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 (Fe3C).

MartensitaA 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

Aço inoxidável martensítico

Os aços inoxidáveis ​​martensíticos são semelhantes aos aços ferríticos por serem baseados em cromo, mas têm níveis de carbono mais altos, chegando a 1%. Às vezes, eles são classificados como aços inoxidáveis ​​martensíticos de baixo carbono e alto carbono. Eles contêm 12 a 14% de cromo, 0,2 a 1% de molibdênio e nenhuma quantidade significativa de níquel. Quantidades mais altas de carbono permitem que eles sejam endurecidos e revenidos, como os aços carbono e de baixa liga. Possuem resistência à corrosão moderada , mas são considerados duros, fortes, levemente quebradiços . Eles são magnéticose podem ser testados de forma não destrutiva usando o método de inspeção por partículas magnéticas, ao contrário do aço inoxidável austenítico. Um aço inoxidável martensítico comum é o AISI 440C, que contém 16 a 18% de cromo e 0,95 a 1,2% de carbono. O aço inoxidável grau 440C é usado nas seguintes aplicações: blocos padrão, talheres, rolamentos e pistas de esferas, moldes e matrizes, facas.

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

Diagrama de Fase Fe-Fe3C
Na figura, há o diagrama de fases ferro-carboneto de ferro (Fe-Fe3C). A porcentagem de carbono presente e a temperatura definem a fase da liga ferro-carbono e, portanto, suas características físicas e propriedades mecânicas. A porcentagem de carbono determina o tipo de liga ferrosa: ferro, aço ou ferro fundido. Fonte: wikipedia.org Läpple, Volker – Wärmebehandlung des Stahls Grundlagen. Licença: CC BY-SA 4.0

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:

extinguir
Perlita Na metalurgia, a perlita é uma estrutura metálica em camadas de duas fases, composta por camadas alternadas de ferrita (87,5% em peso) e cementita (12,5% em peso) que ocorre em alguns aços e ferros fundidos. É nomeado por sua semelhança com a madrepérola.

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).

Bainita . A bainita é uma microestrutura em forma de
 placa que se forma em aços a partir de austenita quando
 as taxas de resfriamento não são rápidas o suficiente 
para produzir martensita, mas ainda são rápidas o suficiente 
para que o carbono não tenha tempo suficiente para se 
difundir e formar perlita. Os aços bainíticos são geralmente
 mais fortes e duros do que os aços perlíticos; no entanto, 
exibem uma combinação desejável de resistência e ductilidade.
Referências:
Ciência de materiais:
Departamento de Energia dos EUA, Ciência dos Materiais. 

Manual de Fundamentos do DOE, 
Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
Departamento de Energia dos EUA, 

Ciência dos Materiais. Manual de Fundamentos do DOE, 
Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.

William D. Callister, David G. Rethwisch. 
Ciência e Engenharia de Materiais: 

Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9ª edição (4 de dezembro de 2013), 
ISBN-13: 978-1118324578. Eberhart, Mark (2003). 

Por que as coisas quebram:  entendendo o mundo pela maneira 
como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). 

Introdução à Termodinâmica dos Materiais (4ª ed.). 
Editora Taylor e Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). 

Uma Introdução à Ciência dos Materiais.
 Imprensa da Universidade de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). 

Materiais: engenharia, ciência, processamento e design (1ª ed.). 
Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR R Lamarsh, AJ Baratta, 

Introdução à Engenharia Nuclear, 3d ed., 
Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.


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