Microconstituintes: cementita, austenita, perlita, bainita, martensita

Resumo

Este documento descreve os microconstituintes do aço: cementita, austenita, perlita, bainita e martensita. Explica a composição e as propriedades de cada um, a relação entre a perlita e o teor de carbono do aço, e as transformações por cisalhamento, como a maclação e a transformação martensítica. O estudante aprende a distinguir estas fases.

Pontos-chave

A cementita é o carboneto de ferro Fe3C, com 6,67% de carbono. É muito dura e quebradiça.
A austenita é uma solução sólida de carbono no ferro gama, com solubilidade máxima de carbono de 2,1%.
A perlita tem resistência à tração média de 740 MPa. A sua concentração num aço cresce até 100% no aço eutetóide (0,77% de C).
Um aço com 0,5% de carbono apresenta cerca de 65% de perlita. Esse percentual calcula-se pela regra da alavanca.
A bainita superior tem dureza entre 40 e 45 HRc; a bainita inferior, entre 50 e 60 HRc.
A martensita forma-se com resfriamento muito rápido: a estrutura CFC se transforma em CCC, retendo todos os átomos de C.

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Microconstituintes - Cementita

A cementita (do latim “caementum”) é o carboneto de ferro Fe3C, contendo 6,67% de carbono. Ela é muito dura (na escala Mohs ocuparia aproximadamente o lugar do feldspato) e quebradiça.

Ela é responsável pela elevada dureza e resistência dos aços de alto carbono, assim como pela sua menor ductilidade e baixa resistência ao impacto.

A cementita apresenta equilíbrio metaestável, decompondo-se em grafita e ferrita.

A nucleação da cementita entretanto é mais fácil e se forma mais rapidamente que a grafita e sua decomposição nas temperaturas usuais é desprezível.

Austenita

A austenita (do nome do metalurgista inglês William Chandler Roberts-Austen) é uma solução sólida de carbono no ferro gama com solubilidade máxima de carbono de 2,1%.

Perlita

A perlita tem seu nome em função das cores de madrepérola que esse constituinte frequentemente apresenta ao microscópio.

Suas propriedades são portanto intermediárias entre a ferrita e a cementita, dependendo do tamanho das partículas de cementita. Sua resistência à tração é, em média, 740 MPa.

A concentração de perlita num aço cresce de 0% para o ferro até 100% para um aço eutetóide (0,77% de C), a partir daí decresce novamente. Um aço com 0,5% de carbono, por exemplo, apresenta cerca de 65% de perlita.

O cálculo do percentual de perlita nos aços é feito através da regra da balança ou regra da alavanca.

Bainita

a) Bainita superior – obtida logo abaixo do cotovelo da curva apresenta aspecto de um agregado de ferrita em forma de penas e carboneto de ferro bastante fino. Tem dureza entre 40 e 45 HRc

b) Bainita inferior (ou acicular) – tem estrutura em forma de agulhas com coloração escura. Sua temperatura de transformação é em torno de 300°C. Sua dureza situa-se na faixa de 50 a 60 HRc

Martensita

A martensita é uma fase altamente distorcida que aparece quando o aço é resfriado muito rapidamente fazendo com que a estrutura CFC se transforme em CCC retendo todos os átomos de C. Ficando assim com uma estrutura tetragonal de corpo centrado.

Transformações por cisalhamento

As transformações por cisalhamento são classificadas em:

a. Transformações por maclação

b. Transformações martensíticas

Maclação

Na maclação, ao contrário do escorregamento, os átomos se movem somente uma fração de um espaçamento interatômico relativamente aos outros. Desta forma, a deformação total por cisalhamento na maclação é pequena.

Maclação x Martensítica

A grande diferença entre a maclação e a transformação martensítica é que na segunda, além da nova orientação surge também uma nova estrutura.

Transformações Martensíticas

Em alguns casos essa transformação provoca um aumento na resistência mecânica (como nos aços), já em outros essa transformação pode ocorrer sem provocar aumentos na resistência (como nas ligas Fe-Ni).

Quando a austenita se transforma abaixo de 220°C, a difusão e a formação de mistura ferrita-cementita ocorrem tão lentamente que um novo tipo de transformação de fase é favorecido: A austenita transforma-se quase instantaneamente numa nova fase, altamente distorcida, chamada martensita.

A transformação em martensita não ocorre por difusão, mas por um cisalhamento e uma expansão da rede da austenita. Os grãos de martensita nucleiam e crescem a uma taxa muito alta, próxima à velocidade do som, no interior da matriz da austenita.

Perguntas frequentes

O que é a cementita?

É o carboneto de ferro Fe3C, com 6,67% de carbono. É muito dura e quebradiça, e é responsável pela dureza dos aços de alto carbono.

De onde vem o nome da perlita?

O nome vem das cores de madrepérola que este constituinte costuma apresentar ao microscópio.

Qual é a diferença entre maclação e transformação martensítica?

Na maclação, os átomos se movem apenas uma fração de um espaçamento e a deformação é pequena. Na transformação martensítica, além da nova orientação, surge também uma nova estrutura.