A Ciência da Têmpera do Aço - História e Tecnologia / The Science of Steel Quenching - History and Technology

Resumo

Inicialmente é feita uma breve revisão histórica relacionada à descoberta do ferro. Estudos de artefatos, como lâminas de ferramentas e armas de mais de 1000 anos a.C. permitiram concluir que já existia o conhecimento para aumentar a dureza dos metais, tanto devido ao aumento do teor de carbono quanto pelo resfriamento brusco a partir de altas temperaturas (processo denominado de têmpera ou endurecimento).  Isso sugere que havia um grau considerável de sofisticação por parte desses primeiros ferreiros. Na sequência é apresentado o básico da teoria de materiais e formação da estrutura cristalina de ferro-carbeto de ferro (Fe-Fe₃C), com base no diagrama de fases. Modernamente, a ciência de materiais mostrou que o aumento da temperatura altera a estrutura atômica da ferrita (ferro puro com estrutura CCC) para austenita (FCC), o que permite a inclusão de outros elementos, como o carbono, por exemplo. O processo de têmpera, por outro lado, altera bruscamente a estrutura atômica de austenita para martensita (TCC), mantendo o carbono preso à estrutura final e conferindo ao novo material um aumento significativo de dureza. Embora o contexto do artigo seja, à primeira vista, histórico, o tratamento térmico controlado do aço é essencial para o mundo moderno e é utilizado para garantir que ele tenha as propriedades desejadas na indústria de modo geral.

Palavras-chave: Aço. Estrutura Cristalina. Transição de Fase. Têmpera. Martensita.

ABSTRACT

Initially, a brief historical review related to the discovery of iron is made. Studies of artifacts such as tools blades and weapons from more than 1000 years BC, allowed us to conclude that the knowledge already existed to increase the hardness of metals, both due to the increase in carbon content and sudden cooling from high temperatures (a process called tempering or hardening).   This suggests that there was a considerable degree of sophistication on the part of these early blacksmiths. Next, the basics of materials theory and formation of the crystalline structure of iron- carbide iron (Fe-Fe₃C) based on the phase diagram are presented. Modernly, materials science has shown that increasing temperature changes the atomic structure of ferrite (pure iron with BCC structure) to austenite (FCC), which allows the inclusion of other elements, such as carbon, for example. The quenching process, on the other hand, abruptly changes the atomic structure from austenite to martensite (BCT), keeping the carbon attached to the final structure, giving the new material a significant increase in hardness. Although the context of the article is, at first glance, historical, the controlled heat treatment of steel is essential for the modern world and is used to ensure that it has the desired properties in industry in general.

Keywords: Steel. Crystal Structure. Phase Transition. Quenching. Martensite.