A temperatura crítica do aço define a transição de uma fase para outra do metal. Nesse sentido, à medida que o aço é aquecido acima da temperatura crítica, 727 ºC, ele sofre uma mudança de fase. Abaixo você entende a importância desse processo para a indústria.
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O que é temperatura crítica?
Quando o aço é aquecido ou resfriado a uma certa temperatura, ocorre uma transição de fase. A temperatura na qual a transição de fase começa ou termina é chamada de temperatura crítica, ponto crítico ou zona crítica.
Desse modo, a temperatura crítica é caracterizada como a temperatura capaz de separar um elemento em duas fases diferentes, sendo uma temperatura de transformação.
Temperatura crítica do aço
Para o aço, geralmente, essa temperatura fica em torno de 727º C. Entretanto, o aço possui dois tipos de temperatura crítica:
🔥temperatura crítica mais baixa: a temperatura na qual a austenita começa a se transformar em ferrita;
🔥temperatura crítica mais alta: a temperatura na qual a austenita é completamente transformada em ferrita.
Qual a importância da temperatura crítica do aço?
Essa temperatura de transformação do aço é muito importante para nortear diferentes tipos de tratamentos térmicos e seus processos de aquecimento e resfriamento do metal. Nesse sentido, a estrutura do aço é diferente em temperaturas baixas ou altas e isso interfere diretamente em seu amolecimento ou endurecimento.
Um exemplo é a têmpera do aço, onde o metal passa pelo aquecimento acima da sua temperatura crítica para obter a reestruturação dos cristais do aço (o que se chama de austenitização) e depois passa pelo rápido resfriamento para ocorrer a transformação martensítica, que visa o endurecimento do metal.
Abaixo você entende melhor como funciona a estrutura do aço.
Estrutura Cristalina
A estrutura cristalina dos metais é um aglomerado de átomos arranjados de modo ordenado.
Os aços são ligas ferro-carbono e, em temperaturas elevadas, o aço apresenta uma estrutura denominada cúbica de face centrada (CFC). Já em temperaturas mais baixas, os átomos do ferro se organizam numa estrutura cúbica de corpo centrado (CCC).
A estrutura CFC (austenita ou fase y) é estável desde temperaturas muito altas, após a solidificação do aço, passando pelas temperaturas de laminação ou forjamento (1000 a 1200 °C), até a temperatura de 912 °C, quando ocorre a transformação do ferro CFC para a estrutura CCC — denominada ferrita ou fase a — estável até a temperatura ambiente.
Entretanto, nos aços de baixa liga, a austenita não é uma fase estável em temperatura ambiente, enquanto a ferrita é estável e apresenta propriedades mecânicas de dureza e resistência muito baixas. Em compensação, é uma fase que apresenta alta ductilidade e alta conformabilidade.
Praticamente todos os tratamentos térmicos realizados em aços se baseiam na transformação FeyCFC←→FeaCCC. E essa transformação é fundamental, pois, se não existisse, não seria possível endurecer aços e obter materiais tão resistentes ao desgaste e à fadiga.
Como a temperatura crítica é caracterizada pela transformação entre essas fases, ela se faz tão importante no mundo da metalurgia.
Quando o teor de carbono é mais alto, o carbono se combina com o ferro formando uma fase cerâmica — carboneto de ferro Fe3C — denominada cementita. Essa é uma fase muito dura e frágil, com propriedades mecânicas parecidas com as do vidro.
Estrutura dos aços resfriados lentamente
Desse modo, quando o teor de carbono é menor que 0,02 %C, o aço contém somente ferrita, sendo muito dúctil. Por outro lado, os aços com 0,8% C apresentam na microestrutura 100% de perlita (um material compósito natural, constituído de lamelas alternadas de ferrita e cementita).
Se aumentarmos o teor de carbono dos aços entre 0,1 e 0,8%, teremos um aumento da quantidade de perlita e uma diminuição da quantidade de ferrita. Assim, um aço com 0,4% C tem aproximadamente 50% de ferrita e 50% de perlita.
Se resfriarmos o material lentamente, a austenita começa a se transformar em ferrita, dentro da zona crítica, e finalmente a 727 °C toda austenita se transforma em perlita.
Quando um aço contendo 0,4% C é aquecido acima de 727 °C, dentro da temperatura crítica, a perlita existente na microestrutura se transforma em austenita e a ferrita continua estável. Se, entretanto, aquecermos acima de aproximadamente 830 °C, todo o material se transforma em austenita.
No lento resfriamento, as propriedades dos aços carbonos variam de acordo com o teor desse elemento em sua composição. Assim, quanto maior é o teor de carbono, maiores são o limite de escoamento, o limite de resistência e a dureza, e menor é a ductilidade.
Essa variedade de propriedades permite diferentes tipos de aço, por isso, um material ótimo para uma certa aplicação pode ser totalmente inadequado para outra.
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