MARTENSITA
O que é Martensita – Aço Martensítico – Definição
A martensita é uma estrutura metaestável muito dura com uma estrutura cristalina tetragonal de corpo centrado (BCT). A martensita é formada em aços quando a taxa de resfriamento da austenita é tão alta que os átomos de carbono não têm tempo de se difundir para fora da estrutura cristalina em quantidades suficientes para formar cementita (Fe 3 C). Portanto, é um produto de transformação sem difusão . Qualquer difusão resulta na formação de fases ferrita e cementita. É nomeado após o metalúrgico alemão Adolf Martens (1850-1914).
Ao contrário da decomposição isotérmica dos constituintes da fase por difusão, a martensita não é uma fase associada ao equilíbrio térmico. Assim, não aparece no diagrama de fases de equilíbrio ferro-carbono. Pode ser pensado como um produto de transformação competitivo com a perlita e a bainita.
A microestrutura da martensita em aços tem diferentes morfologias e pode se apresentar como martensita em ripa ou martensita em chapa. Para aços com 0-0,6% de carbono, a martensita tem a aparência de ripas e é chamada de martensita de ripas . Para aço com mais de 1% de carbono, ele formará uma estrutura tipo placa chamada martensita de placa . A martensita de placa, como o nome indica, se forma como cristais lenticulares (em forma de lente) com um padrão em ziguezague de placas menores. Entre essas duas porcentagens, a aparência física dos grãos é uma mistura dos dois. A resistência da martensita é reduzida à medida que a quantidade de austenita retida cresce.
Transformação Martensítica
O endurecimento por transformação, também conhecido como endurecimento por transformação martensítico, é um dos métodos mais comuns de endurecimento, que é usado principalmente para aços (ou seja, aços carbono e aços inoxidáveis). A transformação martensítica não é, no entanto, exclusiva das ligas ferro-carbono. É encontrado em outros sistemas e é caracterizado, em parte, pela transformação sem difusão.
Os aços martensíticos usam predominantemente níveis mais altos de C e Mn juntamente com tratamento térmico para aumentar a resistência. O produto acabado terá uma microestrutura duplex de ferrita com níveis variados de martensita degenerada. Isso permite níveis variados de força. Na metalurgia, a têmpera é mais comumente usada para endurecer o aço pela introdução de martensita. Existe um equilíbrio entre dureza e tenacidade em qualquer aço; quanto mais duro o aço, menos duro ou resistente a impactos, e quanto mais resistente a impactos, menos duro ele é.
A martensita é produzida a partir da austenita como resultado da têmpera, ou outra forma de resfriamento rápido. A austenita em ligas ferro-carbono geralmente está presente apenas acima da temperatura eutetóide crítica (723°C) e abaixo de 1500°C, dependendo do teor de carbono. No caso de taxas de resfriamento normais, à medida que a austenita esfria, o carbono se difunde para fora da austenita e forma carboneto de ferro rico em carbono (cementita) e deixa para trás ferrita pobre em carbono. Dependendo da composição da liga, uma camada de ferrita e cementita, chamada perlita, pode se formar. Mas no caso de resfriamento rápido, o carbono não tem tempo suficiente para se difundir e se transforma em uma forma tetragonal centrada no corpo altamente tensa chamada martensita que é supersaturada com carbono. Todos os átomos de carbono permanecem como impurezas intersticiais na martensita.
Martensita Temperada
A capacidade relativa de uma liga ferrosa de formar martensita é chamada de temperabilidade. A temperabilidade é comumente medida como a distância abaixo de uma superfície temperada na qual o metal apresenta uma dureza específica de 50 HRC, por exemplo, ou uma porcentagem específica de martensita na microestrutura. A dureza mais alta de um aço perlítico é de 43 HRC, enquanto a martensita pode atingir 72 HRC. Martensita frescaé muito frágil se o teor de carbono for superior a aproximadamente 0,2 a 0,3%. É tão frágil que não pode ser usado para a maioria das aplicações. Essa fragilidade pode ser removida (com alguma perda de dureza) se o aço temperado for aquecido levemente em um processo conhecido como revenimento. O revenimento é realizado aquecendo um aço martensítico a uma temperatura abaixo da eutetóide por um período de tempo especificado (por exemplo, entre 250°C e 650°C).
Este tratamento térmico de revenimento permite, por processos de difusão, a formação de martensita revenida, de acordo com a reação:
martensita (BCT, fase única) → martensita temperada (ferrita + fases Fe 3 C)
onde a martensita BCT monofásica, que é supersaturada com carbono, se transforma na martensita temperada , composta pelas fases estáveis de ferrita e cementita. Sua microestrutura é semelhante à microestrutura da esferoidita, mas neste caso a martensita temperada contém partículas de cementita extremamente pequenas e uniformemente dispersas embebidas em uma matriz de ferrita contínua. A martensita temperada pode ser quase tão dura e forte quanto a martensita, mas com ductilidade e tenacidade substancialmente aumentadas.
Aço inoxidável martensítico
Como foi escrito, os aços inoxidáveis martensíticos podem ser endurecidos e temperados através de múltiplas formas de envelhecimento/tratamento térmico : Os mecanismos metalúrgicos responsáveis pelas transformações martensíticas que ocorrem nessas ligas inoxidáveis durante a austenitização e têmpera são essencialmente os mesmos que são usados para endurecer aços carbono e ligas com baixo teor de liga. O tratamento térmico normalmente envolve três etapas:
- Austenitização, na qual o aço é aquecido a uma temperatura na faixa de 980 – 1050 °C, dependendo dos graus. A austenita é uma fase cúbica de face centrada.
- Extinção. Após a austenitização, os aços devem ser temperados. As ligas inoxidáveis martensíticas podem ser temperadas usando ar parado, vácuo de pressão positiva ou têmpera em óleo interrompida. A austenita é transformada em martensita, uma estrutura cristalina tetragonal de corpo duro centrada. A martensita é muito dura e muito frágil para a maioria das aplicações.
- Revenimento, ou seja, aquecimento a cerca de 500 °C, mantendo a temperatura e, em seguida, resfriamento ao ar. O aumento da temperatura de revenimento diminui a resistência ao escoamento e a resistência à tração final, mas aumenta o alongamento e a resistência ao impacto.
A resistência dos aços inoxidáveis aos efeitos químicos dos agentes corrosivos é baseada na passivação. Para que a passivação ocorra e permaneça estável, a liga Fe-Cr deve ter um teor mínimo de cromo de cerca de 10,5% em peso, acima do qual pode ocorrer passividade e abaixo do qual é impossível. O cromo pode ser usado como um elemento de endurecimento e é frequentemente usado com um elemento de endurecimento, como o níquel, para produzir propriedades mecânicas superiores.
Resistência à tração
Resistência máxima à tração do aço inoxidável martensítico – Grau 440C é 760 MPa.
Dureza
A dureza Brinell do aço inoxidável martensítico – Grau 440C é de aproximadamente 270 MPa.
Outras fases comuns em aços e ferros
O tratamento térmico de aços requer uma compreensão tanto das fases de equilíbrio quanto das fases metaestáveis que ocorrem durante o aquecimento e/ou resfriamento. Para aços, as fases de equilíbrio estável incluem:
- Ferrite . A ferrita ou α-ferrita é uma fase de estrutura cúbica de corpo centrado do ferro que existe abaixo de temperaturas de 912°C para baixas concentrações de carbono no ferro. α-ferrite só pode dissolver até 0,02 por cento de carbono a 727°C. Isto é devido à configuração da rede de ferro que forma uma estrutura cristalina BCC. A fase primária do aço de baixo carbono ou aço macio e da maioria dos ferros fundidos à temperatura ambiente é o α-Fe ferromagnético.
- Austenita . A austenita, também conhecida como ferro de fase gama (γ-Fe), é uma fase de estrutura cúbica de face centrada não magnética do ferro. A austenita em ligas ferro-carbono geralmente está presente apenas acima da temperatura eutetóide crítica (723°C) e abaixo de 1500°C, dependendo do teor de carbono. No entanto, pode ser retido à temperatura ambiente por adições de ligas, como níquel ou manganês. O carbono desempenha um papel importante no tratamento térmico, pois expande a faixa de temperatura da estabilidade da austenita. O teor de carbono mais alto reduz a temperatura necessária para austenitizar o aço - de tal forma que os átomos de ferro se reorganizam para formar uma estrutura de treliça fcc. A austenita está presente no tipo de aço inoxidável mais utilizado, que são muito conhecidos por sua resistência à corrosão.
- Grafite . Adicionar uma pequena quantidade de carbono não metálico ao ferro troca sua grande ductilidade pela maior resistência .
- Cementita . A cementita (Fe 3 C) é um composto metaestável e, em algumas circunstâncias, pode se dissociar ou se decompor para formar α-ferrita e grafite, de acordo com a reação: Fe 3 C → 3Fe (α) + C (grafita). A cementita em sua forma pura é uma cerâmica e é dura e quebradiça, o que a torna adequada para o reforço de aços. Suas propriedades mecânicas são função de sua microestrutura, que depende de como é misturada com a ferrita.
As fases metaestáveis são:
Martensita . A martensita é uma estrutura metaestável muito dura com uma estrutura cristalina tetragonal de corpo centrado (BCT). A martensita é formada em aços quando a taxa de resfriamento da austenita é tão alta que os átomos de carbono não têm tempo de se difundir para fora da estrutura cristalina em quantidades suficientes para formar cementita (Fe 3 C).
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