C, mantendo-a a uma temperatura constante para permitir a transformação isotérmica. Para evitar a formação de perlita ou martensita, o aço é temperado em um banho de metais fundidos ou sais. O aço é então mantido na temperatura de formação da bainita, além do ponto onde a temperatura atinge o equilíbrio, até que a bainita se forme completamente. O aço é então removido do banho e resfriado ao ar, sem a formação de perlita ou martensita. Dependendo da temperatura de manutenção, a austêmpera pode produzir bainita superior ou inferior.

A bainita é uma microestrutura semelhante a uma placa que se forma nos aços a partir da austenita quando as taxas de resfriamento não são rápidas o suficiente para produzir martensita, mas ainda são rápidas o suficiente para que o carbono não tenha tempo suficiente para se difundir para formar a perlita. A principal diferença entre a perlita e a bainita é que a perlita contém camadas alternadas de ferrita e cementita, enquanto a bainita tem uma microestrutura semelhante a uma placa.

Uma estrutura fina não lamelar, a bainita geralmente consiste em cementita e ferrita rica em discordâncias. A grande densidade de discordâncias na ferrita presente na bainita e o tamanho fino das plaquetas de bainita tornam essa ferrita mais dura do que normalmente seria. Os aços bainíticos são geralmente mais fortes e duros que os aços perlíticos; ainda assim, exibem uma resistência superior ao impacto. A dureza da bainita pode estar entre a da perlita e a da martensita não revenida na mesma dureza do aço.

A austêmpera é aplicável à maioria dos aços de médio carbono e ligas de aço. Aços de baixa liga são geralmente restritos a seções de 9,5 mm ou mais finas, enquanto aços mais endurecíveis podem ser austemperados em seções de até 50 mm de espessura.

Outras fases comuns em aços e ferros

O tratamento térmico de aços requer uma compreensão tanto das fases de equilíbrio quanto das fases metaestáveis ​​que ocorrem durante o aquecimento e/ou resfriamento. Para os aços, as fases de equilíbrio estável incluem:

• Ferrita. A ferrita ou α-ferrita é uma fase de estrutura cúbica de corpo centrado do ferro que existe abaixo de temperaturas de 912°C para baixas concentrações de carbono no ferro. A α-ferrita só pode dissolver até 0,02% do carbono a 727°C. Isso ocorre devido à configuração da rede de ferro que forma uma estrutura cristalina BCC. A fase primária de baixo teor de carbono ou aço macio e a maioria dos ferros fundidos à temperatura ambiente é α-Fe ferromagnético.
• Austenita. A austenita, também conhecida como ferro de fase gama (γ-Fe), é uma fase de estrutura cúbica de face centrada não magnética do ferro. A austenita em ligas de ferro-carbono geralmente está presente apenas acima da temperatura eutetóide crítica (723°C) e abaixo de 1500°C, dependendo do teor de carbono. No entanto, pode ser mantido à temperatura ambiente por adições de ligas como níquel ou manganês. O carbono desempenha um papel importante no tratamento térmico, porque expande a faixa de temperatura de estabilidade da austenita. O teor de carbono mais alto reduz a temperatura necessária para austenitizar o aço – de modo que os átomos de ferro se rearranjam para formar uma estrutura de treliça FCC. A austenita está presente no tipo de aço inoxidável mais comumente usado, que é muito conhecido por sua resistência à corrosão.
• Grafite. Adicionar uma pequena quantidade de carbono não metálico ao ferro troca sua grande ductilidade por maior resistência.
• Cementita. A cementita (Fe₃C) é um composto metaestável e, em algumas circunstâncias, pode se dissociar ou se decompor para formar α-ferrita e grafite, de acordo com a reação: Fe₃C → 3Fe (α) + C (grafite). A cementita em sua forma pura é uma cerâmica e é dura e quebradiça, o que a torna adequada para o reforço de aços. Suas propriedades mecânicas são função de sua microestrutura, que depende de como ele é misturado com a ferrita.

As fases metaestáveis ​​são:

• Perlita. Na metalurgia, a perlita é uma estrutura metálica em camadas de duas fases, composta por camadas alternadas de ferrita (87,5% em peso) e cementita (12,5% em peso) que ocorre em alguns aços e ferros fundidos. É nomeado por sua semelhança com a madrepérola.
• Martensita. A martensita é uma estrutura metaestável muito dura com uma estrutura cristalina tetragonal de corpo centrado (BCT). A martensita é formada nos aços quando a taxa de resfriamento da austenita é tão alta que os átomos de carbono não têm tempo de se difundir para fora da estrutura cristalina em quantidades suficientes para formar a cementita (Fe₃C).
• Bainita. A bainita é uma microestrutura semelhante a uma placa que se forma nos aços a partir da austenita quando as taxas de resfriamento não são rápidas o
  suficiente para produzir martensita, mas ainda são rápidas o suficiente para que o carbono não tenha tempo suficiente para se difundir para formar a perlita. Os aços bainíticos são geralmente mais fortes e duros que os aços perlíticos; ainda assim, exibem uma combinação desejável de resistência e ductilidade.

Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introdução à Termodinâmica dos Materiais (4ª ed.). Editora Taylor e Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Uma Introdução à Ciência dos Materiais. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiais: engenharia, ciência, processamento e design (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Diagrama de fases

Endurecimento de Superfície – Endurecimento de Caso

O endurecimento da caixa ou endurecimento da superfície é o processo no qual a dureza da superfície (caixa) de um objeto é aprimorada, enquanto o núcleo interno do objeto permanece elástico e resistente. Após esse processo, a dureza da superfície, a resistência ao desgaste e a vida útil à fadiga são aprimoradas. Isso é realizado por vários processos, como um processo de carburação ou nitretação, pelo qual um componente é exposto a uma atmosfera carbonácea ou nitrogenada em temperatura elevada. Como foi escrito, duas características principais do material são influenciadas:

• Dureza e resistência ao desgaste são significativamente melhoradas. Na ciência dos materiais, a dureza é a capacidade de resistir à indentação da superfície (deformação plástica localizada) e arranhões. A dureza é provavelmente a propriedade do material menos definida porque pode indicar resistência a arranhões, resistência à abrasão, resistência à indentação ou mesmo resistência à modelagem ou deformação plástica localizada. A dureza é importante do ponto de vista da engenharia porque a resistência ao desgaste por fricção ou erosão por vapor, óleo e água geralmente aumenta com a dureza.
• A tenacidade não é influenciada negativamente. Tenacidade é a capacidade de um material de absorver energia e deformar plasticamente sem fraturar. Uma definição de tenacidade (para alta taxa de deformação, tenacidade à fratura) é que é uma propriedade indicativa da resistência de um material à fratura quando uma trinca (ou outro defeito de concentração de tensão) está presente.

Para ferro ou aço com baixo teor de carbono, que tem baixa ou nenhuma temperabilidade própria, o processo de endurecimento envolve a infusão de carbono ou nitrogênio adicional na camada superficial. O endurecimento da caixa é útil em peças como um came ou engrenagem de anel que deve ter uma superfície muito dura para resistir ao desgaste, juntamente com um interior resistente para resistir ao impacto que ocorre durante a operação. Além disso, o endurecimento superficial do aço tem uma vantagem sobre o endurecimento direto (isto é, o endurecimento uniforme do metal em toda a peça), porque os aços de baixo carbono e médio carbono, menos caros, podem ser endurecidos superficialmente sem os problemas de distorção e rachaduras associados ao endurecimento. através do endurecimento de seções espessas. Uma camada de superfície externa rica em carbono ou nitrogênio (ou caso) é introduzido por difusão atômica da fase gasosa. A caixa tem normalmente cerca de 1 mm de profundidade e é mais dura do que o núcleo interno do material.

Métodos de Difusão de Case Hardening

O endurecimento por tratamento de superfície pode ser classificado ainda como tratamentos de difusão ou tratamentos de aquecimento localizado. Os métodos de difusão introduzem elementos de liga que entram na superfície por difusão, seja como agentes de solução sólida ou como agentes de endurecimento que auxiliam na formação de martensita durante a têmpera subsequente. Neste processo, a concentração do elemento de liga é aumentada na superfície de um componente de aço. Os métodos de difusão incluem:

• Carburação. A cementação é um processo de cementação no qual a concentração de carbono na superfície de uma liga ferrosa (geralmente um aço com baixo teor de carbono) é aumentada pela difusão do ambiente circundante. A cementação produz uma superfície de produto dura e altamente resistente ao desgaste (profundidades médias) com excelente capacidade de carga de contato, boa resistência à fadiga por flexão e boa resistência à apreensão.
• Nitretação. A nitretação é um processo de cementação no qual a concentração de nitrogênio na superfície de um ferroso é aumentada por difusão do ambiente circundante para criar uma superfície endurecida. A nitretação produz uma superfície dura e altamente resistente ao desgaste (profundidades de caixa rasas) do produto com capacidade razoável para carga de contato, boa resistência à fadiga por flexão e excelente resistência à apreensão.
• Entediante. A boretação, também chamada de borotização, é um processo de difusão termoquímica semelhante à nitrocarbonetação, no qual os átomos de boro se difundem no substrato para produzir camadas superficiais duras e resistentes ao desgaste. O processo requer alta temperatura de tratamento (1073-1323 K) e longa duração (1-12 h), podendo ser aplicado a uma ampla gama de materiais como aços, ferro fundido, cermets e ligas não ferrosas.
• Endurecimento de titânio-carbono e nitreto de titânio. Nitreto de titânio (um material cerâmico extremamente duro), ou revestimentos de carboneto de titânio podem ser usados ​​nas ferramentas feitas deste tipo de aço através do processo de deposição física de vapor para melhorar o desempenho e a vida útil da ferramenta. O TiN tem uma dureza Vickers de 1800–2100 e tem uma cor dourada metálica.

Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
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JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Case Hardening

Classificação dos Métodos de Case Hardening

O endurecimento por tratamento de superfície pode ser classificado ainda como tratamentos de difusão ou tratamentos de aquecimento localizado. Os métodos de difusão introduzem elementos de liga que entram na superfície por difusão, seja como agentes de solução sólida ou como agentes de endurecimento que auxiliam na formação de martensita durante a têmpera subsequente. Neste processo, a concentração do elemento de liga é aumentada na superfície de um componente de aço. Os métodos de difusão incluem:

• Carburação. A cementação é um processo de cementação no qual a concentração de carbono na superfície de uma liga ferrosa (geralmente um aço com baixo teor de carbono) é aumentada pela difusão do ambiente circundante. A cementação produz uma superfície de produto dura e altamente resistente ao desgaste (profundidades médias) com excelente capacidade de carga de contato, boa resistência à fadiga por flexão e boa resistência à apreensão.
• Nitretação. A nitretação é um processo de cementação no qual a concentração de nitrogênio na superfície de um ferroso é aumentada por difusão do ambiente circundante para criar uma superfície endurecida. A nitretação produz uma superfície dura e altamente resistente ao desgaste (profundidades de caixa rasas) do produto com capacidade razoável para carga de contato, boa resistência à fadiga por flexão e excelente resistência à apreensão.
• Entediante. A boretação, também chamada de borotização, é um processo de difusão termoquímica semelhante à nitrocarbonetação, no qual os átomos de boro se difundem no substrato para produzir camadas superficiais duras e resistentes ao desgaste. O processo requer alta temperatura de tratamento (1073-1323 K) e longa duração (1-12 h), podendo ser aplicado a uma ampla gama de materiais como aços, ferro fundido, cermets e ligas não ferrosas.
• Endurecimento de titânio-carbono e nitreto de titânio. Nitreto de titânio (um material cerâmico extremamente duro), ou revestimentos de carboneto de titânio podem ser usados ​​nas ferramentas feitas deste tipo de aço através do processo de deposição física de vapor para melhorar o desempenho e a vida útil da ferramenta. O TiN tem uma dureza Vickers de 1800–2100 e tem uma cor dourada metálica.

Métodos de aquecimento localizado para cementação incluem:

• Endurecimento por chama. O endurecimento por chama é uma técnica de endurecimento de superfície que usa uma única tocha com uma cabeça especialmente projetada para fornecer um meio muito rápido de aquecer o metal, que é então resfriado rapidamente, geralmente usando água. Isso cria uma “caixa” de martensita na superfície, enquanto o núcleo interno do objeto permanece elástico e resistente. É uma técnica semelhante ao endurecimento por indução. Um teor de carbono de 0,3–0,6% em peso C é necessário para este tipo de endurecimento.
• Endurecimento por indução. O endurecimento por indução é uma técnica de endurecimento de superfície que usa bobinas de indução para fornecer um meio muito rápido de aquecer o metal, que é então resfriado rapidamente, geralmente usando água. Isso cria uma “caixa” de martensita na superfície. Um teor de carbono de 0,3–0,6% em peso C é necessário para este tipo de endurecimento.
• Endurecimento a laser. O endurecimento a laser é uma técnica de endurecimento de superfície que usa um feixe de laser para fornecer um meio muito rápido de aquecimento do metal, que é então resfriado rapidamente (geralmente por auto-têmpera). Isso cria uma “caixa” de martensita na superfície, enquanto o núcleo interno do objeto permanece elástico e resistente.

Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introdução à Termodinâmica dos Materiais (4ª ed.). Editora Taylor e Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Uma Introdução à Ciência dos Materiais. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiais: engenharia, ciência, processamento e design (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Case Hardening

Endurecimento de Superfície – Endurecimento de Caso

O endurecimento da caixa ou endurecimento da superfície é o processo no qual a dureza da superfície (caixa) de um objeto é aprimorada, enquanto o núcleo interno do objeto permanece elástico e resistente. Após esse processo, a dureza da superfície, a resistência ao desgaste e a vida útil à fadiga são aprimoradas. Isso é realizado por vários processos, como um processo de carburação ou nitretação, pelo qual um componente é exposto a uma atmosfera carbonácea ou nitrogenada em temperatura elevada. Como foi escrito, duas características principais do material são influenciadas:

• Dureza e resistência ao desgaste são significativamente melhoradas. Na ciência dos materiais, a dureza é a capacidade de resistir à indentação da superfície (deformação plástica localizada) e arranhões. A dureza é provavelmente a propriedade do material menos definida porque pode indicar resistência a arranhões, resistência à abrasão, resistência à indentação ou mesmo resistência à modelagem ou deformação plástica localizada. A dureza é importante do ponto de vista da engenharia porque a resistência ao desgaste por fricção ou erosão por vapor, óleo e água geralmente aumenta com a dureza.
• A tenacidade não é influenciada negativamente. Tenacidade é a capacidade de um material de absorver energia e deformar plasticamente sem fraturar. Uma definição de tenacidade (para alta taxa de deformação, tenacidade à fratura) é que é uma propriedade indicativa da resistência de um material à fratura quando uma trinca (ou outro defeito de concentração de tensão) está presente.

Para ferro ou aço com baixo teor de carbono, que tem baixa ou nenhuma temperabilidade própria, o processo de endurecimento envolve a infusão de carbono ou nitrogênio adicional na camada superficial. O endurecimento da caixa é útil em peças como um came ou engrenagem de anel que deve ter uma superfície muito dura para resistir ao desgaste, juntamente com um interior resistente para resistir ao impacto que ocorre durante a operação. Além disso, o endurecimento superficial do aço tem uma vantagem sobre o endurecimento direto (isto é, o endurecimento uniforme do metal em toda a peça), porque os aços de baixo carbono e médio carbono, menos caros, podem ser endurecidos superficialmente sem os problemas de distorção e rachaduras associados ao endurecimento. através do endurecimento de seções espessas. Uma camada de superfície externa rica em carbono ou nitrogênio (ou caso) é introduzido por difusão atômica da fase gasosa. A caixa tem normalmente cerca de 1 mm de profundidade e é mais dura do que o núcleo interno do material.

Cementação – Vantagens e Aplicação

A cementação é um processo de cementação no qual a concentração de carbono na superfície de uma liga ferrosa (geralmente um aço com baixo teor de carbono) é aumentada pela difusão do ambiente circundante. A cementação produz uma superfície de produto dura e altamente resistente ao desgaste (profundidades médias) com excelente capacidade de carga de contato, boa resistência à fadiga por flexão e boa resistência à apreensão. A cementação é geralmente usada para aços de baixo carbono, que são aquecidos a uma temperatura suficiente para tornar o aço austenítico, seguido de têmpera e revenimento para formar uma microestrutura martensítica. Para que uma caixa martensítica de alto teor de carbono com boa resistência ao desgaste e à fadiga seja sobreposta a um núcleo de aço resistente de baixo carbono. Em sua aplicação mais antiga, as peças eram simplesmente colocadas em um recipiente adequado e cobertas com uma espessa camada de pó de carbono (pack cementação). Hoje, a peça de aço está exposta, a uma temperatura elevada (geralmente acima de 850°C), a uma atmosfera rica em um gás hidrocarboneto, como o metano (CH₄). Na cementação a gás, comercialmente a variante mais importante da cementação, a fonte de carbono é uma atmosfera de forno rica em carbono produzida a partir de hidrocarbonetos gasosos, por exemplo, metano (CH₄), propano (C₃H₃) e butano (C₄H₁₀), ou de hidrocarbonetos líquidos vaporizados. O calor aumenta a difusão do carbono nas regiões de superfície e subsuperfície do aço. A profundidade de difusão (profundidade de caso) segue uma dependência de tempo-temperatura tal que:

Profundidade do caso ∝ D . √ Tempo

 onde o fator de difusividade, D , depende da temperatura, da composição química do aço e do gradiente de concentração de carbono na superfície. Em termos de temperatura, o fator de difusividade aumenta exponencialmente em função da temperatura absoluta. Esta taxa de difusão aumenta muito com o aumento da temperatura; a taxa de adição de carbono a 925°C é cerca de 40% maior do que a 870°C. A profundidade de qualquer invólucro cementado é uma função do tempo e da temperatura.

Outros métodos de endurecimento

O endurecimento por tratamento de superfície pode ser classificado ainda como tratamentos de difusão ou tratamentos de aquecimento localizado. Os métodos de difusão introduzem elementos de liga que entram na superfície por difusão, seja como agentes de solução sólida ou como agentes de endurecimento que auxiliam na formação de martensita durante a têmpera subsequente. Neste processo, a concentração do elemento de liga é aumentada na superfície de um componente de aço. Os métodos de difusão incluem:

• Carburação. A cementação é um processo de cementação no qual a concentração de carbono na superfície de uma liga ferrosa (geralmente um aço com baixo teor de carbono) é aumentada pela difusão do ambiente circundante. A cementação produz uma superfície de produto dura e altamente resistente ao desgaste (profundidades médias) com excelente capacidade de carga de contato, boa resistência à fadiga por flexão e boa resistência à apreensão.
• Nitretação. A nitretação é um processo de cementação no qual a concentração de nitrogênio na superfície de um ferroso é aumentada por difusão do ambiente circundante para criar uma superfície endurecida. A nitretação produz uma superfície dura e altamente resistente ao desgaste (profundidades de caixa rasas) do produto com capacidade razoável para carga de contato, boa resistência à fadiga por flexão e excelente resistência à apreensão.
• Entediante. A boretação, também chamada de borotização, é um processo de difusão termoquímica semelhante à nitrocarbonetação, no qual os átomos de boro se difundem no substrato para produzir camadas superficiais duras e resistentes ao desgaste. O processo requer alta temperatura de tratamento (1073-1323 K) e longa duração (1-12 h), podendo ser aplicado a uma ampla gama de materiais como aços, ferro fundido, cermets e ligas não ferrosas.
• Endurecimento de titânio-carbono e nitreto de titânio. Nitreto de titânio (um material cerâmico extremamente duro), ou revestimentos de carboneto de titânio podem ser usados ​​nas ferramentas feitas deste tipo de aço através do processo de deposição física de vapor para melhorar o desempenho e a vida útil da ferramenta. O TiN tem uma dureza Vickers de 1800–2100 e tem uma cor dourada metálica.

Métodos de aquecimento localizado para cementação incluem:

• Endurecimento por chama. O endurecimento por chama é uma técnica de endurecimento de superfície que usa uma única tocha com uma cabeça especialmente projetada para fornecer um meio muito rápido de aquecer o metal, que é então resfriado rapidamente, geralmente usando água. Isso cria uma “caixa” de martensita na superfície, enquanto o núcleo interno do objeto permanece elástico e resistente. É uma técnica semelhante ao endurecimento por indução. Um teor de carbono de 0,3–0,6% em peso C é necessário para este tipo de endurecimento.
• Endurecimento por indução. O endurecimento por indução é uma técnica de endurecimento de superfície que usa bobinas de indução para fornecer um meio muito rápido de aquecer o metal, que é então resfriado rapidamente, geralmente usando água. Isso cria uma “caixa” de martensita na superfície. Um teor de carbono de 0,3–0,6% em peso C é necessário para este tipo de endurecimento.
• Endurecimento a laser. O endurecimento a laser é uma técnica de endurecimento de superfície que usa um feixe de laser para fornecer um meio muito rápido de aquecimento do metal, que é então resfriado rapidamente (geralmente por auto-têmpera). Isso cria uma “caixa” de martensita na superfície, enquanto o núcleo interno do objeto permanece elástico e resistente.

Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introdução à Termodinâmica dos Materiais (4ª ed.). Editora Taylor e Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Uma Introdução à Ciência dos Materiais. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiais: engenharia, ciência, processamento e design (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Case Hardening

Endurecimento de Superfície – Endurecimento de Caso

O endurecimento da caixa ou endurecimento da superfície é o processo no qual a dureza da superfície (caixa) de um objeto é aprimorada, enquanto o núcleo interno do objeto permanece elástico e resistente. Após esse processo, a dureza da superfície, a resistência ao desgaste e a vida útil à fadiga são aprimoradas. Isso é realizado por vários processos, como um processo de carburação ou nitretação, pelo qual um componente é exposto a uma atmosfera carbonácea ou nitrogenada em temperatura elevada. Como foi escrito, duas características principais do material são influenciadas:

• Dureza e resistência ao desgaste são significativamente melhoradas. Na ciência dos materiais, a dureza é a capacidade de resistir à indentação da superfície (deformação plástica localizada) e arranhões. A dureza é provavelmente a propriedade do material menos definida porque pode indicar resistência a arranhões, resistência à abrasão, resistência à indentação ou mesmo resistência à modelagem ou deformação plástica localizada. A dureza é importante do ponto de vista da engenharia porque a resistência ao desgaste por fricção ou erosão por vapor, óleo e água geralmente aumenta com a dureza.
• A tenacidade não é influenciada negativamente. Tenacidade é a capacidade de um material de absorver energia e deformar plasticamente sem fraturar. Uma definição de tenacidade (para alta taxa de deformação, tenacidade à fratura) é que é uma propriedade indicativa da resistência de um material à fratura quando uma trinca (ou outro defeito de concentração de tensão) está presente.

Para ferro ou aço com baixo teor de carbono, que tem baixa ou nenhuma temperabilidade própria, o processo de endurecimento envolve a infusão de carbono ou nitrogênio adicional na camada superficial. O endurecimento da caixa é útil em peças como um came ou engrenagem de anel que deve ter uma superfície muito dura para resistir ao desgaste, juntamente com um interior resistente para resistir ao impacto que ocorre durante a operação. Além disso, o endurecimento superficial do aço tem uma vantagem sobre o endurecimento direto (isto é, o endurecimento uniforme do metal em toda a peça), porque os aços de baixo carbono e médio carbono, menos caros, podem ser endurecidos superficialmente sem os problemas de distorção e rachaduras associados ao endurecimento. através do endurecimento de seções espessas. Uma camada de superfície externa rica em carbono ou nitrogênio (ou caso) é introduzido por difusão atômica da fase gasosa. A caixa tem normalmente cerca de 1 mm de profundidade e é mais dura do que o núcleo interno do material.

O endurecimento por tratamento de superfície pode ser classificado ainda como tratamentos de difusão ou tratamentos de aquecimento localizado. Os métodos de difusão introduzem elementos de liga que entram na superfície por difusão, seja como agentes de solução sólida ou como agentes de endurecimento que auxiliam na formação de martensita durante a têmpera subsequente. Neste processo, a concentração do elemento de liga é aumentada na superfície de um componente de aço.

Métodos de endurecimento localizado

• Endurecimento por chama. O endurecimento por chama é uma técnica de endurecimento de superfície que usa uma única tocha com uma cabeça especialmente projetada para fornecer um meio muito rápido de aquecer o metal, que é então resfriado rapidamente, geralmente usando água. Isso cria uma “caixa” de martensita na superfície, enquanto o núcleo interno do objeto permanece elástico e resistente. É uma técnica semelhante ao endurecimento por indução. Um teor de carbono de 0,3–0,6% em peso C é necessário para este tipo de endurecimento.
• Endurecimento por indução. O endurecimento por indução é uma técnica de endurecimento de superfície que usa bobinas de indução para fornecer um meio muito rápido de aquecer o metal, que é então resfriado rapidamente, geralmente usando água. Isso cria uma “caixa” de martensita na superfície. Um teor de carbono de 0,3–0,6% em peso C é necessário para este tipo de endurecimento.
• Endurecimento a laser. O endurecimento a laser é uma técnica de endurecimento de superfície que usa um feixe de laser para fornecer um meio muito rápido de aquecimento do metal, que é então resfriado rapidamente (geralmente por auto-têmpera). Isso cria uma “caixa” de martensita na superfície, enquanto o núcleo interno do objeto permanece elástico e resistente.

Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introdução à Termodinâmica dos Materiais (4ª ed.). Editora Taylor e Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Uma Introdução à Ciência dos Materiais. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiais: engenharia, ciência, processamento e design (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Case Hardening

Endurecimento de Superfície – Endurecimento de Caso

O endurecimento da caixa ou endurecimento da superfície é o processo no qual a dureza da superfície (caixa) de um objeto é aprimorada, enquanto o núcleo interno do objeto permanece elástico e resistente. Após esse processo, a dureza da superfície, a resistência ao desgaste e a vida útil à fadiga são aprimoradas. Isso é realizado por vários processos, como um processo de carburação ou nitretação, pelo qual um componente é exposto a uma atmosfera carbonácea ou nitrogenada em temperatura elevada. Como foi escrito, duas características principais do material são influenciadas:

• Dureza e resistência ao desgaste são significativamente melhoradas. Na ciência dos materiais, a dureza é a capacidade de resistir à indentação da superfície (deformação plástica localizada) e arranhões. A dureza é provavelmente a propriedade do material menos definida porque pode indicar resistência a arranhões, resistência à abrasão, resistência à indentação ou mesmo resistência à modelagem ou deformação plástica localizada. A dureza é importante do ponto de vista da engenharia porque a resistência ao desgaste por fricção ou erosão por vapor, óleo e água geralmente aumenta com a dureza.
• A tenacidade não é influenciada negativamente. Tenacidade é a capacidade de um material de absorver energia e deformar plasticamente sem fraturar. Uma definição de tenacidade (para alta taxa de deformação, tenacidade à fratura) é que é uma propriedade indicativa da resistência de um material à fratura quando uma trinca (ou outro defeito de concentração de tensão) está presente.

Para ferro ou aço com baixo teor de carbono, que tem baixa ou nenhuma temperabilidade própria, o processo de endurecimento envolve a infusão de carbono ou nitrogênio adicional na camada superficial. O endurecimento da caixa é útil em peças como um came ou engrenagem de anel que deve ter uma superfície muito dura para resistir ao desgaste, juntamente com um interior resistente para resistir ao impacto que ocorre durante a operação. Além disso, o endurecimento superficial do aço tem uma vantagem sobre o endurecimento direto (isto é, o endurecimento uniforme do metal em toda a peça), porque os aços de baixo carbono e médio carbono, menos caros, podem ser endurecidos superficialmente sem os problemas de distorção e rachaduras associados ao endurecimento. através do endurecimento de seções espessas. Uma camada de superfície externa rica em carbono ou nitrogênio (ou caso) é introduzido por difusão atômica da fase gasosa. A caixa tem normalmente cerca de 1 mm de profundidade e é mais dura do que o núcleo interno do material.

Cementação – Vantagens e Aplicação

A cementação é um processo de cementação no qual a concentração de carbono na superfície de uma liga ferrosa (geralmente um aço com baixo teor de carbono) é aumentada pela difusão do ambiente circundante. A cementação produz uma superfície de produto dura e altamente resistente ao desgaste (profundidades médias) com excelente capacidade de carga de contato, boa resistência à fadiga por flexão e boa resistência à apreensão. A cementação é geralmente usada para aços de baixo carbono, que são aquecidos a uma temperatura suficiente para tornar o aço austenítico, seguido de têmpera e revenimento para formar uma microestrutura martensítica. Para que uma caixa martensítica de alto teor de carbono com boa resistência ao desgaste e à fadiga seja sobreposta a um núcleo de aço resistente de baixo carbono. Em sua aplicação mais antiga, as peças eram simplesmente colocadas em um recipiente adequado e cobertas com uma espessa camada de pó de carbono (pack cementação). Hoje, a peça de aço está exposta, a uma temperatura elevada (geralmente acima de 850°C), a uma atmosfera rica em um gás hidrocarboneto, como o metano (CH₄). Na cementação a gás, comercialmente a variante mais importante da cementação, a fonte de carbono é uma atmosfera de forno rica em carbono produzida a partir de hidrocarbonetos gasosos, por exemplo, metano (CH₄), propano (C₃H₃) e butano (C₄H₁₀), ou de hidrocarbonetos líquidos vaporizados. O calor aumenta a difusão do carbono nas regiões de superfície e subsuperfície do aço. A profundidade de difusão (profundidade de caso) segue uma dependência de tempo-temperatura tal que:

Profundidade do caso ∝ D . √ Tempo

 onde o fator de difusividade, D, depende da temperatura, da composição química do aço e do gradiente de concentração de carbono na superfície. Em termos de temperatura, o fator de difusividade aumenta exponencialmente em função da temperatura absoluta. Esta taxa de difusão aumenta muito com o aumento da temperatura; a taxa de adição de carbono a 925°C é cerca de 40% maior do que a 870°C. A profundidade de qualquer invólucro cementado é uma função do tempo e da temperatura.

Nitretação

A nitretação é um processo de cementação no qual a concentração de nitrogênio na superfície de um ferroso é aumentada por difusão do ambiente circundante para criar uma superfície endurecida. A nitretação produz uma superfície dura e altamente resistente ao desgaste (profundidades de caixa rasas) do produto com capacidade razoável para carga de contato, boa resistência à fadiga por flexão e excelente resistência à apreensão. Em contraste com a cementação, na nitretação, o nitrogênio é adicionado à ferrita em vez da austenita. Portanto, a nitretação não envolve aquecimento no campo da fase austenita e uma subseqüente têmpera para formar martensita. A temperatura é significativamente mais baixa e a faixa de 500 a 550 °C é normalmente usada. Esses processos são mais comumente usados ​​em aços de baixa liga e baixo teor de carbono. Eles também são usados ​​em aços de médio e alto carbono, titânio, alumínio e molibdênio. O endurecimento mais significativo é obtido com uma classe de aços-liga (tipo nitralloy) que contém aproximadamente 1% de Al. As aplicações típicas incluem a produção de componentes de máquinas, eixos, eixos, engrenagens, virabrequins, eixos de comando de válvulas, seguidores de came, peças de válvulas, parafusos de extrusão, ferramentas de fundição sob pressão ou matrizes de forjamento.

Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
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González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Uma Introdução à Ciência dos Materiais. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-07097-1.
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JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Case Hardening