16.21. Martensita

Se a austenita se transforma abaixo de aproximadamente 220°C, a difusão e, conseqüentemente, a formação de mistura ferrita-cementita, ocorrem tão lentamente que um novo tipo de transformação de fase é favorecido. A austenita transforma-se quase instantaneamente numa nova fase, altamente distorcida, chamada martensita. A transformação em martensita não ocorre por difusão, mas por um cisalhamento e uma expansão da rede da austenita. Os grãos de martensita nucleiam e crescem a uma taxa muito alta, próxima à velocidade do som, no interior da matriz da austenita.
Como a martensita é uma fase longe do equilíbrio, ela não aparece no diagrama de fase Fe (ferro)- (carbeto de ferro) apresentado na Figura 16.s, Tópico 16.17. A transformação da austenita em martensita está representada no diagrama de transformação isotérmica, para uma liga ferro-carbono de composição eutetóide, apresentado na Figura 16.t. Como a transformação martensítica não ocorre por difusão e é instantânea, ela está representada por linhas horizontais. As linhas identificadas por M (início), M (%50) e M (%90), 50 e 90% da transformação de austenita em martensita. A natureza horizontal e linear dessas linhas indica que a transformação martensítica é função da temperatura e não depende do tempo. A estrutura cristalina da martensita é tetragonal de corpo centrado (TCC) (veja Figura 3.a.1, Capítulo 3, Estrutura Cristalina) que pode ser encarada como uma rede de ferrita (CCC, cúbica de corpo centrado), distorcida por átomos de carbono aprisionados devido à altíssima velocidade da formação. A Figura 16.z.1 apresenta microestruturas martensíticas.
A martensita é extremamente dura e, portanto, é uma estrutura desejável para os aços usados em ferramentas e maquinário do todos os tipos. A região de máxima velocidade de transformação corresponde ao “joelho ou nariz” da Figura 16.t, algumas vezes chamado de “nariz da perlita”. Mas, resfriar bruscamente um material quente, só é possível, obviamente, para objetos pequenos. Além disso, o resfriamento deixa grandes tensões residuais, trincando, algumas vezes, a superfície e o interior do material. Para formar a martensita em menores velocidades de resfriamento, o nariz da perlita deve ser movido para a direita (isto é, as velocidades de formação da perlita e bainita devem ser reduzidas). Esta redução é o objetivo da adição de vários elementos de liga que são usados nos “aços-ferramentas”. Uma adição desejável é aquela que move o nariz da perlita para a direita sem alterar as linhas (início da decomposição da austenita em martensita) e (final da decomposição da austenita em martensita). Pode-se assim obter martensita com menores velocidades de resfriamento. Temperabilidade é o nome que se dá à facilidade com que se forma a martensita numa determinada liga. Quando adicionados em pequenas porcentagens, o manganês (Mn), o cromo (Cr), o níquel (Ni), o vanádio (V) e o molibdênio (Mo), dentre outros, aumentam a temperabilidade.

16.z.1 – Fotomicrografias de amostras de Martensita.