REVENIDO

Universidade de São PauloEscola de Engenharia de São CarlosDepartamento de Engenharia de Materiais, Aeronáutica e Automobilística

Engenharia e Ciência dos Materiais I

Prof. Dr. Cassius O.F.T. Ruchert

RevenidoNo estado temperado, a martensita, além de ser mais dura, é tãofrágil que não pode ser utilizada para a maioria das aplicaçõesAs tensões internas que possam ter sido introduzidas durante atêmpera tem um efeito de enfraquecimentoA ductilidade e a tenacidade podem ser aprimoradas e as tensõesinternas aliviadas através um tratamento de revenido

O revenido é conseguidoatravés do aquecimentode um aço martensíticoaté uma temperaturaabaixo do eutetóidedurante um intervalo detempo específico

Martensita Revenida

O tratamento térmico de revenido permite, através deprocessos de difusão, a formação de martensitarevenida

revenidamartensitamartensita →),( monofásicaTCC )( 3CFefases +α

Onde a martensita TCC monofásica, que estásupersaturada em carbono se transforma emmartensita revenida, composta por ferrita e cementitaA microestrutura da martensita revenida consiste empartículas de cementita extremamente pequenas euniformemente distribuídas

(a) Martensita obtida após o processo de têmpera deaço; (b) Martensita revenida de um aço com 0,5% deC, em peso [Shackelford, 2000].

Martensita X Martensita Revenida

Propriedades Mecânicas

A martensita revenida pode ser quase tãodura e resistente quanto a martensita,porém com ductilidade e tenacidadeaprimoradasA dureza e resistência são explicadas pelogrande número de contornos entre asfases ferrita e cementita devido àsnumerosas e finas partículas de cementitaA fase cementita, dura, reforça a matriz deferrita ao longo dos contornos e atuamcomo barreiras de discordâncias durante adeformação plásticaA fase ferrita, é muito dúctil erelativamente tenaz, o que responde pelamelhoria da ductilidade e tenacidade namartensita revenida

Propriedades MecânicasAs variações depropriedades mecânicassão dependentes dotempo e temperatura dorevenido (devido serprocesso difusional)Como a difusão docarbono está ligada àformação de martensitarevenida, o aumento detemperatura irá acelerar oprocesso de difusão, ataxa de crescimento daspartículas de cementita eassim a taxa deamolecimento

Propriedades Mecânicas

Com o aumento de tempo,a dureza diminui, o quecorresponde aocrescimento e coalescênciadas partículas de cementitaO coalescimento é idênticoao tratamento deesferoidização, por isso emtratamentos à temperaturasque se aproximam doeutetóide e após váriashoras a estrutura serácomposta por cementitaglobulizada

Martensita revenida globulizada

Efeito Temperatura

Efeito Tempo

Fragilidade revenido

1045 temperado

Etapas do Revenido

Sendo a martensita uma estrutura metaestável, oaquecimento facilita a busca do equilíbrio

A metaestabilidade da martensita é caracterizada pelapermanência de átomos de carbono nos interstíciosem que se encontravam a austenita

Com o aquecimento fornece-se energia para adifusão e o carbono sai da supersaturação,precipitando-se como carbonetos

As reações que ocorrem no revenido acontecem emseqüência a medida que se aumenta o tempo e/ou atemperatura do tratamento

Primeira Etapa Revenido (Etapa 1)

Temperaturas de 100/150oC até 250oC

Também chamado de alívio de tensões, pois nenhuma mudançaestrutural ocorre embora a tenacidade aumente

Aços com teores menores que 0,25% de C – difusão do carbonona martensita, aglomerando-se nas discordâncias

Aços com teores maiores que 0,25% de C – ocorre aprecipitação de um carboneto metaestável, hexagonal compacto(HC) , o carbeto-ε

A precipitação de carbonetos provoca uma perda importante deC, que ao final dessa etapa perde parcialmente suatetragonalidade e se transforma numa rede cúbica. Aindapermance supersaturada em relação à ferrita

Segunda Etapa Revenido (Etapa 2)

Temperatura entre 200o C e 350o C

Essa etapa ocorre apenas quando há a presençade austenita retida, por isso é muito importante emaços com teores elevados de C e elementos deliga onde o teor de austenita retida é muito alto

Nessa etapa a austenita retida se transforma embainita. Essa bainita na terceira etapa sofre umaprecipitação de carboneto de ferro transformando-se ao final em cementita e ferrita

Terceira Etapa Revenido (Etapa 3)

Temperaturas acima de 350ºCO carboneto ε formado na primeira etapa transforma-seem cementitaAumentando a temperatura forma-se um precipitado decementita nos limites das agulhas de martensita e em seuinteriorAumentando mais ainda a temperatura a cementita dointerior das agulhas são redissolvidas, engrossando acementita, que envolve a martensitaCom o aumento da temperatura essa cementita vaitornando-se descontinua nos limites das agulhas demartensitaFinal Processo: estrutura martensita revenida

Terceira etapa: martensita revenida

Para temperaturasabaixo de 400o Cocorre o início daformação depequenos glóbulosde cementita

O aspecto é o típicoda martensita, pois acementita não sesepara da matriz

Terceira etapa:

Entre 400oC e 720oC acementita tende a seglobulizar e perde acoerência com a matriz

O aço apresenta-se agoracom uma estruturaconstituída de pequenaspartículas de cementita,geralmente tendendo paraa forma esferoidal(esferoidita) em um fundode ferrita. Dureza caibastante e há um aumentoapreciável da tenacidade.Mais fácil usinar.

Terceira etapa: estrutura esferoidizada

Acima de 600oC a matrizrecristaliza com a formação denovos grãos ferrítico

A continuação do processo éum coalescimento contínuo daspartículas de cementita. Essaestrutura é típica também dorecozido de esferoidização

É a estrutura mais estável detodos os agregados de ferrita ecementita

Austenita Retida(REVENIDO)

Quando na microestrutura dosaços aparece austenita retida astransformações no revenidotornam-se um pouco maiscomplexasInicialmente há a transformação demartensita TCC em martensitacúbica e a precipitação decarbonetos o que se manifestacom um escurecimento damartensita.O fundo branco sobre o qual sedestaca o reticulado martensítico éa austenita que não se transformou

Austenita Retida

A partir de 225o C começa adecomposição da austenita

Há um gradualdesaparecimento do fundobranco de austenita e umescurecimento progressivo detoda a estrutura (carbonetos)

No caso desse aço atransformação de austenitaem outros constituintes ocorreentre 225oC e 375oC

Austenita Retida

No caso desse aço ele atinge omáximo de escurecimento daestrutura em 400oC

Após essa temperaturacomeçam a surgir partículasclaras de cementita e suaesferoidização que se completaem temperaturas mais elevadas

Transformação da Austenita Retida

o A quantidade de austenita retida presente nos açostemperados depende de fatores como: composição,temperatura de austenitização, meio de resfriamento, etc.

o As figuras mostram a relação da porcentagem de carbono eda temperatura de austenitização com a quantidade deaustenita retida

o A própria transformação da austenita retida durante orevenido é influenciado pelo teor de carbono

Transformação da Austenita Retida

O processo de transformação de austenita retida éinfluenciada também pela adição de elementos de ligaEm aços alto C, alto Cr, aços ferramenta, a austenita émuito estável , exigindo muito tempo para se transformar, eem muitos casos nem após 1000 horas de permanência elase transforma

O caso ao lado o aço é umcromo-vanadio-molibdeniocom 1,0%de C e 5,13% deCr. Nota-se que atemperaturas baixas énecessário um tempo muitolongo para a transformaçãoe a 600o C apenas 30minutos

Duplo RevenidoEm aços em que a austenita leva um tempo muito grandepara se transformar, embora ela não se transforme, aaustenita sofre modificações com a precipitação decarbonetos diminuindo a supersaturação em carbono eelementos de liga

A saída desses elementos desestabiliza a austenita,aumenta Ms e no resfriamento subseqüente essa austenitase transforma em martensita

Dessa forma tem-se martensita revenida e essa novamartensita formada sem revenir (frágil)

Essa situação induz uma certa fragilidade, portanto torna-senecessário mais um revenido

Fragilidade do Revenido (FR)O objetivo do revenido é aumentar a tenacidade,entretanto em alguns casos (médio/baixo carbono e baixaliga), o revenido pode ter efeito contrário fragilizando omaterial (queda tenacidade).Quando se efetua o revenido em temperaturas entre 230o

C e 570o C em algumas classes de aços há umadiminuição de tenacidade

Pode ser eliminada empregando-secomposições com alto teor de Si,pois inibe o início de precipitaçãode carbonetos.

As prop. mec. de resistência à tração,limite de escoamento, elongação eestricção, não são afetadas pelafragilização, porém a mesmapossui um efeito adverso napropriedade de tenacidade aoimpacto

Impa

cto

Causas Possíveis da Fragilidade de Revenido

Formação de uma rede ou película que envolve as agulhas demartensita;Impurezas e precipitação de Fe3C sobre os contornos de

grãos da austenita anterior;Precipitação de plateletes finos de Fe3C sobre os contornos degrãos da austenita anterior ou sobre os contornos entreagulhas (“interlaths”)Segregação de impurezas como fósforo (P), enxofre (S),nitrogênio (N), antimônio (Sb), arsênio (As), estanho (Sn), esilício (Si), para os contornos de grãos da austenita anterior oupara as interfaces de carbeto/ferrita

Todos dentro do intervalo de temperatura ondeocorre a FR

Influência Vel. Resfriamento

Aço SAE 5140 (0,40%C e0,70 a 1,10%Cr) revenidoa 620 oC durante duashoras.

A figura ao lado mostracomo o resfriamentorápido após o revenido àtemperatura perigosamelhora a temperatura detransição dúctil-frágil.

Problema: Tensões residuais

Aços Susceptíveis à Fragilidade

Aços -liga de baixo teor de liga

Aços que contém apreciáveis quantidades deMn, Ni, Cr, Sb*, P, S

Aços ao Cr-Ni são os mais suceptíveis aofenômeno, mas a adição de molibdênio (Mo), emporções de 0,5% em peso ou menos, reduz suasusceptibilidade à FR

* é o mais prejudicial

Como minimizar a fragilidade do revenido

Manter os teores de P abaixo de 0,005% e S menor0,01%

A adição de Mo em porcentagens de 0,15 a 0,5% de Cé muito efetiva em evitar tal fragilidade

Um aço fragilizado pode ter sua tenacidade restauradareaquecendo-o a uma temperatura maior que 550 °Cseguido de resfriamento rápido para evitar apermanência prolongada no aço nas temperaturas ondehá fragilidade.

Revenido nos aços ligados

Quando há a presença deelementos de liga nos açosas reações de revenidomudam sensivelmenteprincipalmente na presençade elementos comtendência a formarcarbonetos

Para elementos sem estatendência há um atrasodas reações que confereuma maior resistência aoamolecimento

Revenido nos aços ligados

O Si tem um efeito endurecedor deferrita por solução sólida, por issohá uma grande variação da durezacom teores crescentes de Si

A adição de Si evita também afragilização do revenido

Tanto o Si como outros elementoscom tendência a formar carbonetos(Cr,Mo,W,V,Ti,Ni,Mn,Nb) retardam aperda da tetragonalidade damartensita e atrasam aesferoidização e engrossamentodas agulhas de martensita

Revenido nos aços ligados

Acima de 500o C os açoscontendo fortes formadores decarbonetos precipitam outroscarbonetos às custas dadissolução da cementita, essaetapa é considerada a 4a

etapa do revenido

Nessa etapa os carbonetos seformam de maneira bastantedispersa na matriz. Se foremcoerentes com a matrizformam o chamadoendurecimento secundário ,como o encontrado em açosferramentas

Revenido nos aços ligados

A precipitação de carbonetoscoerentes em teores baixosprovoca um patamar dedureza, enquanto que emteores mais altos provoca oendurecimento secundário

É possível, saber oincremento de dureza obtidono revenido, para teorescrescentes do elementoadicionado

AUSTEMPERA E MARTEMPERA

Problemas práticos no resfriamentoconvencional e têmpera

A peça/ parte poderá apresentar empenamento ou fissurasdevidos ao resfriamento não uniforme. A parte externaesfria mais rapidamente, transformando-se em martensitaantes da parte interna. Durante o curto tempo em que aspartes externa e interna estão com diferentesmicroestruturas, aparecem tensões mecânicasconsideráveis. A região que contém a martensita éfrágil e pode trincar.

Os tratamentos térmicos denominados de martempera eaustempera vieram para solucionar este problema

MARTEMPERA

O resfriamento étemporariamente interrompido,criando um passo isotérmico,no qual toda a peça atinja amesma temperatura. A seguiro resfriamento é feitolentamente de forma que amartensita se formauniformemente através dapeça. A ductilidade éconseguida através de umrevenido final.

AUSTEMPERA

Outra alternativa para evitardistorções e trincas é o tratamentodenominado austêmpera, ilustradoao lado

Neste processo o procedimento éanálogo à martêmpera. Entretanto afase isotérmica é prolongada atéque ocorra a completatransformação em bainita. Como amicroestrutura formada é maisestável (alfa+Fe3C), o resfriamentosubseqüente não gera martensita.Não existe a fase de reaquecimento,tornando o processo mais barato.