Martensita

Martensita – Definição

A martensita é uma estrutura metaestável muito dura com uma estrutura cristalina tetragonal de corpo centrado (BCT). A martensita é formada nos 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 a cementita (Fe₃C).

Portanto, é um produto de transformação sem difusão. Qualquer difusão resulta na formação de fases de ferrita e cementita.

Martensita – O que é

O termo “martensita” geralmente se refere a uma forma de aço com uma estrutura atômica distinta criada por meio de um processo chamado transformação martensítica.

A martensita é muito dura, o que significa que não amassa ou arranha com facilidade; isso o torna uma escolha popular para ferramentas, como martelos e cinzéis, bem como espadas. É frágil, no entanto, por isso vai quebrar em vez de dobrar quando colocado sob muita pressão.

A martensita é feita de austenita, uma solução sólida de ferro com uma pequena quantidade de carbono.

Martensita – Mudanças de Fase

A austenita tem uma estrutura cristalina particular conhecida como Cúbico de Face Centrada (FCC). Isso significa que cada unidade cúbica tem um ponto de treliça no centro de cada lado, bem como em cada canto; com os pontos da rede conectados, o cristal pareceria uma caixa quadrada com um X em cada lado. Este tipo de aço começa a se formar em temperaturas de cerca de 732°C.

A austenita pode conter mais carbono do que outras formas de ferro. Se esfriar naturalmente, a austenita se transforma em ferrita (ferro alfa ou ferro puro) e cementita (carboneto de ferro).

A transformação martensítica ocorre quando a austenita é resfriada rapidamente em um processo conhecido como têmpera. A rápida queda na temperatura prende os átomos de carbono dentro das estruturas cristalinas dos átomos de ferro. Isso faz com que os cristais mudem de FCC para tetragonal centrado no corpo (BCT); os cristais são esticados para que fiquem quadrados em cada extremidade, mas mais longos nas laterais (como uma caixa de sapatos), e os pontos da rede que estavam no centro de cada face agora estão unidos em um ponto no centro do cristal. Essa nova estrutura é o que aumenta muito a dureza do aço.

Martensita – Têmpera

O aço martensítico resultante é extremamente duro, o que significa que não arranha, mas é muito frágil, quebrando sob tensão. Para resolver essa fraqueza, a martensita é aquecida em um processo chamado revenimento, que faz com que a martensita se transforme parcialmente em ferrita e cementita. Este aço temperado não é tão duro, mas torna-se mais resistente (menos propenso a quebrar) e mais maleável e, portanto, mais adequado para uso industrial.

Martensita – Usos

Martensita

A dureza da martensita temperada a torna um bom material para aços-ferramenta, pois a resistência à abrasão e à deformação é importante em tais aplicações.

É um componente comum em peças de máquinas e matrizes de forjamento. Aços temperados contendo silício são freqüentemente usados para molas de aço, que podem ser usadas para fazer molas, cordas de instrumentos musicais e componentes em modelos de trens e outros brinquedos. O aço mola pode ser torcido ou dobrado sem deformação permanente, tornando-o uma boa escolha para componentes que exigem que o aço se mova repetidamente sem degradação.

O aço inoxidável, que contém cromo, bem como ferro e carbono, também pode ser feito com uma estrutura cristalina martenística. Esta forma é menos resistente à corrosão do que outras formas de aço inoxidável, mas também é mais forte e mais fácil de usinar na maioria dos casos. Um método de produção, chamado endurecimento por precipitação (ou endurecimento por idade), adiciona impurezas como cromo e níquel durante um processo de tratamento térmico prolongado; aço inoxidável martensítico endurecido por precipitação tem resistência ainda maior, juntamente com alta resistência à corrosão. Esse aço é frequentemente usado em aplicações militares e aeroespaciais.

Martensita – Transformação Deslocativa

A transformação martensítica é o exemplo mais conhecido de transformação deslocativa, um tipo de mudança de fase na qual os átomos de um material se movem por curtas distâncias em uníssono, em vez de se difundirem individualmente por distâncias maiores. Uma mudança de fase ocorre quando uma substância muda de um estado, como um sólido, para outro, como um líquido.

Por serem tão bem conhecidos como um tipo de transformação deslocativa, os termos “martensita” ou “martensítico” às vezes são usados em um sentido mais amplo para descrever qualquer material produzido por transformação deslocativa.

Martensita – Transformação

Martensita

O endurecimento por transformação, também conhecido como endurecimento por transformação martensítica, 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, entretanto, 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 vários níveis de martensita degenerada. Isso permite vários níveis 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 ele é, 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 de 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 normais de resfriamento, conforme a austenita esfria, o carbono se difunde para fora da austenita e forma carboneto de ferro rico em carbono (cementita) e deixa para trás a ferrita pobre em carbono.

Dependendo da composição da liga, uma camada de ferrita e cementita, chamada perlita, pode se formar.

Mas em caso de resfriamento rápido, o carbono não tem tempo suficiente para se difundir e se transforma em uma forma tetragonal de corpo centrado altamente deformada chamada martensita que é supersaturada com carbono. Todos os átomos de carbono permanecem como impurezas intersticiais na martensita.

A taxa de resfriamento determina as proporções relativas de martensita, ferrita e cementita e, portanto, determina as propriedades mecânicas do aço resultante, como dureza, resistência à tração e também tenacidade.

Fonte: Equipe Portal São Francisco