Austenita

O tratamento térmico do aço envolve frequentemente o aquecimento de uma parte componente na região da austenita (campo de fase austenítica) de modo a realizar um tratamento térmico como normalização, endurecimento, endurecimento de caixas, etc. Mas o que é a austenita, como ela se forma e qual a faixa de temperatura mais propícia ao processo que estamos executando? Vamos aprender mais.

O que é a austenita?

Em 1901 Floris Osmund, um dos primeiros pioneiros franceses em metalografia, propôs dar à estrutura de cristal de aço de alta temperatura o nome de Sir William Chandler Roberts-Austen, um metalúrgico conhecido por suas pesquisas sobre as propriedades físicas dos metais e suas ligas.

Austenita (aka ferro gama, g-Fe) é uma alotrona metálica, não magnética (um material que pode existir em mais de uma forma cristalina dependendo da temperatura) de ferro. A austenita é uma solução sólida que combina frequentemente ferro com vários elementos de liga (por exemplo, carbono). Pode-se dizer que a ciência do processamento do aço é baseada na compreensão do campo de fases da austenita no diagrama de fases ferro-carbono (Fig. 1).

Como observa Krause, “a transformação controlada da austenita em outras fases no resfriamento é responsável por uma grande variedade de microestruturas e propriedades atingíveis pelo tratamento térmico dos aços”.

Austenitic Grain Growth

Austenita formation in microstructures (Fig. 2) tem sido extensivamente estudada. Para os aços ao carbono simples, a austenita pode formar-se a partir de perolita ou mesmo de uma estrutura altamente esferoidizada num período de tempo muito curto – na gama de 4-25 segundos e estar completa após 60 segundos – mas nos aços ligados o tempo pode aumentar cem vezes ou mais (Fig. 3) já que os elementos de liga e os carbonetos requerem mais tempo para a difusão.

Prior Austenitic Grain Size and Mechanical Properties

Austenite grain size is important because it influences the transformation products formed on cooling and, as such, properties related to hardenability and microstructure. O tamanho do grão da austenita é comumente referido como o tamanho anterior do grão da austenita, uma vez que a austenita retida presente à temperatura ambiente não influencia a austenita principal. O tamanho anterior do grão da austenita pode influenciar significativamente as propriedades como a tenacidade, que é reduzida à medida que o tamanho do grão aumenta. Deve-se notar aqui que a revelação desta estrutura envolve técnicas de gravura bastante sofisticadas (c.f., “Grain Size and Its Influence on Material Properties”).

Aumentos pequenos (na ordem de 0,1%) de certos elementos de liga (Nb, V, Ti) produzem carbonetos, carbonitretos ou nitretos; influenciam o controle e o reforço do tamanho do grão; e formam a base para a microligação de aços. Partículas de microligas finamente dispersas retardam o crescimento de grãos austeníticos, especialmente a temperaturas mais elevadas (através do chamado pinning dos limites dos grãos).

Austenitizing Temperature – A Practical Approach

Em termos práticos, quer-se correr à temperatura de austenitização mais baixa durante o menor período de tempo, a fim de limitar o crescimento dos grãos, minimizar a influência de fluência e efeitos de superfície indesejados (por exemplo oxidação, IGO/IGA), reduzir a manutenção, prolongar a vida útil dos fornos de tratamento térmico, reduzir os custos de fixação da liga e minimizar a distorção, reduzindo o diferencial de temperatura entre a temperatura da peça e o meio de têmpera.

A escolha da temperatura de austenitização depende tanto do teor de carbono como da liga – um aço de menor teor de carbono requer uma temperatura mais alta do que um aço de alto teor de carbono. O conteúdo de liga também desempenha um papel, influenciando os limites do campo de austenita (c.f., “Influence of Alloying Elements on the Austenite Phase Field”).

Além disso, os carbonetos de liga freqüentemente requerem temperaturas mais altas para dissolver e dispersar, devido a menores taxas de difusão do que o carbono. Além disso, a variação da taxa de aquecimento para a temperatura de austenitização influencia a taxa de transformação e dissolução dos vários constituintes da liga presentes (Fig. 4). Na Fig. 4, por exemplo, a terceira curva da direita representa uma taxa de aquecimento de cerca de 3˚C (5˚F) por minuto.

O diagrama de equilíbrio ferro-carbono delineia o campo de fase austenítica para ferros e aços. À medida que o teor de carbono aumenta, a temperatura A3 (o limite inferior do campo de austenita) diminui até atingir a composição eutectóide – 725˚C (1340˚F) a 0,80% C. Para um aço carbono de 0,40%, o campo de fase de austenita começa em 915˚C (1500˚F). Em contraste, o campo de fase de austenita em ferro puro começa em 912˚C (1674˚F) e termina em 1394˚C (2541˚F).

Trabalho a quente

Finalmente, deve-se notar que a trabalhabilidade dos aços (por exemplo laminagem, forjamento) é melhorada no seu estado austenítico, respondendo ao trabalho a quente por deformação, recuperação, recristalização e crescimento de grãos. A granulometria austenítica diminui à medida que as temperaturas de trabalho a quente são reduzidas.

Conclusão

Austenita desempenha um papel único no tratamento térmico do aço, e o assunto requer um entendimento mais profundo do que o aqui apresentado. As referências listadas contêm uma riqueza de boas informações sobre a austenita, e o leitor é encorajado a estudar este tópico em maior profundidade.