Microestrutura
Em ligas metálicas, a microestrutura é caracterizada pelo número de fases presentes, por suas porções e pela maneira pela qual elas estão distribuídas ou arranjadas. E está diretamente relacionada com a propriedade mecânica da liga. Ela depende de variáveis tais como:
- Elementos de liga.
- Concentrações dos elementos de liga.
- Tratamentos térmico.
O foco dessa seção será mostras o desenvolvimento de microestruturas e sua correlação com o diagrama ferro-carbono. Dessa forma, a discussão é confinada para um resfriamento muito lento, no qual o equilíbrio é continuamente mantido e com o carbono como único elemento de liga.
Na seção sobre tratamentos térmicos trataremos sobre o efeito da velocidade de resfriamento e dos elementos de liga sobre a formação de microestruturas.
Formação da Perlita
A reação eutetóide em aços produz uma microestrutura característica denominada perlita. A perlita não é uma fase, é uma “mistura” de duas fases que ocorrem sob a forma de lamelas paralelas.
O crescimento da perlita ocorre de maneira cooperativa. A reação eutetóide é caracterizada pela transformação da austenita em ferrita e cementita de maneira simultânea. Com o crescimento da partícula de cementita há um empobrecimento do teor de carbono da austenita nas regiões vizinhas até ocorrer a formação da ferrita, como esquematiza a figura abaixo.
Conforme o crescimento da ferrita há uma segregação de carbono para a austenita, até ser atingido o nível de carbono da cementita, quando esta então nuclearia, e assim sucessivamente, com o crescimento para frente e para os lados.
Desenvolvimento da microestrutura de um aço eutetóide
Considerando um resfriamento em condições de equilíbrio a partir do ponto “A” para uma liga de composição eutetóide, 0,77 % de carbono, dentro do campo austenítico, 800 °C.
No ponto “A” temos somente grãos de austenita, e isso continua até o limite desse campo, nesse caso o ponto eutetóide. A transformação de fase ocorre durante essa passagem, a austenita se transforma em perlita (ferrita e cementita). A microestrutura desse aço no campo α + Fe3C corresponde a do ponto “B”, 100% de perlita.
A figura abaixo mostra a microestrutura de um aço de composição eutetóide. As lamelas escuras são de perlita e as claras de ferrita.
Desenvolvimento da microestrutura de um aço hipoeutetóide
Aços carbono ou baixa liga com menos de 0,77% de carbono são aços hipoeutetóides. Pode-se prever a microestrutura desses aços através do diagrama Fe-C. Em resfriamento lento, em condições de equilíbrio, a fração volumétrica de perlita pode variar de 0% a 100%, em função do teor de carbono. A figura mostra a representação esquemática da formação destas estruturas em aços hipoeutetóides.
No ponto “A” da figura temos 100% de austenita. Com o resfriamento lento dessa liga, durante a passagem do campo γ para o α + γ, temos a primeira transformação de fase. A ferrita começa a nuclear nos contornos de grão da austenita, ponto “B” e à medida que ocorre o resfriamento os grãos de ferrita crescem como mostra a microestrutura do ponto “C”. Essa ferrita é denominada de ferrita proeutetóide.
Do campo α + γ para o α + Fe3C ocorre a transformação da austenita remanescente em perlita, logo temos ferrita e perlita, ponto “D”. É importante ressaltar que a ferrita que se formou no campo α + γ, ferrita proeutetóide, não será transformada.
A figura abaixo mostra exemplos dessas microestruturas, a região escura corresponde aos grãos de perlita e a clara aos de ferrita. É importante notar que com o aumento da porcentagem de carbono há um aumento da fração de perlita.
Desenvolvimento da microestrutura de um aço hipereutetóide
Nos aços hipereutetóide resfriados lentamente ocorre a formação de cementita proeutetóide. A figura mostra a representação esquemática da formação destas estruturas.
Representações esquemáticas das microestruturas para uma liga ferro carbono com composição hipereutetóide.
No ponto “A” da figura temos 100% de austenita. Com o resfriamento lento dessa liga, durante a passagem do campo γ para o campo γ + Fe3C, temos a primeira transformação de fase. A cementita começa a nuclear nos contornos de grão da austenita (ponto “B”) e à medida que ocorre o resfriamento os grãos de cementita crescem como mostra a microestrutura do ponto “C”.
Do campo γ + Fe3C para o α + Fe3C ocorre a transformação da austenita remanescente em perlita, logo temos cementita com grãos de perlita, ponto “D”.
A figura abaixo mostra a microestrutura de um aço de composição hipereutetóide. A cementita aparece escura. Podemos notar as maiores lamelas escuras da perlita e a cementita proeutetóide em rede, nos contornos de grãos.
Aço hipereutetóide. A cementita proeutetóide, em rede, e as maiores lamelas de cementita da perlita aparecem pretas. Ataque Picrato de sódio (COLPARET, 2008).
Resumo
Microestrutura é a forma como as fases estão dispostas no material e está diretamente relacionada com a sua propriedade mecânica.
Perlita é um microconstituinte formado pela reação eutetóide e corresponde a ferrita e cementita dispostas em lamelas.
O desenvolvimento de uma microestrutura do diagrama Fe-C parte da transformação austenita, e pode ser resumido conforme a tabela:
| % C | Microestrutura | |
| Hipoeutetóide | < 0,77 | α + Perlita |
| Eutetóide | = 0,77 | Perlita |
| Hipereutetóide | > 0,77 | Fe3C + Perlita |