Diagrama de fase ferro-carbono, mostrando a temperatura e as gamas de carbono para certos tipos de tratamentos térmicos.o objectivo do tratamento térmico do aço-carbono é alterar as propriedades mecânicas do aço, geralmente ductilidade, dureza, resistência ao rendimento ou resistência ao impacto. Note que a condutividade elétrica e térmica são apenas ligeiramente alteradas. Tal como acontece com a maioria das técnicas de reforço do aço, o módulo de Young (elasticidade) não é afetado., Todos os tratamentos de ductilidade de comércio de aço para aumentar a força e vice-versa. Ferro tem uma maior solubilidade para o carbono na fase austenita; portanto, todos os tratamentos de calor, exceto esferoidização e recozimento do processo, começar por aquecer o aço a uma temperatura a que a fase austenítica pode existir. O aço é então extinto (calor extraído) a uma taxa moderada a baixa, permitindo que o carbono difunda-se a partir da austenita formando ferro-carboneto (cementita) e deixando ferrite, ou a uma taxa elevada, prendendo o carbono dentro do ferro, formando martensita., A taxa a que o aço é resfriado através da temperatura eutectóide (cerca de 727 °C) afeta a taxa a que o carbono difunde fora da austenita e forma cementita. De um modo geral, o arrefecimento rápido deixará o carboneto de ferro finamente disperso e produzirá uma pearlite granulada fina e o arrefecimento lentamente dará uma pearlite mais grosseira. Resfriamento de um aço hipoeutectóide (menos de 0,77 wt% C) resulta em uma estrutura lamelar-pearlítica de camadas de carboneto de Ferro Com α-ferrite (ferro quase puro) entre. Se for de aço hipereutectóide (mais de 0.,77 wt % C) em seguida, a estrutura é pearlita cheia com pequenos grãos (maior que a lamela de pearlite) de cementita formada nos limites dos grãos. Um aço eutectóide (0,77% de carbono) terá uma estrutura de pearlite em todos os grãos sem cementita nos limites. As quantidades relativas de constituintes são encontradas usando a regra da alavanca. O seguinte é uma lista dos tipos de tratamentos térmicos possíveis:
forma Esferoidite Esferoidizante quando o aço-carbono é aquecido a aproximadamente 700 ° C por mais de 30 horas., A esferoidite pode formar-se a temperaturas mais baixas, mas o tempo necessário aumenta drasticamente, uma vez que este é um processo controlado por difusão. O resultado é uma estrutura de varas ou esferas de cementite dentro da estrutura primária (ferrite ou pearlite, dependendo de que lado do eutectóide você está). O propósito é suavizar os aços de carbono mais elevados e permitir mais formabilidade. Esta é a forma mais macia e dúctil de aço. O aço de carbono recozido é aquecido a cerca de 40 ° C acima do Ac3? ou Acm?, durante 1 hora, isto garante que todas as ferrite se transformam em austenita (embora o cementite ainda possa existir se o teor de carbono for maior que o eutectóide). O aço deve então ser arrefecido lentamente, no reino de 20 °C (36 °F) por hora. Normalmente é apenas uma fornalha resfriada, onde a fornalha é desligada com o aço ainda dentro. Isto resulta em uma estrutura pearlítica grosseira, o que significa que as “bandas” de pearlite são grossas. O aço totalmente recozido é macio e dúctil, sem tensões internas, o que é muitas vezes necessário para uma formação rentável. Só o aço esferoidizado é mais macio e mais dúctil., Processo de recozimento de um processo usado para aliviar o estresse em um aço carbono trabalhado a frio com menos de 0,3% C. O aço é geralmente aquecido a 550-650 °C por 1 hora, mas às vezes temperaturas tão altas como 700 °C. A imagem para a direita mostra a área onde o processo de recozimento ocorre. O recozimento isotérmico é um processo no qual o aço hipoeutectóide é aquecido acima da temperatura crítica superior. Esta temperatura é mantida por um tempo e, em seguida, reduzida para abaixo da temperatura crítica mais baixa e é novamente mantida. É então arrefecido até à temperatura ambiente. Este método elimina qualquer gradiente de temperatura., A normalização do aço carbono é aquecida a aproximadamente 55 ° C acima de Ac3 ou Acm por 1 hora, o que garante que o aço se transforma completamente em austenite. O aço é então arrefecido a ar, que é uma taxa de arrefecimento de aproximadamente 38 ° C (100 °F) por minuto. Isto resulta em uma estrutura pearlítica fina, e uma estrutura mais uniforme. O aço normalizado tem uma resistência superior à do aço recozido; tem uma resistência e dureza relativamente elevadas. Aquece-se o aço-carbono com pelo menos 0,4 wt% C para normalizar as temperaturas e depois arrefece-se rapidamente em água, salmoura ou óleo até à temperatura crítica., A temperatura crítica é dependente do teor de carbono, mas como regra geral é menor à medida que o teor de carbono aumenta. Isto resulta em uma estrutura martensítica; uma forma de aço que possui um teor de carbono super-saturado em uma estrutura cristalina deformada centrada no corpo (BCC), corretamente denominada tetragonal centrado no corpo (BCT), com muita tensão interna. Assim, o aço aquecido é extremamente duro, mas frágil, geralmente demasiado frágil para fins práticos. Estas tensões internas podem causar fissuras na superfície., Aço aquecido é aproximadamente três vezes mais difícil (quatro com mais carbono) do que Aço normalizado. Martemining (marquenching) Martemining não é realmente um procedimento de temperamento, daí o termo marquenching. É uma forma de tratamento de calor isotérmico aplicado após um efeito de atenuação inicial, tipicamente em um banho de sal fundido, a uma temperatura pouco acima da “temperatura de início martensita”. A esta temperatura, tensões residuais dentro do material são aliviados e alguma bainite pode ser formada a partir da austenita retida que não teve tempo de se transformar em qualquer outra coisa., Na indústria, este é um processo usado para controlar a ductilidade e dureza de um material. Com uma maior inclinação, a ductilidade aumenta com uma perda mínima de resistência; o aço é mantido nesta solução até que as temperaturas interna e externa da peça igualizem. Em seguida, o aço é resfriado a uma velocidade moderada para manter o gradiente de temperatura mínima. Este processo não só reduz o stress interno e as fissuras de stress, como também aumenta a resistência ao impacto., Temperamento este é o tratamento térmico mais comum encontrado, porque as propriedades finais podem ser determinadas com precisão pela temperatura e tempo do temperamento. A temperamento envolve a reaquecimento do aço aquecido a uma temperatura inferior à temperatura eutectóide e, em seguida, arrefecimento. A temperatura elevada permite formar pequenas quantidades de esferoidite, o que restaura ductilidade, mas reduz a dureza. As temperaturas e os tempos reais são cuidadosamente escolhidos para cada composição., O processo é o mesmo que o processo de transformação é o mesmo que o processo de transformação, exceto que o efeito de atenuação é interrompido e o aço é mantido no banho de sal fundido a temperaturas entre 205 °C e 540 °C, e, em seguida, arrefecido a uma taxa moderada. O aço resultante, chamado bainite, produz uma microestrutura acicular no aço que tem grande resistência (mas menos do que martensita), maior ductilidade, maior resistência ao impacto, e menos distorção do que o aço martensita. A desvantagem de um ajuste é que ele pode ser usado apenas em alguns aços, e requer um banho de sal especial.