Questão sobre tratamentos térmicos, porém que aborda mais especificamente sobre os ENSAIOS DE TEMPERABILIDADE (endurecibilidade, capacidade de um aço endurecer, profundidade de endurecimento após o aço passar por Tratamento Térmico).
As transformações de fases de um aço, em função do tempo e temperatura, são plotadas em diagramas denominados curvas isotérmicas ou gráficos TTT (Transformação-Tempo-Temperatura) a partir de dados obtidos experimentalmente.
A seguir são ilustradas duas CURVAS ISOTÉRMICAS: a primeira de um aço hipoeutetóide; e a segunda de um aço hipereutetoide.
Figura: Esquerda - aço hipoeutetóide; Direita - aço hipereutetoide.
Observando os diagramas, uma das primeiras conclusões que se pode tirar do estudo das curvas isotérmicas é a obtenção da estrutura martensítica (a sua formação brusca começa na linha e termina na linha ). A MARTENSITA é chamada acicular, é extremamente dura e necessária em muitos empregos dos aços em construção mecânica. Para formá-la exige-se um resfriamento muito rápido (velocidade crítica de resfriamento), de modo que a curva de esfriamento não toque a curva do início de transformação. Uma das teorias que explica essa elevada dureza é ligada à velocidade de resfriamento. Tal teoria diz que a transformação da austenita ( reticulado cúbico de face centrada) em ferrita ( , cúbico de corpo centrado) não é evitada, independente da velocidade do resfriamento, mas se a velocidade for muito rápida não dá tempo para que o carbono da austenita seja expulso. Dessa maneira, forma-se uma solução sólida supersaturada de carbono no ferro , cujo reticulado fica distorcido, aumentando muito a dureza da estrutura resultante. Atualmente, admite-se que a estrutura martensítica seja Tetragonal Compacta. Tal estrutura está sujeita a elevadas microtensões e apresenta-se supersaturada de carbono, é considerada a mais dura e frágil dos aços.
Em muitas aplicações mecânica, não basta que se tenha a formação da martensita apenas superficialmente. É necessário que o endurecimento seja profundo ou total. Vale ressaltar que ENDURECIBILIDADE ou TEMPERABILIDADE não se confunde com a máxima dureza que o aço pode adquirir pelo esfriamento rápido, esta é função quase que exclusiva do carbono presente no aço, enquanto endurecibilidade ou temperabilidade depende mais da presença de elementos de liga e do tamanho do grão da austenita.
O conhecimento e a determinação da temperabilidade dos aços são, portanto, muito importante, pois o que se procura, de modo geral, é que o material endureça à máxima profundidade possível, ou seja, em todo o seu volume. Para isso, há dois métodos de verificação da temperabilidade de um aço: GROSSMANN e JOMINY.
A seguir serão apresentados os conceitos bem como as principais diferenças entre esses dois métodos. Após isso iremos responder a questão.
MÉTODO DE GROSSMANN: A temperabilidade de um aço não pode ser analisada sem ter em conta a severidade do meio de arrefecimento usado. Variando a severidade do meio de têmpera, varia também o diâmetro crítico para um mesmo aço. Para introduzir este parâmetro, Grossmann utilizou barras cilíndricas de diâmetros crescentes, as quais foram austenitizadas e resfriadas rapidamente para viabilizar a transformação da austenita em martensita, medidas de dureza foram feitas em secções transversais das barras do centro até a superfície. Grosmann conseguiu prever o diâmetro crítico tal como o diâmetro da barra no qual se verifica a mais brusca queda de dureza.
Figura: Esquerda - aço hipoeutetóide; Direita - aço hipereutetoide.
Grossmann, então, recorreu a uma nova quantidade: D_u/D, fração não endurecida relativamente ao diâmetro total, em que D_u é o diâmetro da região central não endurecida e D é o diâmetro total do corpo de prova. A representação gráfica desta quantidade em função do diâmetro total para uma série de corpos de prova (de diferentes diâmetros) de um mesmo aço, arrefecidos num mesmo meio de têmpera, dá uma curva representativa simultaneamente da temperabilidade do aço em questão e da capacidade do meio de arrefecimento utilizado. A partir de considerações de natureza teórica, Grossmann construiu um gráfico de curvas-padrão deste tipo num referencial D_u/D versus D ou H.D , em que H é a chamada severidade do meio de têmpera; este parâmetro é quantificado tomando como referência a severidade de têmpera da água sem agitação à temperatura ambiente (H = 1). A utilização destes gráficos permite obter resposta para uma grande diversidade de problemas:
Conhecendo vários valores de D_u/D em função de D é possível determinar a severidade do meio de têmpera utilizado; para uma definição mais correta possível da curva correspondente não deverão utilizar somente dois pares de valores, mas sim preferencialmente pelo menos seis;
Conhecendo vários valores de D_u/D e a severidade do meio de têmpera é possível determinar o diâmetro crítico do aço para o meio de têmpera em questão;
Conhecendo a severidade do meio de têmpera e o diâmetro crítico do aço para esse meio, é possível prever a profundidade de penetração de têmpera para qualquer diâmetro do mesmo aço arrefecido nesse mesmo meio.
Percebe-se, assim, que o diâmetro crítico depende não só da temperabilidade do aço, mas também da severidade do meio de têmpera; por isso, os diâmetros críticos só permitem aferir a temperabilidade de diferentes aços quando referidos a um mesmo meio de têmpera.
Em vez de procurar normalizar as condições em que cada uma das têmperas deverá decorrer, procurou-se definir um meio de têmpera ideal: o meio de arrefecimento tal que ao mergulhar nele a peça a temperatura da superfície desta atinge instantaneamente a temperatura do meio de arrefecimento. Embora este meio ideal não seja atingível na prática, consegue-se uma boa aproximação a esta condição ao recorrer a uma salmoura fortemente agitada.
O diâmetro crítico obtido para este meio ideal é o maior diâmetro crítico obtenível para uma dada temperabilidade, proporcionando assim uma boa base de comparação entre diferentes temperabilidades. Este "diâmetro crítico ideal" é um verdadeiro parâmetro aferidor da temperabilidade do aço.
Além disso, Grosmann construiu gráficos que permitem calcular o diâmetro crítico ideal conhecendo o diâmetro crítico para uma dada severidade (conhecida). Conhecendo D_u/D versus D ou H.D permite alargar a capacidade de previsão da penetração de têmpera a uma nova classe de situações: é possível calcular a penetração de têmpera (do mesmo aço) para um outro meio de têmpera (de severidade conhecida).
MÉTODO DE JOMINY: Um ensaio frequentemente usado para caracterizar a temperabilidade é o de Jominy. Neste ensaio, um corpo de prova cilíndrico de 25 mm de diâmetro e 10 cm de altura, após austenitização à temperatura recomendada para o aço a ensaiar, é arrefecido fazendo incidir na sua face inferior um jato de água que deverá sair através de um tubo de 10 mm de diâmetro, estando a pressão da água regulada de tal modo que a altura livre do jato de água seja de 65 mm. Uma vez completamente arrefecido até a temperatura ambiente é maquinada uma pista ao longo de uma geratriz do corpo cilíndrico de modo a remover a camada superficial alterada durante o aquecimento e manutenção à temperatura de austenitização. São então efetuadas medições de dureza sobre esta pista e traçado o gráfico representativo da variação da dureza com a distância à extremidade arrefecida pelo jato de água. As curvas assim obtidas têm um andamento que se traduz por um nível elevado de dureza na vizinhança da face inferior arrefecida pelo jacto de água, baixando gradualmente a dureza à medida que aumenta a distância a esta face; a partir de uma certa distância o valor da dureza tende a estabilizar. Quanto mais temperável for o aço tanto mais atenuada é a queda de dureza na vizinhança da face arrefecida.
O ensaio de Jominy apresenta como principal desvantagem o fato de não ser aplicável a aços de muito reduzida temperabilidade (curvas de Jominy com uma queda muito rápida da dureza), nem a aços de muito alta temperabilidade (curvas de Jominy com muito reduzida variação de dureza ao longo da geratriz).
A grande vantagem deste ensaio reside na simplicidade da sua execução aliada à possibilidade de com um só ensaio se caracterizar a resposta de um aço a uma gama muito extensa de velocidades de arrefecimento. Além disso, o ensaio de Jominy permite obter uma reprodutibilidade de resultados muito boa, mesmo para variações significativas das condições da sua execução.
A figura a seguir mostra um exemplo da curva obtida por meio deste ensaio.
Finalmente, após essa breve revisão conceitual vamos verificar os itens da questão. Lembrando o enunciado da questão:
“Este ensaio de temperabilidade consiste em resfriar, a partir de um estado austenítico, uma série de barras de aço de diâmetros crescentes, em condições controladas de resfriamento. As barras são serradas e mede-se a dureza no centro das mesmas. Coloca-se, então, em um gráfico, a dureza do centro dessas barras versus o seu diâmetro.”
Jominy. ERRADO.
No método Jominy, as barras são cortadas longitudinalmente e, após a pista sobre a superfície ser retificada, são plotados pontos de medições de dureza (geralmente com intervalo de 〖1/16〗^'') a partir da seção transversal que recebeu o jato de água). Assim, nesse ensaio não são plotadas informações da dureza do centro do corpo de prova em função o seu diâmetro.
Grosmann. CORRETO
Exatamente, Grosmann, para determinar a temperabilidade de um aço, plotou no eixo das abscissas os diâmetros dos corpos de prova ensaiados e no eixo das ordenadas a dureza dos centros desses corpos de prova. Com isso, pôde determinar crítico que é o diâmetro da barra no qual se verifica a mais brusca queda de dureza do corpo de prova.
Bailey-Thompson. ERRADO.
Os dois ensaios de temperabilidade conhecidos são o de Jominy e Grosmann.
de resfriamento crítico. ERRADO.
Os dois ensaios de temperabilidade conhecidos são o de Jominy e Grosmann. O que pode gerar confusão quando se fala em resfriamento crítico está relacionada à velocidade crítica de resfriamento (velocidade na qual a austenita passa à martensita), ainda assim, não é resfriamento crítico e sim velocidade crítica de resfriamento. Além do mais, nem resfriamento crítico nem velocidade crítica de resfriamento são métodos de ensaio de temperabilidade.
Portanto, a alternativa (B) traz a resposta correta.
Resposta: B