Austenita - Austenite

Diagrama de fases ferro-carbono, mostrando as condições em que a austenita (γ) é estável no aço carbono.
Alótropos de ferro; ferro alfa e ferro gama

A austenita , também conhecida como ferro de fase gama ( γ-Fe ), é um alótropo metálico não magnético do ferro ou uma solução sólida de ferro , com um elemento de liga . No aço carbono , a austenita existe acima da temperatura eutetóide crítica de 1000 K (727 ° C); outras ligas de aço têm diferentes temperaturas eutetóides. O alótropo de austenita é nomeado após Sir William Chandler Roberts-Austen (1843–1902); existe em temperatura ambiente em alguns aços inoxidáveis ​​devido à presença de níquel que estabiliza a austenita em temperaturas mais baixas.

Alótropo de ferro

De 912 a 1.394 ° C (1.674 a 2.541 ° F) o ferro alfa passa por uma transição de fase da configuração cúbica centrada no corpo (BCC) para a configuração cúbica centrada na face (FCC) do ferro gama, também chamada de austenita. Este é similarmente macio e dúctil, mas pode dissolver consideravelmente mais carbono (tanto quanto 2,03% em massa a 1.146 ° C (2.095 ° F)). Essa forma gama de ferro está presente no tipo de aço inoxidável mais comumente usado para a fabricação de equipamentos hospitalares e de alimentação.

Material

Austenitização significa aquecer o ferro, metal à base de ferro ou aço a uma temperatura na qual ele muda a estrutura do cristal de ferrita para austenita. A estrutura mais aberta da austenita é então capaz de absorver carbono dos carbonetos de ferro do aço carbono. Uma austenitização inicial incompleta pode deixar carbonetos não dissolvidos na matriz.

Para alguns metais de ferro, metais à base de ferro e aços, a presença de carbonetos pode ocorrer durante a etapa de austenitização. O termo comumente usado para isso é austenitização em duas fases .

Austemperante

A austêmpera é um processo de endurecimento que é usado em metais à base de ferro para promover melhores propriedades mecânicas. O metal é aquecido na região de austenita do diagrama de fase de ferro- cementita e então temperado em um banho de sal ou outro meio de extração de calor que esteja entre as temperaturas de 300–375 ° C (572–707 ° F). O metal é recozido nesta faixa de temperatura até que a austenita se transforme em bainita ou ausferrita (ferrita bainítica + austenita com alto teor de carbono).

Ao alterar a temperatura para austenitização, o processo de austemperagem pode produzir microestruturas diferentes e desejadas. Uma temperatura de austenitização mais alta pode produzir um maior teor de carbono na austenita, enquanto uma temperatura mais baixa produz uma distribuição mais uniforme da estrutura austemperada. O teor de carbono na austenita em função do tempo de austenite foi estabelecido.

Comportamento em aço carbono simples

Conforme a austenita esfria, o carbono se difunde para fora da austenita e forma carboneto de ferro rico em carbono (cementita) e deixa para trás ferrita pobre em carbono . Dependendo da composição da liga, uma camada de ferrita e cementita, chamada perlita , pode se formar. Se a taxa de resfriamento for muito rápida, o carbono não tem tempo suficiente para se difundir e a liga pode sofrer uma grande distorção de rede conhecida como transformação martensítica na qual se transforma em martensita , uma estrutura tetragonal centrada no corpo (BCT). o resfriamento determina as proporções relativas de martensita, ferrita e cementita e, portanto, determina as propriedades mecânicas do aço resultante, como dureza e resistência à tração .

Uma alta taxa de resfriamento de seções grossas causará um gradiente térmico acentuado no material. As camadas externas da parte tratada termicamente resfriarão mais rápido e encolherão mais, fazendo com que fique sob tensão e manche termicamente. Em altas taxas de resfriamento, o material se transformará de austenita em martensita, que é muito mais dura e gerará rachaduras em deformações muito mais baixas. A mudança de volume (a martensita é menos densa que a austenita) também pode gerar tensões. A diferença nas taxas de deformação da parte interna e externa da peça pode causar o desenvolvimento de rachaduras na parte externa, obrigando o uso de taxas de têmpera mais lentas para evitar isso. Ao ligar o aço com tungstênio , a difusão do carbono é retardada e a transformação para alótropo BCT ocorre em temperaturas mais baixas, evitando assim a trinca. Diz-se que tal material tem sua temperabilidade aumentada. A têmpera após a têmpera transformará parte da martensita frágil em martensita temperada. Se um aço de baixa temperabilidade for temperado, uma quantidade significativa de austenita ficará retida na microestrutura, deixando o aço com tensões internas que deixam o produto sujeito a fraturas repentinas.

Comportamento em ferro fundido

O aquecimento do ferro fundido branco acima de 727 ° C (1.341 ° F) causa a formação de austenita em cristais de cementita primária. Esta austenização do ferro branco ocorre na cementita primária no limite da interfase com a ferrita. Quando os grãos de austenita se formam em cementita, eles ocorrem como aglomerados lamelares orientados ao longo da superfície da camada de cristal de cementita. A austenita é formada pela difusão de átomos de carbono da cementita para a ferrita.

Estabilização

A adição de certos elementos de liga, como manganês e níquel , pode estabilizar a estrutura austenítica, facilitando o tratamento térmico de aços de baixa liga . No caso extremo do aço inoxidável austenítico , um teor de liga muito maior torna esta estrutura estável mesmo à temperatura ambiente. Por outro lado, elementos como silício , molibdênio e cromo tendem a desestabilizar a austenita, elevando a temperatura eutetóide.

A austenita só é estável acima de 910 ° C (1.670 ° F) na forma de metal a granel. No entanto, os metais de transição fcc podem ser cultivados em uma cúbica centrada na face (fcc) ou cúbica de diamante . O crescimento epitaxial da austenita na face do diamante (100) é viável por causa da combinação próxima da rede e a simetria da face do diamante (100) é fcc. Mais do que uma monocamada de γ-ferro pode ser cultivada porque a espessura crítica para a multicamada tensionada é maior do que uma monocamada. A espessura crítica determinada está de acordo com a previsão teórica.

Transformação de austenita e ponto Curie

Em muitas ligas ferrosas magnéticas, o ponto de Curie , a temperatura na qual os materiais magnéticos param de se comportar magneticamente, ocorre quase à mesma temperatura da transformação da austenita. Esse comportamento é atribuído à natureza paramagnética da austenita, enquanto tanto a martensita quanto a ferrita são fortemente ferromagnéticas .

Emissão termo-óptica

Durante o tratamento térmico , um ferreiro causa mudanças de fase no sistema ferro-carbono para controlar as propriedades mecânicas do material, geralmente usando os processos de recozimento, têmpera e revenimento. Nesse contexto, a cor da luz, ou " radiação de corpo negro " emitida pela peça de trabalho é um medidor aproximado de temperatura . A temperatura é frequentemente medida observando-se a temperatura de cor do trabalho, com a transição de um vermelho-cereja profundo para vermelho-alaranjado (815 ° C (1.499 ° F) a 871 ° C (1.600 ° F)) correspondendo à formação de austenita em aços de médio e alto carbono. No espectro visível, esse brilho aumenta à medida que a temperatura aumenta. Quando vermelho-cereja, o brilho está próximo de sua intensidade mais baixa e pode não ser visível na luz ambiente. Portanto, os ferreiros geralmente austenitizam o aço em condições de pouca luz, para ajudar a avaliar com precisão a cor do brilho.

Veja também

Referências