Os tratamentos térmicos são fundamentais para modificar as propriedades mecânicas dos materiais e adequá-los às necessidades de diferentes aplicações de engenharia. Entre esses processos, a têmpera e o revenimento são amplamente utilizados em ligas ferrosas para controlar características como dureza, resistência mecânica, ductilidade e tenacidade.
Têmpera
Em ligas ferrosas, a têmpera pode ser definida como o resfriamento do material a partir da temperatura de austenitização em uma condição capaz de produzir uma estrutura denominada martensita.
A taxa de resfriamento necessária para produzir a martensita depende da composição química do material. Em geral, quanto maiores os teores de carbono e de elementos de liga, com exceção do cobalto, menor é a taxa de resfriamento necessária. Isso significa que o material apresenta maior temperabilidade.
A maior parte das ligas ferrosas utilizadas em aplicações de engenharia apresenta teores reduzidos de elementos de liga. Por isso, é necessária a utilização de meios de têmpera mais severos, como a água, capazes de proporcionar altas taxas de resfriamento.
Por essa razão, o termo têmpera também pode ser associado a operações que envolvem o resfriamento rápido de um material, seja ele ferroso ou não.
Formação da martensita
A martensita possui uma estrutura tetragonal de corpo centrado (TCC), com átomos de carbono localizados nos interstícios octaédricos.
Uma característica importante da transformação martensítica é sua velocidade extremamente elevada. Ela ocorre sem difusão dos átomos de carbono, fazendo com que a composição química da martensita seja idêntica à da austenita.
Consequentemente, à medida que o teor de carbono aumenta na austenita, também aumenta a tetragonalidade da martensita, ou seja, ocorre uma maior distorção da rede cristalina.
Revenimento
O revenimento consiste em aquecer o metal a uma temperatura abaixo da linha de início da transformação austenítica, aproximadamente 723 °C, mantendo o material nessa temperatura durante determinado período.
O principal objetivo desse tratamento é aumentar a ductilidade e a tenacidade do material, cuja estrutura pode ter sido afetada pelo resfriamento, pelas transformações de fase e/ou pela deformação plástica.
A formação da microestrutura martensítica provoca uma grande distorção na rede cristalina e a formação de um grande número de discordâncias. Como consequência, o material apresenta elevada fragilidade, o que limita suas aplicações práticas.
A martensita é uma fase metaestável à temperatura ambiente. Durante o revenimento, o aquecimento fornece energia suficiente para que ocorra a difusão dos átomos de carbono, levando à formação de carbonetos e reduzindo o nível de distorção da rede cristalina.
Além disso, o revenimento pode provocar o rearranjo e a redução do número de discordâncias presentes na microestrutura.
Como consequência dessas alterações, ocorre:
- aumento da ductilidade;
- aumento da tenacidade;
- redução da resistência mecânica;
- redução da dureza.
Fragilização durante o revenimento
Em determinados tipos de aço, existem duas faixas de temperatura de revenimento que, sempre que possível, devem ser evitadas ou atravessadas rapidamente, pois podem levar à formação de estruturas frágeis e, consequentemente, de baixa tenacidade.
Esse fenômeno é particularmente perigoso porque a fragilização não pode ser identificada apenas por inspeções convencionais. Sua detecção depende da realização de ensaios de impacto.
Têmpera e revenimento na engenharia
A combinação entre têmpera e revenimento permite ajustar as propriedades dos materiais de acordo com os requisitos de cada aplicação. Enquanto a têmpera promove a formação da martensita e proporciona elevada dureza e resistência, o revenimento reduz a fragilidade resultante desse processo, aumentando a ductilidade e a tenacidade.