METALURGIA

CAPÍTULO 1

METALOGRAFIA

1.1 - GENERALIDADES

O ferro existe na natureza geralmente sob a forma de óxidos, nos minérios de ferro, dos

quais é extraído quase sempre por meio de um forte aquecimento em presença de coque

ou carvão de madeira, em fornos adequados, nos quais o óxido é reduzido e o ferro

resultante, ligado ao carbono. Forma-se, assim, uma liga de ferro e carbono que, depois de

refinada, constitui a matéria-prima para o fabrico da grande maioria das peças metálicas

atualmente empregadas, mercê de suas interessantes propriedades mecânicas e seu custo

relativamente baixo.

1.2 - AÇOS E FERROS FUNDIDOS

Os produtos siderúrgicos comuns são ligas de ferro-carbono com teor de carbono

compreendido entre 0 e 6,7% (industrialmente entre 0 e 4,5%). Os mais importantes são

os aços e o ferros fundidos, havendo ainda outras classes de produtos, de emprego mais

reduzido.

Os aços e os ferros fundidos são obtidos por via líquida, isto é, são elaborados no estado

de fusão. São chamados AÇOS quando contêm de 0 a 2% de carbono, e FERROS

FUNDIDOS quando o teor desse elemento está entre 2 e 6,7% de carbono.

Habitualmente, esses dois materiais contêm ainda outros elementos como o manganês,

silício, fósforo e enxofre, em percentagens quase sempre pequenas e que são considerados

impurezas normais.

Os aços acima referidos são conhecidos no comércio por aços ao carbono, comuns,

ordinários ou sem liga, sendo às vezes, designados pelos fabricantes por letras e números,

de acordo com seu teor de carbono. Em literatura técnica usa-se também a expressão:

aços binários.

Aços especiais ou aços-liga e ferros fundidos especiais são aqueles que contêm outros

metais ou metalóides, que lhes foram adicionados intencionalmente, com o fim de

comunicar-lhes certas propriedades que os produtos comuns não possuem. Esses aços

podem ser designados pelo nome do elemento de liga que contêm: aço-manganês, aço

cromo-níquel-molibdênio, etc, ou então por números, seja indicando o teor de alguns

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desses elementos como a classificação americana SAE, seja indicando os elementos de

ligas principais: aço 18-8 (18% de Cr, 8% de Ni), aço 18-4-1 (18% de W, 4% de Cr e 1%

de V).

Outras vezes, ainda, por letras ou nomes próprios atribuídos pelo inventor ou fabricante

do produto. Em literatura técnica também se empregam as expressões: aços ternários,

quando contêm, além de ferro e do carbono, um elemento especial, como por exemplo, o

cromo; quaternários, quando contêm dois, cromo e níquel, por exemplo, e complexos,

quando encerram mais de dois.

Os ferros fundidos especiais são designados pelo nome do elemento de liga que contêm

(ferro fundido ao níquel, ferro fundido ao silício, etc).

1.3 - OBTENÇÃO DOS PRODUTOS SIDERÚRGICOS

1.3.1 - Gusa e ferro fundido

No alto-forno são postos, em proporção adequada, coque, minério e fundente. A queima

do coque, ativada pela insuflação de ar, fornece calor e óxido de carbono necessários à

redução do minério. Um excesso de carbono incumbe-se de carbonetar o ferro resultante

que, no estado de fusão, goteja no cadinho que constitui a parte inferior do alto-forno.

O fundente torna mais fusível os resíduos da reação e, com estes, forma a escória que,

sendo mais leve que o ferro, sobrenada no cadinho. O funcionamento do alto-forno é

contínuo durante meses ou mesmo anos, e o ferro e a escória são retirados, no estado

líquido, diversas vezes ou cada 24 horas. Essa operação consiste em descobrir um

orifício apropriado, a certa altura do cadinho, por onde sai a escória e em seguida abre-

se o orifício próximo ao fundo do cadinho por onde escorre o ferro. Este, enquanto

ainda líquido é:

a) escoado em canaletas com forma conveniente, escavadas na areia cobre o chão e aí se

solidifica, ou vertido em fôrmas dispostas sobre um tapete rolante, nas quais esfria

até tornar-se sólido. Obtêm-se assim, um produto de primeira fusão chamado FERRO

FUNDIDO BRUTO ou GUSA, com 3,5 a 4,5% de carbono, vendido em blocos como

matéria-prima para ulteriores transformações. Este material refundido no forno

cubilô, junto com sucatas de ferro fundido e de aço e adições, dá origem ao FERRO

FUNDIDO DE SEGUNDA FUSÃO com 2,5 a 3,5% de carbono. É com este produto

que se fazem, ou melhor, se fundem as peças geralmente chamadas de ferro fundido.

Raramente se utiliza o gusa, tal como sai do alto-forno, para fundir peças.

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b) transportado em grandes baldes apropriados ou em vagões-tanques especiais, para os

fornos de refino ou então conversores nos quais é transformado em aço.

1.3.2 - Aço

É um produto resultante:

- do refino do gusa bruto no conversor BESSEMER, ou a oxigênio;

- do refino do gusa bruto com sucata de aço ou de ferro fundido em fornos como o

SIEMEN-MARTIN, elétrico, etc; e

- refusão de sucata de aço em qualquer forno, menos do tipo conversor.

O aço produzido nesses fornos é, às vezes, designado no comércio por aço

BESSEMER, aço THOMAS, aço SIEMEN-MARTIN, etc., conforme o processo

usado na sua obtenção.

Enquanto o aço permanece fundido para ser purificado, o banho líquido está coberto

por uma camada de escória também fundida. Este é produto de reações das adições

escorificantes feitas com a carga, ou depois, e sua natureza depende do elemento ou

elementos que se quer eliminar do aço. Assim, ela será dita “ácida”, quando seu

constituinte principal é a sílica, proveniente em parte, da oxidação do sílica, da

oxidação do silício do banho. Esta escória permite também baixar os teores de Mn e C.

Será “básica” quando seu constituinte principal for a cal, que permite baixar também o

teor de fósforo.

O controle da escória é complexo e uma das operações mais sérias na produção do aço.

O revestimento do forno precisa ser também ácido ou básico, de acordo com o tipo de

escória que se pretende produzir, para que ela não o ataque demasiadamente e para que

tenha o banho uma influência análoga à da escória.

A designação, por exemplo, de aço SIEMEN-MARTIN básico, significa que o aço foi

elaborado num forno SIEMEN-MARTIN com revestimento de magnetita ou de

dolomita.

Atualmente, a quase totalidade dos aços é elaborada por processo básico. As

propriedades mecânicas desses aços não diferem muito das do tipo ácido.

O teor de carbono em conseqüência desse refino pode ser reduzido até a valores

abaixo de 0,10% de carbono.

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O aço enquanto está líquido é vertido:

- em moldes para se obter diretamente peças de aço moldado; ou então

- em lingoteiras nas quais o aço se solidifica, dando blocos denominados LINGOTES.

As dimensões dos lingotes dependem do fim a que se destinam e, por isso, seu peso

pode variar desde alguns quilogramas até muitas toneladas.

Os lingotes são alongados por meio de forjamento ou laminação a quente e por este

processo fabricam-se trilhos, vigas, cantoneiras, barras, chapas, aros, vergalhões, etc.

Arames e fios são obtidos por estiramento de barras de pequena seção.

1.4 - DISTINÇÃO ENTRE O FERRO FUNDIDO E O AÇO QUANTO ÀS

PROPRIEDADES MECÂNICAS

O aço e o ferro fundido constituem a quase totalidade dos produtos siderúrgicos

industrialmente usados.

A importância do aço provém de vários fatores: boa resistência, ductilidade, relativa

homogeneidade, possibilidade de ser forjado, laminado, estampado, estirado, moldado,

caldeado, soldado, perfurado, modificado em suas propriedades por meio de

tratamentos mecânicos e químicos.

Com o aço fazem-se barras, eixos, trilhos, parafusos, numerosas peças de máquinas e

de motores, engrenagens, rolamentos, vergalhões para concreto armado, ferramentas,

fios, tubos, armas, etc., além de um sem número de peças fundidas.

O ferro fundido não podendo ser deformado nem a quente nem a frio, pois, se

romperia, as peças com ele fabricadas são diretamente fundidas na sua forma

definitiva. O acabamento das peças é feito retirando o material em excessos no torno,

na plaina, no esmeril, à broca, à lima, etc. Essas operações oferecem maior ou menor

dificuldade conforme a dureza do ferro fundido; habitualmente, porém, o ferro fundido

é de um tipo chamado cinzento que não é muito duro.

Como sua resistência é menor que a do aço, principalmente ao choque, é o ferro

fundido empregado em peças de menor responsabilidade ou sujeitas a tensões mais

moderadas. Em virtude de ser material mais barato que o aço, ele é preferido também

para a construção de bases, suportes, arcabouços de máquinas e muitos dos seus

pertences como volantes, engrenagens pesadas, mancais, etc., e em numerosas peças

que atuam mais pelo seu peso do que pela sua resistência.

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Há, entretanto, um tipo de ferro fundido resultante do recozimento prolongado do ferro

fundido branco, de composição adequada, que em virtude da maneira particular com

que se processa esse tratamento, apresenta certa dutilidade, assegurando às peças, não

só maior resistência ao choque, como também a capacidade de suportar apreciável

deformação antes de se romperem. É o ferro fundido maleabilizado ou maleável, de

emprego cada vez mais generalizado, mormente em peças pequenas.

1.5 – VERIFICAÇÃO DOS DIVERSOS ASPECTOS QUE APRESENTAM O FERRO

FUNDIDO E O AÇO

1.5.1 - Aspecto da superfície

O aspecto da superfície de uma peça, em bruto ou sem acabamento posterior, pode

fornecer indicações preciosas. Quanto ao tratamento térmico eventualmente sofrido,

pode-se notar que as peças recozidas apresentam uma casca típica proveniente da

oxidação e as temperadas, bem como as revenidas, também mostram na superfície,

manchas ou colorações características. Quanto à particularidade do processo de

obtenção de peças fundidas, o emprego de areia de moldagem suficientemente

permeável caracteriza-se pela ausência de bolhas ou porosidade superficiais na peça;

uma areia fusível acarreta a presença de casca muito dura e aderente; areia de

granulação adequada dá às peças uma superfície lisa; molde bem projetado e executado,

enchido de acordo com as regras, produz peça perfeita em todos os seus detalhes; peças

fundidas em coquilhas apresentam quase sempre impressos em sua superfície, certos

detalhes das coquilhas como riscos de torno, etc. As juntas dos moldes, partes que foram

esmerilhadas ou limadas, falhas ou porosidades superficiais como solda ou pinos

rebatidos constituem outras peculiaridades discerníveis num exame de superfície de

peças fundidas. Quanto ao trabalho mecânico, apresentam aspecto típico as partes

cortadas a maçaricos, a tesoura ou a corta-frio.

Nas peças torneadas e furadas à broca, encontram-se indícios das ferramentas

empregadas. Nas peças estampadas são características certas estrias deixadas pelas

rebarbas das estampas ou matrizes. Nos perfilados estirados ou extrudados, se

reconhecem finas estrias longitudinais deixadas pelas matrizes. Em certas barras

laminadas nota-se o estado de desgaste dos cilindros laminadores ou sua falta de ajuste.

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Encontram-se ainda vestígios de forjamento, desbaste por plaina, fresa ou torno; nos

parafusos observam-se filetes feitos por tarraxa ou por rolamento; a tarraxa deixa

pequeninas rebarbas nas superfícies dos filetes e o rolamento forma superfícies mais

lisas, devido à compressão. Há casos, porém, que poderiam conduzir a erros, como por

exemplo, a cabeça estampada do rebite pode apresentar estrias como se fosse torneada,

mas essas provêm da matriz cujo côncavo foi feito no torno e depois insuficientemente

alisado, de modo que se reproduzem na cabeça do rebite.

1.5.2 - Aspecto da fratura

O aspecto da fratura pode dar indicações preciosas quanto à natureza do material, sua

granulação, disposições cristalinas particulares, certos tratamentos térmicos ou

químicos, etc.

Alguns materiais classificam-se pelo aspecto de sua fratura e recebem nomes que dela

decorrem, como ferro fundido branco, cinzento, mesclado, maleável de núcleo branco.

O ferro fundido coquilado mostra em geral uma camada branca junto à periferia.

As peças de aço moldado quando contêm muito fósforo, ou não foram recozidas

devidamente, apresentam uma fratura com granulação grosseira. Também apresentam

essa granulação ou aços superaquecidos.

Encontram-se, às vezes, bolhas ou inclusões de material estranho na fratura quando o

metal é muito impuro. Os aços temperados apresentam uma fratura cinzento-clara,

sedosa ou fosca, de forma mais ou menos coneicoidal, com granulação fina, as vezes

imperceptíveis.

As rupturas por fadiga são, em geral, típicas apresentando uma zona de superfície lisa,

envolvendo outra de aspecto granular; a primeira corresponde a parte onde a fratura

progrediu lentamente e a segunda, onde a ruptura foi brusca. Esses aspectos são muito

freqüentes nas rupturas de eixos comuns.

1.5.3 - Ação da lima

Por meio da lima pode-se verificar se o material é duro ou não, porque quando a lima

está em bom estado escorrega e não desbasta, a dureza do material é tão grande ou

maior que a da própria lima. É o que sucede com o ferro fundido branco e os aços

muito endurecidos pela têmpera.

Da maior ou menor facilidade com que se pode riscar uma peça com a ponta de uma

lima pode-se fazer uma idéia da dureza da mesma.

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Esfregando-se entre os dedos a limalha de ferro fundido cinzento, pode-se ter uma idéia

da quantidade de grafita; quanto maior a quantidade de grafita, mais a limalha suja de

preto os dedos, com a característica cor da grafita, dando uma sensação untosa.

Quando a coloração é mais opaca , é possível que o ferro fundido esteja muito oxidado

provindo a coloração mais de óxidos do que a da grafita, como no caso das peças de

ferro fundido que tenham estado muito tempo em contato com as chamas, como por

exemplo, galhas de fornalhas.

1.5.4 - Centelhas de esmeril

Quando se desbasta ao esmeril uma peça de aço, notam-se que as partículas que se

destacam da peça, inflamam-se, produzindo faíscas ou centelhas. Estas emitem

bruscamente, ramificações, como se explodissem em seu trajeto, formando estrelinhas.

Para os aços extra-doces, as centelhas apresentam-se apenas como traços luminosos,

sem formação de estrelinha, mais a medida que o teor de carbono se eleva, as estrelinhas

aparecem em numero cada vez maior e com ramificações mais numerosas; formando-se

com maior rapidez e mais próximas do ponto de atrito.

Figura 1

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Esta constatação permite avaliar aproximadamente o teor de carbono de um aço comum,

comparando suas centelhas com a de outros aços de teor conhecido. E isto sem erro

muito grande, porque praticamente o aspecto das centelhas não é influenciado pelos

tratamentos que o aço tenha sofrido. Quer dizer, um aço dá sempre o mesmo tipo de

faíscas quer esteja cozido, temperado, revenido, coalescido, superaquecido, encruado,

forjado, etc.

Este método permite fazer verificações em numerosos casos: saber se uma peça é

cementada ou não; se uma enxada ou outra peça qualquer, é interiça ou calçada e até que

ponto vai o calçamento. O aço rápido dá pequenas centelhas vermelho-escuras com

bolinhas no lugar de estrelinhas.

Para os ferros fundidos não se pode aplicar este processo porque o seu esmerilhamento,

em geral, não produz faíscas e quando produzem, como no caso de ferro fundidos

branco ou maleável, não são concludentes.

1.5.5 - Atração pelo imã

Todos os produtos siderúrgicos comuns são atraídos pelo imã, desde que sua

temperatura esteja abaixo de 768ºC. Acima desta temperatura, o ferro existente na liga é

paramagnético, não manifestando aquela propriedade.

Certos aços-liga em teores elevados de níquel (mais de 25%) ou de manganês (mais de

12%), ou aços inoxidáveis do tipo 18-8, conservam-se num estado alotrópico não

magnético até à temperatura ambiente. Pode-se assim, distingui-los facilmente dos

demais com auxílio de um simples imã. Nota-se, contudo, que a limalha desses aços é,

em geral, atraída por um imã.

1.5.6 - Ação do martelo

Percutindo as peças com a aresta de um martelo pode-se ter idéia da dureza do material

pelo amalgamento do ponto de impacto. Prendendo com a morsa peças de pouca

espessura, como a lâmina de uma enxada, de modo que fiquem salientes apenas 2 ou 3

cm, pode-se pelo martelamento horizontal dessa parte, observar se ela deforma

permanentemente ou se, pelo contrário, funciona como mola, fazendo voltar o martelo,

ou ainda , se rompe sem deformação apreciável .

No primeiro caso , o material é muito mole por não ter sido temperado

convenientemente ou por ter sido revenido em temperatura excessivamente alta; no

segundo, provavelmente o material está bem temperado e revenido; no terceiro, o

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metal está superaquecido ou sofreu uma têmpera violenta não seguida de revenido

adequado.

1.5.7 - Sonoridade

Uma peça metálica apoiada em uma área muito pequena ou suspensa por um ponto,

quando tangida por um objeto duro, emite um som característico, que é função do seu

estado de tensões internas, caracterizado pela natureza de sua estrutura, seu tamanho e

forma.

Quando seu som é puro e relativamente duradouro, há grande probabilidade de não estar

fissurada; mas emitindo um som chocho, é certo estar trincada .

A duração do som de duas peças idênticas do mesmo aço, uma temperada e outra não,

tangidas nas mesmas condições, é diferente: o som emitido pela segunda durará um

tempo mais longo do que o da primeira.

1.6 - CONTROLE E ENSAIO DOS PRODUTOS SIDERÚRGICOS

Nas usinas, nas oficinas, nos canteiros, os operários e responsáveis pelo serviço,

orientam-se freqüentemente, pelas indicações a que se acaba de fazer referência. São

toscas, na verdade, mas, práticas e resultantes da observação de uma série de pequenos

fatos que o tirocínio transformou em indícios. Com efeito, o aspecto da superfície ou da

fratura da peça, o comportamento do metal sob ação da lima, de um martelo, de um imã, a

sonoridade das peças, a forma das fagulhas emitidas ao esmeril, o aspecto da limalha ou

dos cavacos do torno, as cores do revenido, etc, prestam informes preciosos ao

observador experimentado, e às vezes, são os únicos economicamente viáveis em certos

setores da indústria, por serem expedidos e realizáveis sem aparelhamento especial.

Se bem que em muitos casos, verificações dessa natureza sejam suficientes, outros há que

não dispensam um controle severo, por este motivo, em determinadas indústrias, são

absolutamente necessários instrumentos de precisão para medir, por exemplo, a dureza

das peças, ou a temperatura dos fornos de recozimento, de têmpera, de revenido ou

mesmo de fusão, pois o controle empírico jamais poderia assegurar a rigorosa

uniformidade de produção que certas peças requerem.

Indicações mais técnicas, mais completas, são porém, fornecidas pelos ensaios de

laboratórios, feitos com auxílio de máquinas, instrumentos e métodos adequados a cada

caso.

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Quase todos os resultados são expressos numericamente de modo a permitirem seu

confronto com valores consignados em normas, especificações ou outros dados que

sirvam de comparação.

Esse procedimento constitui um critério seguro e justo para a apreciação do valor real de

um produto, além de fornecer indicações que podem habilitar os fabricantes a melhorarem

seu material, corrigindo os defeitos que os ensaios foram apontando.

Os produtos siderúrgicos podem, pois, ser controlados de maneira rudimentar no canteiro,

na usina, na oficina, pelo operário, contramestre, mecânico, ou então, se a natureza do

produto o exigir, ser ainda controlados de maneira técnica e muito mais precisa por

químicos, engenheiros metalúrgicos, técnicos especializados nos laboratórios das fábricas

ou nas instituições para isso destinadas.

Ambas as partes do controle, a de usina e a de laboratório, são valiosas e requerem

tirocínio e competência. Elas não se excluem, ao contrário, completam-se mutuamente. A

primeira é sem dúvida, pouco precisa, mas tem a vantagem de ser expedida, ser feita “in

loco”, sem perda de tempo, permitindo certas providências imediatas. A segunda é em

geral, mais demorada e muito mais trabalhosa, mas em certas indústrias é absolutamente

indispensável e tem de ser também efetuada com presteza, pois seus resultados são quase

sempre aguardados com premente urgência.

A fim de aumentar a eficiência dos trabalhos de laboratórios, notáveis progressos têm

sido introduzidos, quer na aparelhagem, quer nos métodos, de modo a tornar os exames e

as análises mais rápidos, sem prejuízo do grau de precisão necessário.

Embora os técnicos de laboratórios e os de usina desenvolvam suas atividades em campos

diferentes, é altamente proveitoso que haja entre ambos uma troca recíproca de certos

conhecimentos de sua especialidade. Isso permite, ao técnico da usina, a compreensão

mais completa das causas dos diversos fenômenos que ocorrem nos trabalhos sob sua

orientação e aos técnicos de laboratório, descobrir mais fielmente a origem de certos

defeitos e sugerir, ao primeiro, providências para melhora da produção, que sejam

exeqüíveis nas condições de trabalho da usina.

Esses ensaios de laboratório podem ser agrupados em três categorias principais:

- Ensaios Mecânicos;

- Análise Química; e

- Exame Metalográfico.

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1.6.1 – Ensaios mecânicos

Os ensaios mecânicos visam a determinar valores numéricos que caracterizam, de certa

maneira, as propriedades mecânicas do material. Essas determinações são feitas com

auxílio de máquinas apropriadas que, ao mesmo tempo em que aplicam o esforço

acusam a sua intensidade. O ensaio pode ser feito sobre peças inteiras ou sobre pedaços

de forma conveniente (corpo de prova) extraídos das peças. Neste último caso, os

resultados obtidos representam as propriedades mecânicas de material de que a peça é

feita e não propriamente as peças em si, como um todo.

Os ensaios mais comuns são os de tração, dobramento, dureza, resistência ao choque,

flexão, torção, desgaste, embutimento, pressão interna, fadiga e compressão interna,

fadiga, e compressão.

Para os aços , os ensaios de tração, dobramento e dureza são os mais usados; e para os

ferros fundidos, os de flexão, dureza e tração.

1.6.2 – Análise química

A análise química dosa os elementos que intervêm na composição do material. Para os

aços comuns determinam-se as porcentagens de C, Si, Mn, P e S e para os ferros

fundidos, além desses, a do carbono no estado de grafita.

Nos produtos siderúrgicos comuns existem ainda outros elementos tais como o oxigênio,

o nitrogênio e o hidrogênio que também influem nas propriedades de metal, mas, como

ocorrem em geral, em baixa porcentagem e são de dosagem mais trabalhosa, sua

determinação deixa de ser habitualmente feita.

Com auxílio da espectografia podem-se fazer análises muito mais rápidas e simultâneas

de numerosos elementos, detectando metal estranho que entre na composição do

material examinado, mesmo que seu teor seja relativamente pequeno.

1.6.3 – Exame metalográfico

O exame metalográfico encara o metal sob o ponto de vista de sua estrutura,

procurando relacioná-lo às propriedades físicas, composição, processo de fabricação,

de modo a poder esclarecer, ou prever seu comportamento numa determinada

aplicação. O exame pode ser feito à vista desarmada (exame macrográfico) ou com o

auxílio de um microscópio (exame micrográfico).

Esses exames são feitos em seção de material, polida e atacada com reativos

adequados.

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Pela macrografia obtêm-se informes de caráter geral, um aspecto de conjunto sobre a

homogeneidade do material da peça, a distribuição, natureza e quantidade de certas

impurezas, processos de fabricação, etc.

Pela micrografia pode-se observar a granulação do material, a natureza, quantidade,

distribuição e forma de diversos constituintes, certas inclusões, etc., que em seu

conjunto conduzem a uma série de conclusões interessantes e de utilidade prática.

Resumindo:

o ensaio mecânico constata os valores de resistência, dureza, etc, do material;

a análise química mostra de que o material é feito; e

o exame metalográfico fornece dados sobre como o material ou a peça foram feitos e

também sobre a sua homogeneidade.

1.7 - DEFEITOS QUE OCORREM DURANTE A SOLIDIFICAÇÃO DO AÇO

O aço apresenta-se relativamente homogêneo enquanto está líquido, mas durante a sua

solidificação (num molde ou numa lingoteira) várias causas, quase inevitáveis e de

natureza complexa, produzem fenômenos tais como vazio, segregação, dendritas, bolhas,

trincas, etc, que tornam heterogêneo o metal solidificado. Alguns desses defeitos são

atenuados pelos tratamentos mecânicos e térmicos a que o aço é submetido

posteriormente, até se transformar em peça acabada; outros, porém, persistem e podem

ainda ser postos em evidência no produto acabado.

As peças fabricadas em grande escala como trilhos, barras perfilados para construção

metálicas, e mesmo certas peças moldadas, ressentem-se freqüentemente desses defeitos,

pois seu preço de venda forçosamente reduzido, não dá margem ao emprego de processos

muito dispendiosos para a sua obtenção.

Lingotes ou peças moldadas isentas de defeitos, podem ser obtidos com aços de

composição e pureza adequadas e por processos mais cuidadosos. Esses produtos são de

custo mais elevado, dada a dificuldade que acompanha a sua fabricação.

É conveniente esclarecer que os defeitos ora apontados, não são os únicos que podem

afetar o material; outros há que podem surgir no decorrer dos diversos tratamentos a que o

metal é submetido, aos quais se fará referência oportunamente; por ora, serão abordados

os que se originam durante a solidificação.

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1.7.1 - Vazio ou chupagem

A solidificação de um metal inicia-se nas partes que estão em contato com as paredes do

molde ou da lingoteira e na parte superior, onde o metal fundido está exposto ao ar. Na

primeira fase da sofidificação, forma-se uma camada sólida em toda da periferia do

lingote ou peça, fechando, num envoltório rígido, toda a parte que a solidificação

prossegue na parte interna, aumentando sucessivamente a espessura da camada já sólida.

Mas, como o metal ao passar do estado líquido ao estado sólido, sofre uma notável

diminuição de volume, aparecerá no interior do lingote uma região oca que se denomina

“vazio ou chupagem”.

Figura 2

Esse defeito se localiza habitualmente no centro da parte superior dos lingotes, região

que, em geral se solidifica por último.

O volume do vazio é extremamente variável, não havendo relação definida com o

tamanho do lingote. Ora é constituído de uma única cavidade, ora compõe-se de vários

ocos, uns próximos dos outros. Em qualquer dessas hipóteses, sua forma de conjunto

lembra a de um cone de vértice voltado para baixo. A penetração desse vértice é mais

profunda nos lingotes de base voltada para baixo do que nos de base maior voltada para

cima.

Figura 3

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Constituindo o vazio um defeito grave, ele é eliminado pelo corte da parte que o contém,

quando o lingote ainda se acha rubro . No caso de não haver corte, esse defeito vai

aparecer nos produtos acabados e, se diz então, que se observa no material, “restos do

vazio”.

Como o material cortado é perdido, há todo o interesse em cortar o menos possível. Para

reduzir essa perda ao mínimo, usam-se certos artifícios engenhosos como o “massalote”

também chamado "cabeça quente", que é um prolongamento sobreposto à lingoteira,

constituído por material refratário. Nele se conserva quente, isto é, no estado de fusão,

certa quantidade metal destinada a preencher o espaço oco que tende a aparecer no

lingote. Com este recurso, localiza-se o vazio no interior do massalote e obtém-se um

lingote são.

Figura 4

Função análoga têm os numerosos canais de fundição apensos a certas peças

moldadas: assegurar a alimentação de todas as partes do molde suprindo os pontos em

que se manifestarem deficiências de material devido à contração que acompanha a

sofidificação. A missão desses canais é, pois, atrair para si, o quanto possível, esse

defeito que de outra forma ocorreria fatalmente no interior da peça, inutilizando-a, às

vezes, por não poder ser eliminado.

As peças moldadas que têm, simultaneamente, partes finas e partes grossas, estão

particularmente sujeitas a apresentar esse defeito e, não obstante as precauções do

fundidor, é freqüente o aparecimento de vazio nas regiões mais grossas cuja

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solidificação é sempre mais demorada. O vazio nesses casos, pode manifestar-se sob a

forma de porosidade. Observando-se essa região com mais cuidado, especialmente

numa fratura, notam-se, com uma lupa, e às vezes até a olho nu, os cristais que tiveram

seu desenvolvimento interrompido por insuficiência do material. Os espaços não

preenchidos entre os cristais é que formam a porosidade.

Nos lingotes, quando a parte oca não se comunica com o ar exterior, permite que, na

laminação a quente, essas paredes se soldem ao serem comprimidas uma contra a

outra, atenuando o inconveniente de um eventual resto de vazio.

Já o mesmo não acontece quando o vazio fica em contato com o ar por estar aberto,

como pode suceder nos lingotes pequenos. Suas paredes oxidam-se e não mais se

soldam quando comprimidas na laminação. O mesmo se dá quando as paredes do

vazio se acham cobertas de impurezas.

Mesmo quando, pelo trabalho mecânico a quente, as paredes do vazio se soldam,

deixam sempre superfícies de menor resistência. Quando há oxidação ou interposição de

impurezas, os restos do vazio formam no interior das peças soluções de continuidade

que atuam como fissuras incipientes suscetíveis de se propagarem, despercebidamente

até se dar a ruptura brusca das peças num processo de desenvolvimento progressivo

(fadiga ).

As peças provenientes da parte superior do lingote são as mais sujeitas a apresentar esse

defeito.

1.7.2 – Segregação

O aço é uma liga de ferro-carbono que contém, como impurezas normais vários outros

metais e metalóides. No aço fundido todos esses elementos estão dissolvidos e

distribuídos de modo praticamente uniforme. Essa homogeneidade, porém, não perdura

quando o aço solidifica, porque as impurezas, especialmente o P e o S, não sendo tão

solúveis no metal sólido, tendem em grande parte a se deslocarem para a região que

por último se solidifica, no caso, o centro do lingote ou da peça.

A parte central é a última a solidificar-se, não só porque o esfriamento é mais lento

nessa região, também, porque as impurezas (especialmente o P) que para aí afluem,

baixam o ponto de solidificação do metal.

Ao acúmulo de impurezas nessa região dos lingotes e de certas peças fundidas, dá-se o

nome de segregação.

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METALURGIA

A composição química do aço de lingote pode, portanto, apresentar variações, sendo

mais puro na periferia e na base e mais impuro no centro, mormente nas proximidades

do vazio. Essa diferença não é muito notável nos teores de Si e Mn; em relação ao

carbono, entretanto, já é mais sensível e muito mais ainda quanto ao P e ao S. Com

efeito, as regiões que contêm teores de S, de P, ou de ambos, acima de certos limites,

apresentam qualidade mecânicas inferiores. O aço torna-se mais duro, quebradiço,

menos maleável e oferece um campo favorável à propagação de fissuras.

Por esse motivo, nas encomendas de aço, ou de peças de aço, é comum fixarem-se com

certo rigor os limites máximos tolerados para os teores desses elementos. A sua

verificação é feita pela análise química de uma amostra tirada de modo que os valores

determinados representem a composição média do material.

Cabe neste ponto uma breve advertência a respeito dos cuidados de que se deve cercar

o químico ao mandar tirar a amostra para a análise. Se a amostra for extraída com

broca: caso este penetre pouco, como em “a” na figura 5, ter-se-á um material de

composição muito mais pura do que a média da peça. Dar-se-á o contrário se a broca

penetrar como em "b". A amostra tirada conforme em "c", é, neste processo de

extração, a que mais se aproxima da média.

Figura 5

Em virtude de sua maior dureza e de sua posição central, a zona segregada deforma-se

menos , sob a ação do forjamento e da laminação, que a zona periférica.

Nos lingotes grandes, o esfriamento sendo mais lento, torna a segregação mais intensa,

pois há mais tempo para as camadas que se solidificam repelirem as impurezas, e para

essas se difundirem na “parte mais líquida”. Nos lingotes menores a segregação é em

geral menos acentuada. o mesmo acontecendo no caso de peças moldadas.

Convém chamar a atenção aqui para o fato de que segregações muito acentuadas só são

encontradas nos aços comuns de fabrico menos esmerado. Nos aços de melhor

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METALURGIA

qualidade, mais puros, e nos aços especiais, a segregação, se existe é pouco intensa.

Felizmente a zona segregada fica em geral nas proximidades do centro das peças ou dos

perfilados, onde as tensões são freqüentemente mais baixas, contribuindo essa

circunstância para atenuar a sua nocividade.

De qualquer forma, a segregação constitui um defeito, mandando a prudência que se

evite o uso de peças de responsabilidade, que apresentem de maneira muito acentuada,

mormente quando destinadas a suportar choques ou então esforços repetidos ou

alternados.

1.7.3 – Estrutura dendrítica

Os metais se solidificam sempre sob uma forma cristalina, que tem início pela formação

de pequenos cristais em todas as partes onde o metal em fusão atinge a temperatura de

solidificação. Esses pequenos cristais assim formados, também chamados NÚCLEOS

ou CENTRO DE CRISTALIZAÇÃO, desenvolvem-se pela solidificação de novas

partículas sobre eles efetuando-se a deposição segundo direções preferenciais,

denominadas EIXOS DE CRISTALIZAÇÃO. Nas ligas ferro - carbono, como, aliás, em

quase todos os metais, esses eixos são em número de três, ortogonais entre si. Cada eixo

atingindo certo desenvolvimento, passa a emitir outros e assim por diante, até toda a

massa se tornar sólida.

Figura 6

Ao conjunto de cada eixo principal com seus eixos secundários, dá-se o nome de

DENDRITA, devido à semelhança com a ramificação das árvores (dendron em grego).

O crescimento da dendrita é limitado pelo encontro de seus eixos com os das dendritas

vizinhas e, terminada a solidificação, cada dendrita é, pois, um grão primário em

formação.

Em virtude do mecanismo exposto, todos os metais, logo após sua solidificação

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METALURGIA

completa, são constituídos de numerosíssimos grãos fortemente unidos, cada qual com

orientação cristalográfica independente dos demais.

Assim como a parte central de um lingote apresenta um teor mais elevado de impurezas,

devido ao fenômeno da segregação, por motivos análogos também a parte que por

último se solidifica entre os ramos das dendritas, e no encontro de dendritas contíguas,

tem maior concentração de impurezas. Mesmo que a segregação interdendrítica não seja

tão pronunciada como a segregação propriamente dita, ela não deixa de exercer sua

influência nociva, se for intensa.

Quando as dendritas se desenvolvem no seio do líquido, longe das paredes do molde em

que o metal é contido, e sem obstáculos, seu desenvolvimento dá origem a grãos mais

ou menos equiaxiais, isto é, o crescimento do grão segundo os três eixos perpendiculares

entre si, é praticamente o mesmo e o grão resultante tende a adquirir a forma octaédrica.

Junto às paredes do molde, ao contrário, verifica-se que os eixos orientados

normalmente a elas, desenvolvem-se muito mais do que os outros, em consequência dos

ramos laterais esbarrarem logo com aqueles emanados dos núcleos vizinhos, ao passo

que o ramo ou eixo normal à parede podem desenvolver-se livremente.

Os grãos resultantes são por isso longos e sensivelmente perpendiculares às paredes da

lingoteira ou do molde.

Figura 7

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METALURGIA

Figura 8

Examinando seções convenientemente separadas de lingotes ou de peças moldadas,

encontram-se com frequência, estruturas nas quais se pode reconhecer a disposição

esquematizada na figura 8. A zona central com grãos aproximadamente equiaxiais e, na

parte externa, uma faixa de grãos compridos mais ou menos normais à periferia.

Dendritas grandes dão origem a grãos grandes e a quantidade de impurezas concentradas

nos contornos desses grãos é maior que se os grãos fossem menores. Por isso, nos aços

diretamente moldados, os de granulação mais grosseira são, em geral, mais quebradiços

do que os de granulação fina.

No caso particular das longas dendritas perpendiculares à periferia, as impurezas

constituirão linhas ou planos mais fracos, devido à menor dutilidade e menor resistência

ao choque que as regiões com impurezas apresentam. Tensões internas muito elevadas

ou deformações bruscas podem provocar ruturas segundo esses planos.

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METALURGIA

É como se fizessem numerosos pequenos furos numa folha de papel: se os furos

estiverem alinhados a partir da periferia, o papel estará muito mais sujeito a se rasgar

segundo esta linha, do que no caso dos furos terem sido feitos a esmo, como ilustra a

figura que se segue.

Figura 9

Quando uma peça fundida apresentar arestas vivas, em ângulos retos, por exemplo, o

encontro das dendritas provenientes das duas faces que formam a aresta, dar-se-á

proximamente sobre a bissetriz do respectivo ângulo.

A aderência dos grãos que assim se tocam é diminuída pela concentração de impurezas

que aí ocorre, de modo que as peças fundidas com arestas vivas são frágeis nesses

pontos. Convém, pois, sempre que possível, projetar as peças fundidas com suas arestas

arredondadas, precaução que elimina a causa da fragilidade apontada.

Figura 10

O tamanho das dendritas é função principalmente da velocidade de esfriamento, que por

sua vez, depende da temperatura com que o metal fundido é vazado na fôrma ou na

lingoteira, do tamanho desta, da condutibilidade térmica, espessura e forma de suas

paredes e dos processos tendentes a acelerar ou retardar o esfriamento.

O esfriamento lento e calmo conduz, pois, à formação das dendritas grandes, ao passo

que o esfriamento rápido provoca o aparecimento de grande número do centro de

solidificação; produz dendritas de pequenas dimensões. Neste último caso, a segregação

dendrítica fica subdividida em parcelas ou áreas menores, resultando uma distribuição

mais uniforme das impurezas e, portanto, um aço menos heterogêneo.

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METALURGIA

1.7.4 - Bolhas

As bolhas são pequenas cavidades cheias de gases, principalmente de CO, que se

apresentam nos lingotes e nas peças fundidas. Freqüentemente essas cavidades se

enchem de material impuro, de ponto de solidificação mais baixo do que o resto da

massa e que para elas reflui pela compressão resultante da contração do lingote durante

o esfriamento.

Elas podem provir de aprisionamento de gases mecanicamente arrastados no vazamento

do lingote, ou de gases dissolvidos no material ou fusão, ou ainda de gases que se

formam devido a reações químicas antes da solidificação total do lingote. A ferrugem da

superfície interna da lingoteira pode também dar origem a bolhas.

O aço líquido dissolve quantidades consideráveis de hidrogênio, nitrogênio, oxigênio e o

seu poder dissolvente aumenta com a temperatura. Esses gases se libertam à medida que

a temperatura baixa, vindo à tona e desprendendo-se, enquanto a viscosidade da massa o

permitir. As bolhas que se formam por último não conseguem mais desprender-se e

ficam retidas na peça ou no lingote, acumulando-se em maior número na parte superior.

Quando o lingote é laminado ou forjado, as paredes das bolhas que se conservam

inoxidáveis, devido a presença de gases redutores, soldam-se, e nessa hipótese as

propriedades do material não sofrem praticamente alterações. Se, porém, as bolhas

contiverem certas impurezas, estas dificultarão ou mesmo impedirão o caldeamento das

paredes.

No caso das bolhas junto à superfície, ficam estas freqüentemente em contato com o ar,

que oxida suas paredes e descarboneta a parte que as circunda, dando origem a pontos

moles e menos resistentes.

Se na laminação ou no forjamento as paredes dessas bolhas não se soldarem (fato

comum quando contém certas impurezas), ficarão fissuras junto a superfície da peça, o

que pode afetar seriamente suas propriedades mecânicas.

Para atenuar o aparecimento de bolhas, usa-se geralmente a adição de certas substâncias

desoxidantes, tais como o ferro-silício, o alumínio, o ferro-manganês e outras. Elas

exercem uma influência notável sobre a formação de bolha, porque reduzem o teor de

oxigênio dissolvido no ferro, dando compostos sólidos e evitando que o oxigênio se

combine com o carbono do aço, dando, na solidificação, desprendimento de CO ou C02.

Assim, vale ressaltar que a presença de bolhas, em lingotes ou em peças fundidas com

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METALURGIA

aço de médio e alto teor de carbono ou de aços - liga, é sempre perigosa e há o

interesse em evitá-las; já na fundição com aço de baixo teor de carbono

(particularmente os destinados ao fabrico de chapas), a presença de bolhas com

disposição especial é até desejável, pois a prática tem mostrado que contribuem para

melhor acabamento superficial das chapas.

1.7.5 – Trincas

É muito freqüente os lingotes ou peças fundidas apresentarem fissuras que podem ser

superficiais profundas e internas.

Sua origem comum está nas tensões excessivas que se desenvolvem, quer durante o

resfriarnento ou reaquecimento demasiado rápidos, quer durante o trabalho de

laminação ou de forjamento.

Outras causas, ainda residem nas tensões que aparecem quando a temperatura da parte

interna passa por 723º Celsiuselsius e a externa já está mais fria. É que ao passar por

essa temperatura, ocorre no aço uma transformação exotérmica (recalescência) de que

resulta um certo reaquecimento e conseqüente dilatação do metal. Este fenômeno pode

criar tensões elevadas nas camadas exteriores a ponto de fissurá-las.

A rugosidade da face interior da lingoteira ou impurezas a ela aderentes podem tolher

os movimentos de contração do lingote e originar tensões superficiais. As peças

fundidas de aço com teor elevado de carbono são muito sujeitas a se trincar, assim

como as que apresentam heterogeneidade química.

Fendas de caráter mais grave podem ocorrer principalmente nas arestas dos lingotes

pela pouca aderência dos grandes grãos dendríticos no seu encontro sobre a bissetriz

do ângulo. Daí a conveniência de as lingoteiras quadradas ou retangulares terem os

cantos arredondados.

Em virtude da contração do lingote ou das peças durante o esfriamento, eles se

desencostam das paredes da lingoteira ou da forma em alguns pontos. Nesses lugares o

esfriamento torna-se então, mais lento, porque a camada de ar que se interpõe, age

como isolante térmico. Estas circunstâncias tomam desigual o esfriamento do lingote

ou da peça e é mais um fator que intervém na já complexa distribuição das tensões

internas.

Tensões perigosas podem ainda se originar de uma desigual distribuição das massas

nas peças fundidas impedindo seu esfriamento uniforme.

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METALURGIA

Pode-se atenuar a tendência à fissura, dando à superfície interna da lingoteira uma

forma ondulada, que desembarace os movimentos de dilatação ou contração do metal.

As trincas superficiais podem ser removidas a esmeril à talhadeira manual ou

pneumática, e por chama de maçarico.

1.7. 6 – Gotas frias

Ao verter o metal líquido na lingoteira pequenas gotas respingam contra as paredes,

resfriando-se com rapidez e oxidando-se superficialmente. Algumas permanecem

aderentes as paredes, outras soltam-se e caem novamente na massa que as retém.

As que ficam na parede não aderem depois completamente ao lingote devido a película

de óxido e constituem um defeito superficial. Este defeito pode ser removido à

talhadeira.

1. 8 - ALOTROPIA DO FERRO

Os metais, de um modo geral, são agregados cristalinos cujos cristais (perfeitamente

justapostos e unidos) tanto podem ser quimicamente idênticos, como ser de composição

química diferente.

São idênticos no caso do ferro, cobre, alumínio, etc., puros, ou então nas soluções sólidas

apresentadas por certas ligas como por exemplo, a de cobre e níquel. E são distintos nos

demais casos, entre os quais estão as ligas ferro - carbono.

Esses cristais chamam-se geralmente grãos, em virtude de sua conformação granular. E

segundo as suas formas ou aspectos podem chamar-se módulos, veios, agulhas, glóbulos,

etc.

Com auxílio de uma técnica apropriada, consegue-se tomar visível a textura microscópica

do material, pondo assim em evidência os diversos grãos de que é formado. A apreciação

da natureza destes, suas respectivas porcentagens, suas dimensões, arranjo, o formato e a

interpretação desses dados constituem a função do exame micrográfico dos metais.

A importância desse exame decorre do fato de as propriedades de um metal depender não

só da sua composição química como também da sua textura. Com efeito, um mesmo aço

pode tornar-se mole, duro, duríssimo, elástico, quebradiço, tenaz, etc., conforme a textura

que apresentar e que lhe pode ser dado por meio de trabalhos mecânicos ou tratamentos

térmicos adequados.

Se por um lado a análise química revela de que se compõe o metal, os exames macro e

micrográfico fornecem preciosas informações sobre como o metal adquiriu as

-1 - 23

METALURGIA

propriedades que apresenta.

Para compreensão dos fenômenos que alteram a microestrutura dos produtos siderúrgicos

devemos examinar as transformações alotrópicas do metal ferro e a ação do carbono sobre

essas transformações.

O ferro puro até a temperatura de 910º Celsiuselsius, se cristaliza no sistema cúbico do

corpo centrado, isto é, no reticulado de um cristal de ferro, os átomos desse elemento se

encontram nos vértices das células cúbicas unitárias e no centro dessas células.

Figura 11

A 910º Celsius, essa estrutura cristalina muda para estrutura cúbica de face centrada (com

átomos de ferro nos vértices e nos centros das faces), que se mantém estável até 1400º

Celsius.

Figura 12

Entre 1400º Celsius e a temperatura de fusão, a estrutura cúbica do corpo centrada é

novamente a mais estável.

O ferro cúbico do corpo centrado, estável até 910º Celsius, é denominado FERRO ALFA;

o cúbico de face centrada é denominado FERRO GAMA, e o corpo centrado que ocorre

acima de 1400º Celsius, embora seja idêntico ao ferro alfa, chama-se FERRO DELTA.

A adição de carbono ao ferro provoca modificações nas temperaturas das transformações

alotrópica, porque o carbono age como estabilizante do ferro gama.

Por outro lado, a solubilidade de carbono nessas formas alotrópicas é muito diferente e,

além disso varia com a temperatura.

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METALURGIA

Veremos depois um gráfico das transformações que ocorrem na zona crítica durante o

resfriamento.

1. 9 - DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO DA LIGA FERRO-CARBONO

Figura 13

Este diagrama é obtido experimentalmente por pontos e apresenta as temperaturas em que

ocorrem as diversas transformações dessa liga, em função do teor de carbono. Por ser

modesto o nosso estudo, será abordada apenas a parte deste diagrama que diz respeito aos

aços, isto é, a parte compreendida entre 0 e 2 % de carbono.

Os componentes fundamentais do aço carbono (também chamados aço comum ou

ordinário) são o ferro e o carbono como vimos. Este último combina-se com uma parte de

ferro, formando o carboneto de ferro, Fe3C, que contém 6,7 % de carbono.

Quando o aço está no estado de fusão, o referido carboneto se encontra inteiramente

dissolvido na massa líquida, constituindo, com o ferro, uma solução homogênea.

Ao resfriar-se, verifica-se que existe para cada aço, de acordo com seu teor de carbono,

uma certa temperatura na qual começa a solidificação, que depois prossegue, a medida

que a temperatura cai, até atingir uma outra temperatura, também definida, em que

termina.

O lugar dos pontos de início de solidificação chama-se linha de LIQUIDUS, porque

acima dela o aço, está completamente líquido. O lugar dos pontos de fim de solidificação

intitula-se linha de SOLIDUS, porque abaixo dela o aço está inteiramente sólido.

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METALURGIA

Entre essas duas linhas, o aço está, portanto, em parte ainda líquido e em parte já sólido.

A perfeita solução que existe no estado líquido, ainda subsiste após a solidificação total,

porque o ferro, a essas temperaturas, está sob a forma alotrópica designada como ferro

gama, que tem a propriedade de constituir uma solução sólida mais extensa com o

carbono. Esta solução denomina-se AUSTENITA.

A austenita permanece estável e homogênea até atingir a linha GE'S; abaixo dela, a

textura do aço sofre modificações gradativas que terminam com uma transformação

completa a 723º C assinalada no diagrama por uma linha horizontal.

A textura cristalina, que os aços esfriados lentamente apresentam logo abaixo dessa linha,

se conserva-se até a temperatura ambiente.

As linhas GE'S e a horizontal chamam-se linhas de transformação (marcam o início e o

fim das transformações no estado sólido) e a região delimitada por essas linhas denomina-

se ZONA CRÍTICA.

O ponto "E" chama-se ponto EUTETÓIDE e corresponde a 0,8% de carbono.

Figura 14

1.10 - TRANSFORMAÇÕES QUE OCORREM NA ZONA CRÍTICA DURANTE O

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METALURGIA

RESFRIAMENTO

A solubilidade do carbono no ferro gama é limitada e depende da temperatura. A

1130ºC a solubilidade decresce segundo a curva SE'; sendo apenas de 0,8 a 723º

Celsius (ponto E).

A linha SE' assinala, pois, para os aços com teores de carbono entre 0,8 e 2,0 %, o

início da precipitação do carbono na forma de Fe3C, que exceder no máximo que o

ferro gama pode manter em solução sólida.

A precipitação ocorre nos contornos dos grãos de austenita para onde o carbono em

excesso se dirige por difusão.

Forma-se assim uma orla de carboneto em tomo de cada grão de austenita.

Ocasionalmente pode ocorrer também uma precipitação de carboneto no interior dos

grãos de austenita, ao longo de certos planos cristalográficos.

O carboneto de ferro, Fe3C, quando isolado, é designado, na terminologia

metalográfica, por CEMENTITA.

Enquanto o esfriamento continua, a precipitação prossegue gradualmente até a

temperatura de 723º Celsius, e, em conseqüência, o teor de carbono da austenita

remanescente diminui gradativamente até 0,8 %.

Ao atingir a referida temperatura, o ferro gama existente na austenita adquire uma

nova forma alotrópica: ferro alfa. Como, porém, a solubilidade do carbono no ferro

alfa é muito pequena, dá-se nesse momento a separação daquele componente na

forma de carboneto. Os dois constituintes tomam então uma disposição particular em

lamelas ou camadas muito finas e alternadas. Cada grão da solução sólida austenita,

transforma-se assim, ao passar pela horizontal de 723º Celsius, em grãos lamelares,

que tomam o nome de PERLITA, que vista ao microscópio com grande aumento,

tem um aspecto hachuriado.

Do que acaba de ser exposto, depreende-se que os aços com mais de 0,8% de carbono

esfriados lentamente, são constituídos abaixo da zona crítica, por grãos de perlita

envolvidos por uma camada de cementita. Esta camada é evidentemente menos

espessa para os aços com teor de carbono pouco acima de 0,8% e é inexistente nos

aços com 0,8%, os quais são por isso constituídos só de grãos de perlita. Veja a figura

14.

Para os aços com teores inferiores a 0,8 %, a transformação do ferro gama em ferro

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METALURGIA

alfa, se desdobra em duas fases: uma gradual e outra brusca e completa. O início da

primeira é assinalado pela linha GE' e a segunda pela horizontal de 723º Celsius.

Como o ferro alfa forma solução pouco extensa com o carbono, chamada FERRITA,

esta à medida que vai aparecendo, se isola ou precipita-se de preferência junto aos

contornos dos grãos de austenita. Tende, assim, a formar um envólucro contínuo ao

redor de cada grão de austenita, bem como em torno das inclusões, especialmente as de

sulfuretos.

Em conseqüência da separação progressiva do ferro alfa, o teor de carbono da austenita

remanescente vai continuamente aumentando até atingir 0,8% e que se dá quando a

temperatura do aço passa por 723º Celsius.

Ora, como já vimos, a austenita com 0,8 % ao passar por 723º Celsius se transforma

em perlita. Logo, todo o aço com menos de 0,8 % de carbono, abaixo de 723º Celsius

esfriados lentamente, será constituído de ferrita e de perlita. A percentagem de perlita

será tanto menor quanto menor for o teor de carbono, anulando-se quando este cair

abaixo de 0,20 % de carbono.

Os aços com 0,8 % de carbono são chamados aços EUTETÓIDES; os com menos de

0,8% de carbono, aços HIPOEUTETÓIDES e os com mais de 0,8 % de carbono,

aços HIPEREUTETÓIDES.

1.11 - INFLUÊNCIAS DO TEOR DE CARBONO NOS AÇOS ESFRIADOS LENTA

MENTE

Como já foi dito, o carbono nos aços comuns forma carboneto com o ferro. Este

carboneto é extremamente duro. Por este motivo, quanto maior for o teor de carbono,

maior será a quantidade de carboneto presente, e portanto, mais duro será o aço. A esse

aumento de dureza, corresponde uma resistência à tração mais elevada. O aço torna-se

porém menos dúctil, e por conseguinte, mais difícil de ser dobrado e também menos

resistente aos choques, a ponto de, com teores de carbono acima de 0,8 % de carbono,

apresentar-se francamente quebradiço. É que as propriedades de um metal formado por

grãos de um constituinte envolvido por grãos de outro constituinte, tendem para

aquelas do constituinte envolvente.

Assim nos aços com menos de 0,8 % de carbono, o constituinte que envolve a perlita é

a ferrita que é dúctil e tenaz. Por isso esses aços são deformáveis à temperatura

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METALURGIA

ambiente, e tanto mais quanto for a percentagem de ferrita. Nos aços com mais de

0,8 % de carbono, o constituinte envolvente é a cementita, duríssima e quebradiça;

portanto, esses aços quebram-se ao serem deformados. A escolha do tipo de aço a

empregar para determinada peça, depende pois, do fim a que se destina, ou melhor, da

natureza dos esforços a que ela deve resistir bem.

Convém lembrar que essas propriedades podem ser profundamente alteradas,

principalmente pelos tratamentos térmicos a que o aço for submetido. O gráfico

seguinte mostra, aproximadamente, a variação de algumas propriedades mecânicas dos

aços comuns esfriados lentamente, em função do teor de carbono.

Figura 15

1.12 - CONSTITUINTES DOS AÇOS CARBONO ESFRIADOS LENTAMENTE

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METALURGIA

1.12.1 – Ferrita

É a solução sólida de ferro carbono no ferro alfa que origina-se na zona crítica durante

o esfriamento, por transformação alotrópica do ferro gama. É a forma estável à

temperatura ambiente. Pode, neste estado, manter a solução sólida pequenas

quantidades de impurezas ( Si, P, Mn etc.) e no máximo, 0,025 % de carbono, a

723º C.

A ferrita é muito dútil e fortemente atraída pelo imã, propriedade esta que não se

manifesta no ferro gama.

1.12.2 - Cementita

É o nome dado ao carboneto de ferro, Fe3C, contendo 6,7 % . É de grande dureza e

muito quebradiço. Dos constituintes que ocorrem nos aços (esfriados lentamente ) é o

mais duro, chegando a riscar o vidro.

1.12.3 – Perlita

É o constituinte micrográfico formado por finas lamelas justapostas de ferrita e

cementita, que ocorre abaixo de 723º Celsius nas ligas de ferro-carbono. A espessura

das lamelas é da ordem de alguns décimos de mícron e habitualmente só são visíveis

com ampliação de mais de 200 vezes.

Como a perlita é formada de lamelas moles de ferrita e outras de cementita, sua dureza

é intermediária entre as duas.

A proporção de cementita que intervém na perlita é aproximadamente de 1 para 6 de

ferrita.

Nos aços de baixo teor de carbono, a perlita se localiza em geral nos contornos dos

grãos de ferrita e, um pouco abaixo de 0,8 % de carbono, os grãos de perlita são

envolvidos ou quase envolvidos por uma rede de ferrita; aspecto análogo a este último

observa-se nos aços hipereutetóide em que essa rede é de cementita.

1.12.4 – Austenita

É a solução sólida de carbono no ferro gama. Apresenta-se sob a forma de grãos

aproximadamente poliédricos, no caso de certos aços-liga, quando ao

microscópio.Com os aços carbono não é possível obtê-la à temperatura ambiente.

Aços-liga inteiramente austeníticos não são atraídos pelo imã, pois o ferro neles

existente está sob a forma gama.

1.13 – IMPUREZAS NOS AÇOS

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METALURGIA

Os aços comuns contêm sempre, além do carbono, pequenos teores de Si, S, Mn, às

vezes Cu, e traços de outros metais ou metalóides.

Essas impurezas podem combinarem-se entre si ( MnS, SiO2, MnO,Al2O3) ou então

com o ferro ( Fe3P, FeS) ou com o carbono ( Mn3C ).

De um modo geral elas se apresentam sob três formas :

- como inclusões: MnS, FeS, Si O2, FeO, Al2 O3;

- como constituintes de um eutético : Fe3P; e

- como solução sólida no ferro ( FeSi, Fe3P ) ou na cementita ( Mn3C ).

As inclusões são vistas ao microscópio, já antes do ataque; eutéticos somente depois do

ataque e as soluções sólidas não são detectáveis com os recursos da micrografia, isto é,

diante de uma estrutura granular homogênea não se pode dizer se são grãos de metal

puro ou de solução sólida. Por isso não se pode avaliar o teor de Si, P ou Mn pela

micrografia.

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