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

Alessandro Souza Carneiro

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<line> Centro Unv*rsitário Santo Agostinho </line>

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<line> www*.fsanet.com.*r/revista </line>

<line> ISSN Impresso: 1*06-6356 IS*N Elet*ônico: 2317-2983 </line>

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<line> A C*ência da Têmpera do Aço - História * T*cnologia </line>

<line> *he *cienc* *f Steel Quench**g - History an* Technology </line>

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<line> *less*n*ro de Souz* Carneiro </line>

<line> Dou**r em F*sica para *niv*rsida*e *e São Pa*lo </line>

<line> Professor do Inst*tu*o de Física pela ***versidad* Federal de Cata*ão </line>

<line> E-mail: a*essandroca*neiro@ufcat.edu.b* </line>

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<line> En*ereço: Alessand*o de Souza *ar*eiro </line>

<line> Edi**r-Chefe: </line>

<line> Kerley </line>

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<line> Uni*ersidade Federa* d* Catalão - U*cat. Av. Dr. </line>

<line> Rod*igues </line>

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<line> Lamartine P. *e Av*lar, 1120, Seto* Uni*er*itár*o, </line>

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<line> CEP: 7570*-02* C*talão/Go, B*asi*. </line>

<line> Artigo recebi*o em 28/05/2024. Última </line>

<line> versão </line>

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<line> *valiado pelo sis*e*a Tri*le Review: D*sk Revie* *) </line>

<line> p*lo Editor-Chefe; e b) Doubl* Blind *e*iew </line>

<line> (avali**ã* ceg* por dois *valiadore* *a área). </line>

<line> Re*isão: Gr*matical, N*rmat*va e de For*atação </line>

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<line> A *iênci* da Têmper* *o Aço - Hist*ria e Tecnolog*a </line>

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<line> Inicialmente é *e*ta uma b*eve rev**ão his*órica relacionada à d*scobe**a do ferro. Estudos de </line>

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<line> arte*atos, com* lâminas de ferramentas e *rmas d* m*is de </line>

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<line> con*luir que exis*ia o conhecimento par* aumentar * dur*z* dos me*ais, tanto já </line>

<line> devido a* </line>

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<line> aumento </line>

<line> do *eo* *e carbo*o quan*o pelo *e*fria*ento brusco a part*r </line>

<line> de *ltas temperatu*as </line>

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<line> (processo deno*i**do *e têmpera *u endurecim*nto). *sso sugere q*e havia um </line>

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<line> considerável de sofistic*çã* po* parte desses primeiros ferr*iros. N* seq*ência é apresentado </line>

<line> o bási*o da teoria *e ma*eriais e f*rmação da estrutura cristali*a de ferro-**rbeto de ferro (Fe- </line>

<line> Fe3C), com base *o **ag*ama de fa**s. Mo*er*a**nte, a ciên*ia de m*teriais *ostrou que o </line>

<line> *u*ento da *emperatura altera a estr*t*r* atômica da f*rrita (ferro pur* c** e*t**tura CCC) </line>

<line> para *ustenita (FCC), o que *er*ite a *nclusão *e outros e*emento*, como o carbono, por </line>

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<line> exemplo. processo de * </line>

<line> *êmpera, por outr* lado, altera bruscamente *s*rutura a*ômica a </line>

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<line> *u*t*nita para martensita (TCC), mant*ndo o car*o*o preso à estrutura f*nal e co*f*rindo ao </line>

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<line> novo material um *ume*to signifi*at*vo de </line>

<line> durez*. Embora o co*texto d* a*ti** sej*, </line>

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<line> tr*t*ment* térm*co control*d* *o </line>

<line> aço é e*senci*l para m**d* o </line>

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<line> moderno e * utilizado para garantir *ue ele tenha as propriedades desej*das na indústria </line>

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<line> Palavras-chave: Aço. Estrutura Cr*stali*a. Transição de Fase. Tê*pera. Mart*nsi*a. </line>

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<line> Ini*ially, a brief historic** rev*ew related *o the discove*y of iron is made. Studies of artifacts </line>

<line> s**h as tools blades a*d weapons from more t*an 100* years BC, allowed u* to conclude that </line>

<line> the knowledg* alread* exi*ted to increase the har*ness of *etals, both *ue to the in*reas* in </line>

</par>

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<line> ca*bon co*tent and sudden coolin* </line>

<line> from high temperat*re* (a process cal*ed tempering or </line>

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<line> hard*ning). This su*gests that the*e was a conside*able degree of soph**tication on t*e part </line>

<line> of thes* early blacksmiths. Ne*t, *he bas*c* of materials theory a*d formati*n of the </line>

<line> crystalli*e st*u**ure of iron- carb*de iro* (Fe-Fe3C) ba*ed on th* phase diagram are pres*nt*d. </line>

</par>

<par>

<line> *ode*nly, mater*als </line>

<line> science has s*ow* that *ncreasing t*mp*ratu*e change* </line>

<line> th* atomic </line>

</par>

<par>

<line> structu** of </line>

<line> ferri** (pure iron with *C* structure) </line>

<line> *o au*te**te (FCC), which allo*s *he </line>

</par>

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<line> inclusion of other ele*ents, such as *arbon, for exa*ple. The q*enching pr*ce*s, on *he oth*r </line>

<line> hand, abrupt*y chan*es the atomic struc*ure f*om *ust*nite to mart*nsite (B*T), kee*i*g the </line>

</par>

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<line> carbon *t*ac*e* </line>

<line> to th* final str*cture, giv*ng the n*w materia* a </line>

<line> significant increas* in </line>

</par>

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<line> hardnes*. Althoug* the context of the arti**e is, at first *lance, hi*torical, the controlled heat </line>

<line> treatm*nt of steel *s esse**ia* for the modern *orld an* ** used t* ensure t*at it has the desir*d </line>

<line> Keywords: Steel. Crystal Structu*e. Phase Transi**on. Quenching. Mar*ensite. </line>

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<line> Rev. F*A, Te*esina **, v. *1, n. 7, art. 9, p. 1*4-187, jul. 2*24 </line>

<line> www4.fsanet.c*m.b*/revista </line>

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<line> A. S. Carneiro </line>

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<line> A p*odução de me*ais é prova**lmente *ma das ci*ncias *ais antigas conhecidas pela </line>

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<line> hu*anida**. Antigos reg*stros </line>

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<line> Sam*rra, Iraque, datam de aproximada*en*e 5*00 a.C. (TYLECOTE, 2002). Entretan*o, </line>

<line> acredita-s* que o uso de cobre ante*e*e o *e fe*ro em milên*os. *sto *e**rre da naturez* d*s </line>

</par>

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<line> fontes de cobre. Dif*rente </line>

<line> do ferro, o cobr* er* e*contra*o co* frequênc** em *e* </line>

<line> estado </line>

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<line> nat*v*, isto é, no estado me*áli**. ***im, sem n*cessidade de qualquer *rocesso complexo era </line>

<line> possível produz** os mais var**d*s utens*lios dom*st*cos, *e**rativ*s * artíst**os </line>

<line> (TYLECOT*, 2002). O cobre tornou-se *bsolutame**e c*u*ial *os reinos antigos * medievai* </line>

<line> do Ir*, Egito, da Ana**lia (atualme*te Turquia), d*s civiliza*ões *re*a* e r*mana, da China, </line>

</par>

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<line> Ín**a, *uropa e Japão (W*R**IME, 196*; WERT*ME, 1*73). A inv*nção ** </line>

</par>

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<line> freq**nteme**e considerada uma da* </line>

<line> grande* re*oluções t*cnológicas da h*manidade. </line>

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<line> P*oduzido a pa*t*r d* adi*ão de est*nho a* cobre, na prop**ç** de até 1*% em massa, leva a </line>

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<line> um d*ástic* aum*nto na resi*tênci*, </line>

<line> e*te**endo *normemente sua aplic*ção. * bronze </line>

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<line> começo* a *er p*oduz**o e trabalh*do </line>

<line> na ú**ima f**e da Pré-H*s*ór*a, *hamada de Idade </line>

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<line> Br*nze, que ocorreu e**r* 4000 * 15*0 a.C. *s p*vos antigos *ti*iz*vam o b*onz* **ra </line>

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<line> confe*ção </line>

<line> de arma* (esp*das, capacetes, lanças, facas, martelos etc.), confe*ção d* estátuas, </line>

</par>

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<line> joias. </line>

<line> Houve ainda a </line>

<line> *dição de antimônio, ní*uel e bismuto ao cobre. *ale ress*ltar que o </line>

</par>

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<line> ferro fo* , pr**avelme*t*, desco*erto co*o um subp*od*t* d* proc*sso da fu*diç*o *e cob*e </line>

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<line> e chumbo </line>

<line> com* a descoberta d* outr** meta**: a*sên**, antimô*i*, bismut*, estanho </line>

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<line> óxidos *e z*nco (*ER*IME, 1*73). </line>

<line> * processo de extração do ferro de *eus **n*rios, processo m*i*o mais dif**il do que </line>

<line> fundir c*bre e estanh* (~ 900 ºC), mudou tot**mente a *um*n*dade * partir *e 1.*0* a.C., </line>

</par>

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<line> marc*ndo início da Idad* do Ferr*. *ma séri* *e art*fatos de fe*r*, cobrind* um período * </line>

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<line> aproxima*o d* 1000 a.C. a 1*00 </line>

<line> d.C., for*m exa*i*a*os metal*graficame*te. Co*cluiu-se </line>

</par>

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<line> que houve pouca mudan*a na fabrica*ão *e fe*ro d*rante est* perío*o de 2*00 anos (PENSE, </line>

<line> 2000). O ferro primitiv* e*a extraído do *inério de ferro p*r meio ** forn*s construídos d* </line>

</par>

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<line> arg*la res**tentes ao fogo cuj* fun*ioname**o era semelh*nte ao dos </line>

<line> a*tos-fornos atu*i*, </line>

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<line> contudo, inc*paz*s ** gerar te*peraturas sufici*ntemente a*tas p*ra *rod*zir ferro líq*ido </line>

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<line> (**ima *e 1500 ºC). Em vez d*sso, o pr*duto *inal d* p**cesso </line>

<line> era ferro </line>

<line> esponja (ferro </line>

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<line> metálico par*ialmente *undido c*m bai*o teor de c*r*ono) *isturado *om escó*ia *e sil**ato * </line>

<line> carvão acum*lado* no **ndo do *o*no. Essa ma*sa *e ferro dúctil (flexível) era então forjada </line>

<line> Rev. **A, *eresina, v. *1, *.7, art. *, p. 174-187, jul. 2024 ww*4.fsanet.com.b*/revi*t* </line>

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<line> A Ci**c*a da Têmpera do A** - Hi*tória e Te**o*og*a </line>

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<line> (marte*ada * q*ent*) para *iberaçã* de esc*rias (impurezas), sendo *epois refundi*o em </line>

<line> pequ*nos cadinhos *e argila e *eixados *ara res**iar lentamente. </line>

<line> * REF*RESNCIAL T*ÓRICO </line>

<line> Devido à va*iação do min*rio de **rro e a habilidade de cada artesão, a produção do </line>

</par>

<par>

<line> aço era m**tas v*zes *e ba*xa qualidade e de produção li*itada (*ACKENZIE, </line>

</par>

<par>

<line> utilidade desse nov* mat*ri*l só *oi a*pliada c*m o desenvolvime**o de t***icas qu* </line>

</par>

<par>

<line> aumentaram </line>

<line> s** re*istência me*ânica. Prova*elmente, a práti*a acumulada de a*os mostrou </line>

</par>

<par>

<line> *ue, de*xando a peça fo*jada em co*tat* com carvão a *ltas tempe*aturas, uma </line>

<line> prog*essiva </line>

</par>

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<line> c*rbu*ação do ferro ocorre*ia por d*fu**o d* carbon* da *uperfície pa*a se* interior (processo </line>

</par>

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<line> ** cementação1), transf*rm*ndo-o em um novo material: *ço, lig* de ferro * ca*bono o </line>

<line> (TYLECOT*, 20*2). O carbono, introduzido no ferro *essa f*rma, *r*move ** aumen*o *a </line>

</par>

<par>

<line> d*reza da peça **ós têmpera, processo q*e s*rá detalhado à frente, * </line>

<line> u*ando um contexto </line>

</par>

<par>

<line> hist**i*o. *mbora a du**za est*vesse restrit* às *amadas s*perficiai* da pe*a em decorrência </line>

</par>

<par>

<line> da difusão do </line>

<line> carbono no estado sólido, *oi *arti*ularm*n*e releva*te *ara a produção de </line>

</par>

<par>

<line> a*guns ar**fatos, especialm*n*e lâmi*as </line>

<line> de ferrame*tas e </line>

<line> armas (*ACKEN*IE, 2008; </line>

</par>

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<line> P*NSE, 2000; SCOTT, 199*; TYL*C*TE, *002). </line>

<line> Neste se*t*do, Macke*zie (2008, p. 68) chama a at*nção para textos de anti*os </line>

</par>

<par>

<line> *uto*es, *omo Heródo*o, Xenofon*e e Es*rabão e para </line>

<line> achados a*que*lógicos que sugere* </line>

</par>

<par>

<line> qu* trabalho* co* ferro foram desenvolvido* no Ori*nte Médio, perto do </line>

<line> planalto da </line>

</par>

<par>

<line> Anat*lia, pelos hiti*a*, en*re 1400 e 1200 a.C. P*ov*velmente, *ma *as primeiras r*ferê**i** à </line>

</par>

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<line> fundição e ferramentaria *ieram do Antigo *estamento, à </line>

<line> em Gênesis 4:22 </line>

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<line> t*mbém tev* um filho, Tubal-Caim, que era um art*fice de *ron*e e ferr*". </line>

<line> *onc*ui-se que, *e *lguns a*te*ato*, especific*mente l*m*na* de f*rramentas e arma* </line>

<line> (facas, espadas, p*ntas de lanças e flexas), os h*t*tas *ão só pr*duz*ram f*rro regu*armente, </line>

<line> *a* também sabiam como cementá-lo pa*a a*m*nta* sua força. Isso t*rnaria o ferr* fo*t*, o </line>

</par>

<par>

<line> s*fic*ent* *ar* ser efica* </line>

<line> con*ra armas </line>

<line> de bronze. S* isso é </line>

<line> verdade, um mínimo ** </line>

</par>

<par>

<line> conhecim*nto empírico d* com* **uecer o f*rr* em atmosfera de cem*ntação (*rovavelme*te </line>

<line> s*bre * le*to de ca*vão e* brasa) deve ter exi*tido; embora nada ind*que que *ivess*m </line>

</par>

<par>

</column>

<row> Cementação: Consis*e em introduzir maior quanti*ade de car*ono em superfície* de aço com bai*os t*ore* </row>

</column>

</par>

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<line> des*e elemento. * *ndicada para a*os-carbono ou aços-ligas *ujo teor or**ina* de carbo*o é inferio* a 0,*5%. Na </line>

<line> cem*ntação, * peça é colocada em co*tato com substâ*cias r*c** em *arb*no qu* *odem ser de orige* sól**a, </line>

<line> gasosa, líquida ou plasma a altas tem*eraturas por longo* períodos de *empo. </line>

<line> Rev. FS*, Teresina PI, v. *1, *. 7, art. 9, p. 17*-187, j**. 2024 w*w*.fsane*.com.br/revista </line>

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<line> A. S. Carnei*o </line>

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<line> ***lque* compreensão teóri*a dos ef*it*s do seu esforço no p*oces*a*ento metalúrgico </line>

<line> (PENSE, 2*00). *utro ant*go **fer*ncial sugere um conheci*ento *r*coce dos efeitos de </line>

<line> tê*pera p*ra au*entar a resi*t*nc**. Isso * bas*ado em uma tradução da Odisseia de Home*o </line>

<line> (cer*a de 800 a.C.), em q*e os ar*esãos, após ter**na*em o processam*nto do metal, o </line>

</par>

<par>

<line> aq*eciam até ficar totalmente </line>

<line> *erme**o e o mergulhavam em água fria *a*a to*ná-lo f*rte </line>

</par>

<par>

<line> (MACKENZIE, 2008). </line>

</par>

<par>

<line> Vale *essaltar *ue grande parte da h**tória da tê*pera é desconhecida até o século XV </line>

</par>

<par>

<line> po*que não foi devidamente </line>

<line> es*rita ou está envolta em m*sticismo. Acredita-se </line>

</par>

<par>

<line> resultado *a *d***ção *era* do povo e *o desejo de muitos ferreiros e guildas de protege*em </line>

<line> *eus conhecimentos. Só m*it* mais tarde é que detalhes imp**tantes ** **o*esso d* t*mpe*a </line>

<line> foram revel**os atravé* de estu*os, pesq*is* e muita experi*entação (MACKENZIE, 2008; </line>

</par>

<par>

<line> dos mitos antig*s mais di*u*didos *ra de </line>

<line> que o sangu* produziria </line>

</par>

<par>

<line> propriedades mágicas em *ma lâ*ina. C*ntudo, *oi d*monstrado q*e o sangu* ge*a </line>

</par>

<par>

<line> curva de resfri*mento muito lenta, incapa* </line>

<line> de e**urecer os aç*s si*ples *is*o*í*eis *a*a os </line>

</par>

<par>

<line> primeiro* ferreiros. Ág** e urin* era* *s </line>

<line> únicos age*tes de têm*era </line>

<line> capazes de t*atar </line>

</par>

<par>

<line> te*micam*nte os aços daquela época (MA*K**ZIE, 2008). </line>

<line> I*so pos*o, ressal*a-se q*e *oi a curiosidade sobre os mec*ni***s envolvidos com a </line>

</par>

<par>

<line> tê*pera bem como sobre </line>

<line> a*g*ns fatos *istóri*os, rel*c**na*os com ar*as </line>

<line> anti*as feitas em </line>

</par>

<par>

<line> b*stante divulgada a*ualment* </line>

<line> que impulsiona*am est* e**udo e a escrita </line>

</par>

<par>

</par>

<par>

<line> Por volta de 500 *.C., a tecn*logia met*lúrgica do ferro, i*icialmente localizada no </line>

<line> m*ndo árabe, foi difundida pel* Europa e, em mead*s de 400 *.C., chega*do à *hina, Índia e </line>

<line> Ja*ão, ap*r*ntement* levada pelo comércio (*Y*ECOTE, 2*02). Em*or* os ferreiros de </line>

<line> a*madura europeus vi*ssem m*lhorand* e a*erfeiçoando gradativ*mente se* ofíc*o, *s </line>

</par>

<par>

<line> Cruzad*s do sé*ulo *II </line>

<line> não tinham aço que se *g*al*sse à meta*urgi* islâm*ca </line>

</par>

<par>

<line> (MACKENZIE, 2008). Por out*o </line>

<line> l*do, a espada j*p*nesa </line>

<line> à espada </line>

</par>

<par>

<line> islâmica. </line>

</par>

<par>

<line> *e fato, é antiga a pr*ocupação do ho*em em possuir met*is de qualidad* </line>

</par>

<par>

<line> *esistentes. Em g*erras </line>

<line> antig*s, ex*rcitos com *spad** e outros armamentos metá*icos </line>

</par>

<par>

<line> levav*m desv**tage* bélica quando *ão tratavam te*micamente seus arsenais, tornand*-os </line>

<line> vulneráveis *o momento de repararem suas armas de ferro dan**ica**s (PENSE, 2000). </line>

</par>

<par>

<line> Efetivame*te, ** civi*izações que conseguiram fazer uso significativo do ferro </line>

</par>

<par>

<line> ferram*nt*s, *rma*entos, constru*ã* e mecânic*, est*vam em uma posição muito melhor </line>

<line> pa*a sobreviver, desbravar e pros*erar. T*d*v*a, o homem ne*es*itou de muitas gera*ões para </line>

<line> Rev. **A, Teresi*a, *. 21, n.7, art. 9, p. *74-18*, *ul. 2024 www4.fsanet.c*m.*r/revista </line>

</par>

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<line> A Ciência da Têm*era *o Aço - História e Tecnologi* </line>

</par>

<par>

<line> l*dar de m*do mais *ficaz com o calor e com os meios de resfriamento dos metais nas várias </line>

<line> e*apas de um tratamen*o térmi*o (S*AUGHT*R; **LD*NST*IN, 2014; WERTIME, </line>

</par>

<par>

<line> 1973). A partir do sé*ulo X*, a energia h*drá*li*a *oi usada para bombear ar nos </line>

</par>

<par>

<line> a*me*tand* * te*peratura par* mais ** 1200 ºC, *riando u* fe*ro líq*ido rico em carbono, </line>

<line> con*e**do como ferro fun*ido (*OCKING, 198*; PENSE, 2000). </line>

<line> Atualmente, os *ro*es*os metalúrgicos são ob*iamente m*is avançad*s, mas, em </line>

<line> geral, os processos envo*vido* na met*lur*ia permanece* *s mesmos: *epa*ar o metal de se*s </line>

</par>

<par>

<line> minérios usan*o fornos, faze* adição *e carbon* */ou outros *etais em diferentes * </line>

</par>

<par>

<line> D* f*to, ap*na* após 1850 d.C., foi qu* a ciênc** come*ou a com**eender e quanti*ic*r o </line>

</par>

<par>

<line> m*ca*ismo *ela*ion*do ao trat*men*o térmico. O pro*ess* de </line>

<line> temperabil*da*e do aço2, </line>

</par>

<par>

<line> formaç*o de marte*sita3 e outro* m*canismos prec*saram esperar o des*nvolv*mento de </line>

</par>

<par>

<line> ferram*ntas capazes de infe**r sobre *s pro**iedades es*rutu*ais *a maté*ia como a ár*a </line>

</par>

<par>

<line> microscopia el*t*ôni*a de **ansm*ss*o pa*a entender *enô*enos, c**o </line>

</par>

<par>

<line> cri*talização e *resci*ento *e **ãos nos metais, po* **empl* (VALE, 2011). </line>

</par>

<par>

<line> ** próxima se*ão, será discutido c*mo </line>

<line> uma *ud*n*a micro*s**utural da *ede </line>

</par>

<par>

<line> crist*lina do fer*o-carbono pode, através da têm*era, re*ultar no e**ureci*en*o do material. </line>

<line> 3 RESU*TAOD* E DIS*USSÕES </line>

<line> 3.1 Dia*ra*a de Fases do Ferro-*arbono e Definiçõ** Cristalograficas </line>

</par>

<par>

<line> *s materi*is cri*talinos p*dem ser descrit*s por um </line>

<line> arranjo **petitivo (peri*dico) </line>

</par>

<par>

<line> **omo* o* í**s ao *ong* ** grandes distânc*as atômicas, </line>

<line> quando </line>

<line> ocorre </line>

</par>

<par>

<line> *olidificaçã* devido ao *esfria*ento, os átom*s se posicionam em um padr*o tridimensi**al </line>

<line> repetitivo, no qual c*da átomo está ligado aos s*us á**mos viz*nhos mais próximos. T*dos os </line>

<line> metais, muitos mat*riais cerâmico* e ce*tos pol*meros formam es*r**uras crista*inas sob certas </line>

</par>

<par>

<line> condi*ões normais de solidificação (C. KITTEL, </line>

<line> 2005; CALLI*T*R, </line>

<line> 2002). Convém </line>

</par>

<par>

<line> re*saltar que os **t*is, *e um m**o geral, são agregados </line>

<line> *uj*s cristais tanto podem ser </line>

</par>

<par>

</column>

<row> Temp*rabilidade *o aço: Ce*t*s elementos de liga podem aume*ta* muito a tempe*ab*l*dade de aç*s como </row>

</column>

</par>

<par>

<line> níquel (**), cromo (**) e *olibdênio (Mo). * temperabilidade está di*e*ame*te rel**ionada à capacidade de um </line>

<line> metal *e fo*mar es*rutu*a mart**s*tica após a têmpera, o que indica o quant* d* dureza po*e ser a*c*nçada. </line>

<line> 3 M*r*ensita: Su*metido a um r*sfriamen*o suficie*temente brusco, o mate*ial ****e uma tra*sformação em *ua </line>

</par>

<par>

<line> e*tr*tura cristalina, conv*rtend* </line>

<line> * austenita (estrutura cúbica *e faces centradas) em mart**sita (es*rutura </line>

</par>

<par>

<line> **t*a*onal de corpo *entrado). *ste no*o *rr*n*o microe**rutural é o resp*ns*vel pelo *anho de dureza </line>

<line> relacionado à *orm*ção de *a*te*sita no processo *e *. </line>

<line> Rev. FSA, Ter*sina PI, v. 21, n. 7, **t. 9, p. 174-*87, jul. 20** *ww4.fsanet.co*.b*/*evi**a </line>

</par>

</page>

<page>

<par>

<line> A. S. *arneiro </line>

</par>

<par>

<line> quim*ca*ente idênti*os como ser de c*mposição química diferen**. São idê*t*cos *o c*so do </line>

<line> ferro, cobre, alumínio et*., puros, ou então em soluções sólid*s *presenta*as por cert*s ligas, </line>

<line> por exe*plo, a de cobr* * níquel. E são dis*intos nos demais *as*s, ent*e os quais estão as </line>

<line> ligas de fer*o * carbono (COLPAERT, 1959). </line>

<line> Para compreend*r como * tratamento té*m**o interfere na *st*utura **s *igas de fe*ro- </line>

</par>

<par>

<line> carbo*o, é necessá*io conh**er o *e* diagrama de f*ses. *xi*te forte correlaçã* *ntre </line>

</par>

<par>

<line> microestru*ura dos materiai* e as propried*des mec*ni*as. A Figura 1 *ostr* o diagrama de </line>

<line> equ*lí*rio do ferro-carbeto de ferro *u cemen*ita (Fe3C), que limita à esquerda a quantidade </line>

<line> em *as*a d* carbono em 0% e à direita em 6,7%. Os materiais sã* chamados a*os quan** </line>

<line> contêm de 0 a 2,1% de carbono e *er*o fundido quan*o * teor *es*e element* varia e*tre 2,1 e </line>

<line> Fi**ra 1 - D*agrama de e*uilíbrio d*s *igas d* fer*o-carbono. </line>

<line> Classi*icação em f*nção do teor *e ca*bono. </line>

</par>

<par>

<line> Fonte: Adaptado da referência (CALLI*TER, *002). </line>

</par>

<par>

<line> Rev. FSA, Teresina, v. 21, n.7, art. 9, p. 174-187, jul. 2*24 </line>

</par>

</page>

<page>

<par>

<line> A Ciê*cia da Têmper* do Aço - Hist**ia e Tecn*l*gia </line>

</par>

<par>

<line> Consideran*o primeiro o s*stema de *erro puro, ou seja, sem carbon*. O ferro possui 3 </line>

<line> fo*mas *lo*rópicas4 ou ferrite*: alfa (), ga*a () * de*ta (). * Fig. 2(a) mostra uma estrutura </line>

<line> c*i*ta*ina cúbi*a de corpo centrado (CCC), *omu* ao F* à *emperatura a*bi*nte, conh*cida </line>

</par>

<par>

<line> co** ferrita *u *erro . Na estr*tura CCC, cada átomo po**cionado em u* dos </line>

<line> vértices </line>

</par>

<par>

<line> p*rtici*a de * células cúbicas vizinhas. *s*im, cad* vér*ice contribui *om 1/* de átomo para </line>

<line> *ada cé**la u*i***ia, co*o mo*t*ado n* Fig. 2(b). Incluindo o *tomo c*ntral, a célula unitária </line>

<line> possui ao todo dois á*omos *es*ltando em um fat*r de emp*cotame*to (F*) de *,68%, ou </line>

<line> seja, apenas 68% d* célul* unitária é efetivamente preenchida po* átomos. Quando ferro puro </line>

</par>

<par>

<line> temperaturas, há uma mudanç* significativa da estrutura atômica, </line>

</par>

<par>

<line> resultando em *ma transforma*ão alo*róp*ca4 o* *ol*mor**smo (CALL*STER, 2002). *corre </line>

<line> que, em 910 ºC, as ligações entre os átomos de ferro são *elaxadas do s** esta*o CCC (Fig. </line>

<line> 2(a)) e tr*nsformadas em uma estrutura cúbi*a de fa**s centrada* (CFC), r*prese**ada n* Fig. </line>

</par>

<par>

<line> 3(a). Nessa nova fa*e, </line>

<line> os átomos de *e </line>

<line> ocupam os vértices e os centr** *as faces de </line>

</par>

<par>

<line> estável até 1394 ºC; tal e*t*utura * conheci*a t*mbém como austenita ou f*rro , com a faixa </line>

<line> de temperatura in*icada na F*g.1. Al** disso, no proces*o de aquecimento, o ferro deixa de </line>

<line> *er magnéti*o entre 768 e 910 ºC. I*so ocorre em uma *et**minada temper*tura crítica </line>

</par>

<par>

<line> (tempera*ura </line>

<line> de *urie), *uando * comportamento ferroma*n*tico é </line>

<line> alterado com a p*rda </line>

</par>

<par>

<line> alinhamento dos moment*s m*gnéticos in*rínsec*s do material. Assim, a*im* *a tempera*ur* </line>

<line> crítica, o f*rro nã* é mais magnetizável, isto é, *e*xa *e ser a*ra*do por um ímã. *ote que a </line>

<line> estrutur* *FC p*s*ui 14 átomo* no a*ranjo crist*lino. Contudo, como a Fi*. 3(b) e*idencia, </line>

</par>

<par>

<line> apen*s meta*e *e cada átomo de Fe das f*ces *ncontram-se no interior da cél*la un*tá*ia </line>

</par>

<par>

<line> soma*a à contribu*ção dos vértic*s, a *str*tura CFC po*su* 4 *tomo*, resultando em um FE de </line>

</par>

<par>

<line> 4 Al*tr*pia: *ater*a*s que ap*esentam mai* de uma for*a crista*i*a devido a f**ores como vari*ções da </line>

<line> temperatur* ou pressão. *eta** de grande importância in*ustrial **mo o ferro, *i*ân*o e o cob*l*o ap*esentam </line>

<line> transf*rmações alotrópicas em temperaturas *lev*das. </line>

<line> Rev. FSA, Teresina PI, *. **, n. 7, a*t. 9, p. 1*4-187, jul. 2024 ww*4.*sa*et.com.br/revista </line>

</par>

</page>

<page>

<par>

<line> A. S. Carneiro </line>

</par>

<par>

<line> Figura 2. (a) Est*u*ura cristalina cúbica de co*po centrado (*CC), de*omi*ada ferrita. (b) Vista </line>

<line> da cél*la cúb*ca un*tária CC* junta*ente com os *arâ**tros *e rede. </line>

</par>

<par>

</par>

<par>

<line> Finalmente, entr* *394 ºC * a *emperatura d* fusão do *erro (1538 ºC), * estrutura </line>

<line> *olta ser uma CCC, pois é mais *stável *, emb*ra seja i*êntic* ao *erro , é den*minada </line>

<line> ferro . A d*ferença entre as estr*tura* CCC do f*rro e ocorre nos *alores dos </line>

</par>

<par>

<line> parâmetros de *ede. Na f**xa de *emp*raturas mais alt**, os </line>

<line> parâmetros de rede maiores, </line>

</par>

<par>

<line> g*ram um* c*lula unitária de volume **ior (C. KITTEL, 2*05; CALLISTER, 2002; </line>

</par>

<par>

<line> COLPAERT, 1959). Todas essa* mudanças </line>

<line> d* *ase ficam evid*nt** </line>

<line> ao longo do eixo </line>

</par>

<par>

<line> v*rtical, à esque*d*, no *ia**am* de fa*es. </line>

</par>

<par>

<line> F*gur* 3. (a) Estr*tura **istalina *ú*ic* de faces centr*da* (CFC), *enominada de *ustenita. (b) </line>

<line> Vista da célul* unitária CF* com um *tomo de carb*n* inters*icial. </line>

</par>

<par>

<line> Fonte: Adapt*d* da referência (OHL, [s.d.]) </line>

<line> *a *strutu*a da ferri*a (ferro ) ex*sten** até * te*per*t**a de 910 ºC, a solubi*idade de </line>

<line> carbono é *uito baixa, ch*gando a* máximo de 0,**5% a 727 ºC, como mostrado na F*g. 1. </line>

<line> Re*. FSA, T*resin*, v. 21, n.*, art. 9, p. 174-187, jul. 20*4 *ww4.fsanet.co*.*r/revista </line>

</par>

</page>

<page>

<par>

<line> A *iê*cia da Têmper* do A*o - *ist**ia e Te*nologia </line>

</par>

<par>

<line> Isso ocorre porque </line>

<line> o* átomos que co*põem a *s*r*tura se organiz*m pr**im*s entre si, </line>

</par>

<par>

<line> tornando difícil a aco*odação de átomos *e carbono na red* *rista*ina. Contudo, * ad*ção de </line>

<line> carbono *o fer*o provo*a modificações n*s t*mperaturas da* tran**orm*ções alo*rópicas, p*is </line>

<line> o c**bon* age como estabi*izante da fase * *o ferro (aus*enita) (COLPAERT, 1959). Note que </line>

</par>

<par>

<line> à *edida *ue * teor *e carbono a*men*a até 0,77%, a te*peratura de *ustenitizacão </line>

</par>

<par>

<line> d*crescen*e, como *nd**a a curva A3 na Fig. * </line>

<line> do **agra*a de fases. Abai** </line>

<line> da curva A3, </line>

</par>

<par>

<line> oc*rre uma região de tran*ição d* fases em *ue coexiste* ambas as f*ses ( + ). A est*utura </line>

<line> da aus*enit* co* mais *tomos d* Fe n* *élu*a *ni*ária poss*i ma*s sítios inte*sticiais (espaços </line>

</par>

<par>

<line> vazios entre átomos), o q*e </line>

<line> per*ite a ligação do </line>

<line> carbono ao fer*o em ***erentes posi*ões </line>

</par>

<par>

<line> modificando a estrutura química da rede, como mostra a Fi*. 4(a). Devido ao *umen*o da </line>

<line> q*a*ti*ade de sítios i*tersticia*s, os át**os de c*rbono *e mov*m mais livremente em torno </line>

</par>

<par>

<line> *o fer*o em temp**aturas elevadas, ou se*a, nes*as condiçõ*s, a *ifusão dos átomos </line>

</par>

<par>

<line> c*rbono é aumen*ada, *oden*o solubilidade da *a*e austenita chegar ao* 2,1% a </line>

<line> e* altas </line>

</par>

<par>

<line> tempe*aturas (CALLI**ER, 2002; COLPAERT, 1959; VALE, **11). </line>

</par>

<par>

<line> F*gura 4. (a) Sít*os i*terstic*ais de uma e*trutura CFC ta*b*m denom*na*a de </line>

<line> austenita. (*) Est*ut*r* te*ragonal de *orpo cent*ad* (TCC), </line>

<line> *ase de*om*n*da martensita. </line>

</par>

<par>

<line> Fonte: Adaptado da refe*ên**a (OH*, [s.*.]). </line>

<line> 3.2 Processo de Tê*pera </line>

<line> A têm*era é um *étodo usado para tornar os metais mais forte* e resistentes, port*nto, </line>

</par>

<par>

<line> mais duráveis. *iferente d* q*e oc*r*eu com outras ci**cia* pu*as a* longo da hist*ria, </line>

</par>

<par>

<line> metalu**ia bene**c*ou-se e desenvolveu-se da valiosa interação entre con**cimento em*íric* </line>

<line> e teori*, exatamente ne*ta ordem (W*RL*IME, **64). Nesse *ontexto, * *êmpera do aço, por </line>

</par>

<par>

<line> falta de con*ecimento da micro*strutura </line>

<line> dos materi*is, à *p*ca, foi pr*vavelmente uma </line>

</par>

<par>

<line> Rev. FSA, Teresi** P*, v. 21, n. 7, *rt. 9, p. **4-187, jul. 2*24 </line>

<line> ww*4.fsanet.com.br/r***st* </line>

</par>

</page>

<page>

<par>

</par>

<par>

<line> de*coberta empír*ca ob**da dos pr*cessos de prod*ção ** fer*o * aço, *endo dominada apenas </line>

<line> por volta do *éc. X*I o* XI*I a.C. (DUR**D-**A*RE, 2004). Modernam*nte, sabe-se que </line>

</par>

<par>

<line> ***s *q*ecido a*é sua au*tenitizacão (trans*ção de fase CC* pa*a CFC), pode </line>

</par>

<par>

<line> apresentar carbono di*uído nos sítios inte*sticiais, como i*d*ca*o na Fig. 4(a). De m*do </line>

</par>

<par>

<line> prático, até hoj* os cuteleir*s </line>

<line> usam * perda de m**netismo </line>

<line> aço *c*ma da *emp*ratura </line>

</par>

<par>

<line> a**t*nitizacão c*mo marcado* da m*d*nç* estrutur**, indica*do o mome*to * a temperatur* </line>

<line> certas p*ra a *eal*zação da *êmpera. </line>

<line> Salienta-se que a t*mpera perm*te uma rápida *ud*nça de a*biente para um *ço, de </line>

<line> a*ta par* ba*xa* tempe*aturas, u**ndo um lí*uido refrig*rante, como óleo ou água. T*l </line>

<line> p*ocesso r*sulta *m uma t*ans*ção marte*sít*ca que apre*ent* estr*t*ra t*t**go*al de *o**o </line>

<line> ce*trado (TCC), **a s*lução sólida supers*t*rada de c**bono e* ferro **presentada pela Fig. </line>

</par>

<par>

<line> *(b). Nesse </line>

<line> pro*esso, a fase *artensita </line>

<line> **esce rapidamente, atuando para rete* </line>

</par>

<par>

<line> c**bono (ou outros e*ement*s) no meio, *ois não há te*po suficiente para a difu**o *ara fora </line>

<line> d* aço antes de u*a mudança na es*rutur* cristalina. Com esse* átomos *e *arb*no presos na </line>

</par>

<par>

<line> estrutura c*ist*lina, *em-se uma *stru*ura *CC </line>

<line> al*erada conhecida *omo martensit* (TCC) </line>

</par>

<par>

<line> (C*LLISTER, 2002; *U*AND-*HARRE, 2004; VA*E, 2*11). Esse arranjo *icroe**r**ural </line>

<line> é responsável *elo ganho de durez* rela*iona*o à martensita, um mater*al ex*remamente duro, </line>

</par>

<par>

<line> mas frá*il. A experiência *o* esses mate*iai* na ant*ga I*ade do Fe*ro levou </line>

</par>

<par>

<line> conhecimento de q*e a fragilidade, </line>

<line> que torn* o mat*rial quebradiço, *oderia ser reduzida </line>

</par>

<par>

<line> *eaquecendo * m*terial * temp*raturas *elati*amente baixa* (~250 ºC) d*rante al*um tempo, </line>

<line> processo *onhe*ido co*o revenido. Tal pr*cedimento é re**onsável por reduz*r as tensões </line>

</par>

<par>

<line> internas </line>

<line> i*trod*zid*s pela transformação martensítica. Assim, melhora-se suas proprie*ades </line>

</par>

<par>

<line> me*ânicas, e* q*e parte </line>

<line> da dureza é sacri*ic*da para *bter du*tilid*d* (flexib**idade) </line>

</par>

<par>

<line> tenac*dade (resi*t*ncia) ade*uadas. Isso é fe*to temperando o aço mar**ns*ti*o (COLPAERT, </line>

<line> 195*; *URAND-CHARRE, 2*04). </line>

</par>

<par>

<line> De ou*ro m*do, o res*riamento lento permite q*e o c*rbon* s* difu*d* no*amente </line>

</par>

<par>

<line> medida *ue a estrutura muda </line>

<line> lenta**nt* de CFC par* CCC. Po* </line>

<line> exe*plo, um resfria*ento </line>

</par>

<par>

<line> e* torno d* </line>

<line> 2 mi*utos *oderia tran*fo*mar a aust*ni*a em perl*ta e ceme*tita. P*rli*a é uma </line>

</par>

<par>

<line> estru*ura *e dua* f*ses, ferrita e cementita, dispos*as em lamelas alterna*as. C*mentita é um </line>

<line> ca*boneto de ferro (Fe3C), uma es*ru*ura cristalina compo*ta por 6,67% de carbon* e 93,3% </line>

<line> de ferro por p*s*, que se caract*ri*a por ser extr*ma*ente dura e qu*b*ad*ça, e*q**nt* ferrit* </line>

<line> é fer*o puro com estrutura cristali*a (C*C) (COLPAER*, 19*9). Aqui não foi menci***d* * </line>

</par>

<par>

<line> diag*a*a de tra*sf*rmaçã* - temp* - temperatura (**T); c*nt**o, n*ta-se que a </line>

</par>

<par>

<line> va*ia*ão da t*mperatura em função *o tempo é a *have para a tra*sformação deseja*a desses </line>

<line> *ev. F*A, Te*esina, v. 21, n.7, art. 9, p. 174-187, jul. 2024 www4.*sanet.com.br/revista </line>

</par>

</page>

<page>

<par>

<line> A Ciência da *êmpe*a *o Aço - Histór*a e Tecn*logia </line>

</par>

<par>

<line> ma*eriais dur**te um ciclo térmico ou *ratamento tér*ico. Um pr*cedimento bastant* comum </line>

<line> é o recozimento, proces*o capaz d* r*s*aurar as ca*act*ríst*cas do aço. O r*coziment* a*tera as </line>

<line> proprieda*es de um metal *ealin*ando a estrutur* do mat*ri*l (*rã*) usa**o **lor, tornando o </line>

<line> m*tal mais macio e *úctil. N*ste proc*s**, o aço é aquecido até pouco *cima do seu ponto de </line>

<line> recr*stali*aç*o, permitindo que esfrie lentamente. Um recozimento compl*t* envolve d*ixa* o </line>

<line> me*al esf*i*r n* própri* forno (DURAND-CHARRE, 200*; VAL*, 2011). </line>

<line> ** bom exempl* do em*reg* da t*xa de resfriam*nto pode ser visto n* t*atamento </line>

<line> térmico feito nas *amosas espa*as japon*s**. Após t*do o p*ocesso de fabricaç*o das **minas, </line>

</par>

<par>

<line> ***oneses empr*gam *iferentes t*xas de resfriament* no processo de têmpera, o </line>

</par>

<par>

<line> confere, além de be*e*a, capacidade de manter um *io afiado por ma*s tem*o </line>

<line> de *erviço </line>

</par>

<par>

<line> produz a curvat*ra natural observada nas l**i*a*. E*quanto fio c*nsis** *m o </line>

</par>

<par>

<line> c*rbono (~ 1,* % de C) </line>

<line> tenacidade (dureza), o restante </line>

</par>

<par>

<line> *âmina com menos carbono r**ulta em maior ductilidade (flexibilidade). Antes </line>

</par>

<par>

<line> aquecim*n*o, o f*bricante de espadas japonês a*lica uma mis*ura s*creta *e a**ila </line>

</par>

<par>

<line> *onsiste *m pó </line>

<line> *e pe*ra, cinzas c*rv*o. A espessura e </line>

<line> ** argila </line>

<line> determi*a a intensidade </line>

</par>

<par>

<line> taxa de transf*rência de *alor. A argila é aplicad* de fo*m* **is fina no fio da lâm*na e gros*a </line>

<line> no dors*. Dessa for*a, a *êmpera é *eita *ontrolando a ta*a de resfriamento nas di*erent*s </line>

<line> parte* da *âm*na. O fi* temp*rado c*m maior taxa de tr*nsferênci* d* calor produz </line>

<line> marte**ita, enquanto o dorso experimenta uma **mpe*a mais lent* se**o transforma*o em </line>

</par>

<par>

<line> uma **stura de perlita e ferrita. * m**ida que a l*mina é tem*erada, no fi* o*orre </line>

</par>

<par>

<line> transformação da austenita em m*rtensita, o sori, ou flexão </line>

<line> *orma*, devido à </line>

</par>

<par>

<line> volumétrica da martensita. A *urvat*ra é estabilizada à medida que a perl*ta se contrai, devido </line>

</par>

<par>

<line> à *ontraçã* *érmica, </line>

<line> contribuind* para </line>

<line> uma fo*te *ompressão residual ou tensão no fio </line>

</par>

<par>

<line> *â**na. No dor*o, a cont*a**o ou *lexão reve*sa é c*amada gyaku-sori. A linha marc*nte que </line>

<line> s*rg* *o m*tal na *nterface entre a perlita e a m*rtensita r**eb* o nome de *amon. Após isso * </line>

</par>

<par>

<line> feito * re*enimento *a *âmina </line>

<line> ou a*d*r*, em carvão e* brasa. Esse domínio </line>

</par>

<par>

<line> têmpera, praticado d*sd* o século V, m**t*a a n**u*eza a*anç*da dos *e*alúrgicos japoneses </line>

<line> (M*CKENZIE, 20*8; IN*U*, 2010). </line>

<line> 5 CON*IDER*ÇÕES FINAIS </line>

<line> *esde o iní*io da Idade d* Fe*ro, a temperatura e o mecanis*o de têmp**a </line>

</par>

<par>

<line> desempenhar*m *apel importante no </line>

<line> des*nvolvim**to da civilizaç*o em todo o mundo. </line>

</par>

<par>

<line> Muito do conhecime*to inicia* de têm**ra foi ad*uirido * part*r ** misticismo </line>

</par>

<par>

<line> Rev. *SA, Te*esi*a PI, *. 21, n. 7, art. 9, p. 1*4-*8*, jul. 2024 www4.fsane*.com.br/**v*sta </line>

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<line> A. S. Carneiro </line>

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<line> experimentação. Foi só muito mai* tarde, no in*cio *a Era Industria* (1*50 d.*.), *ue </line>

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<line> h*manid*de começou a compreender e *uantificar o mecanismo relaci*nado a* tratamen*o </line>

<line> O *r*tamento térmico contro**do d* aço é c*ucial pa*a garantir *ue ele t*nha as </line>

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<line> *ropriedades d*sejadas e necessárias pa*a uso pre*endid*, e o </line>

<line> aquecimento e *esfriamento </line>

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<line> *e dife*e*tes ma*eir** *ausam diferen*es mudanças *struturai* que podem ajustar a e*trutura </line>

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<line> *esejada. *mbora o carbono te*ha sido primeiro elemen*o co* propriedade* de tê*pera, o </line>

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<line> *le*en*os foram descobertos antes *o final </line>

<line> *o século XI* com a cap*cidade </line>

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<line> me*horar o cort* em ferramentas. Em 1868, *üshet, descobri* que a *dição de tu*gstênio (W) </line>

<line> tor*ava o a*o mai* duro e sem a **cessi*ade de têmp*ra, traze*do ** primei*as inova*ões às </line>

<line> fer*amentas de cort*. </line>

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<line> *e fato, a maior limita**o dos aços com </line>

<line> estrutura martens*tica * que ele* perdem </line>

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<line> *ureza d*vi** </line>

<line> ao aqu*cimento caus*d* pe*o e**orço em </line>

<line> temperaturas *a f*ixa de re*enido </line>

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<line> (30* a 600 ºC). Co*veniente*ente, foi encontrado que aços com composiç*o aproxi**da de </line>

<line> 2% C, 2,5% Mn e 7% W ap*es*ntavam dur*za a quen*e mais e*evad*. Surgia assim o p*ime**o </line>

<line> aço *ápi*o (H*CKIN*, *985). Finalmente, fica e**dente que a prática mil*nar de tra*alho* </line>

<line> *om o a*o é cons**ten*e com a ciência e as tecnolo**as modernas e que *pen*s as *xpe*iências </line>

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<line> antigas baseadas na racion*lidade </line>

<line> cie**ífica foram *onser**da*, se*** sucessiva*ent* </line>

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<line> transferidas para * f*turo. </line>

<line> REFERÊNCIAS </line>

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<line> Acesso em: 12 abr. 2024. </line>

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<line> *om* Refere*ciar este Artigo, *on*orme **NT: </line>

<line> *. S. CARNEIRO. * Ciência ** Têmp*ra d* A*o - *ist*ri* e Tecn*lo*i*. Rev. FS*, Teresina, v. 21, </line>

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<line> Contribu*ção dos *utores </line>

<line> A. S. Ca*neiro </line>

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<line> 1) co*cepção e planejamento. </line>

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<line> 2) aná*is* e interpretaç*o do* dad*s. </line>

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<line> 3) e**boração *o r*scunho ou *a revis*o crític* do conteúdo. </line>

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<line> *) partici*ação na a*r*vação da vers*o final do manus*rito. </line>

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<line> **v. FSA, Teres*na PI, v. 2*, n. 7, art. 9, p. 174-187, jul. 2024 </line>

<line> ww*4.*s*net.com.*r/revista </line>

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ISSN 1806-6356 (Print) and 2317-2983 (Electronic)

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