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1 de agosto de 2022

Aço Martensítico

Aço Martensítico

Editoria Serrametal – Esse conteúdo é apenas informativo, pois se trata do universo dos nossos clientes. Nós somos fornecedores de aços especiais.

Os aços martensíticos inoxidáveis da série 400 são os principais aços com essa característica, sendo estes aços inoxidáveis que apresentam menor resistência a corrosão, mas que por outro lado fornecem grande resistência mecânica. Tais aços são aplicados em ambientes com alta temperatura e que precisam resistir ao atrito ou pressão. São aplicados desde facas até em paredes ou pás de turbinas de vapor.

 

Os aços inoxidáveis ​​martensítico normalmente contêm entre 11,5 a 18% de cromo, até 1% de carbono, e outros elementos, como níquel, selênio, fósforo, vanádio e enxofre são adicionados em diferentes quantidades para obter propriedades específicas.

Para exemplificar, os aços ferramenta que apresentam martensita podem apresentar níveis mais elevados. O aço de alto carbono geralmente tem um teor de carbono entre 0,61% e 1,50%. Um maior teor de carbono torna o aço mais resistente porque o carbono fortalece a estrutura molecular. No entanto, também torna o metal mais frágil e não pode ser soldado ou facilmente moldado em outras formas.

Esses aços têm uma estrutura cúbica de face centrada (FCC) em altas temperaturas, mas quando temperados durante o tratamento térmico, a austenita se transforma em martensita com uma estrutura cúbica de corpo centrado (BCC).

Os aços inoxidáveis ​​martensíticos podem passar por tratamento térmico, pois podem ser temperados e revenidos para obter propriedades mecânicas aprimoradas, como maior dureza e resistência à tração.

Eles também estão entre o grupo de aços inoxidáveis ​​que são endurecíeis por precipitação para satisfazer certos requisitos de propriedades mecânicas. Embora os aços inoxidáveis ​​martensíticos possam ser trabalhados a quente, eles não possuem boa conformabilidade ou soldabilidade, mas a adição de enxofre pode melhorar sua usinabilidade. Se o teor de carbono for baixo, esses aços podem ser conformados a frio com relativa facilidade.

Seu nome vem da microestrutura de trabalho, que é a martensita, diferente dos aços da série 300, chamados de aços austeníticos. Aços martensíticos passam por tratamento térmico para atingir sua microestrutura, já os aços austeníticos não.

Os principais aços martensíticos utilizados na indústria são:

  • AISI 410
  • AISI 420
  • AISI 431
  • AISI 440A
  • AISI 440B
  • AISI 440C

 

Aços martensíticos para têmpera

Os tipos mais comuns de aço inoxidável martensítico, listados acima, são aço inoxidável 410, aço inoxidável 420 e 440A. Esses aços inoxidáveis martensíticos reagem ao tratamento térmico da mesma forma que as ligas de aço de alto carbono.

Eles são endurecidos por aquecimento a altas temperaturas seguidas de resfriamento rápido. Como a temperabilidade das ligas martensíticas é muito alta, eles podem ser temperados ao ar em determinadas situações.

Como a estrutura martensítica endurecida é bastante frágil, o material é tipicamente reaquecido a baixas temperaturas para aliviar a tensão da microestrutura ou reaquecido a temperaturas ligeiramente mais altas para diminuir a dureza (também chamado de revenimento) do material a níveis intermediários.

O recozimento é realizado por aquecimento logo abaixo da temperatura crítica das ligas; o recozimento pleno é obtido aquecendo um pouco acima da temperatura crítica com resfriamento mais lento.

Um dos benefícios do aço martensítico é que ele se torna mais resistente e duro após o tratamento térmico. Quando este tipo de aço é aquecido e resfriado rapidamente, os átomos ficam presos em uma posição distorcida conhecida como tetragonal de corpo centrado, o que torna o aço mais duro e mais resistente. Existem inúmeros processos que podem ser empregados para endurecer o aço martensítico.

É interessante notar que o aço inoxidável martensítico passa pelo processo de transformação de fase assim como os aços ferramenta, mas o aço inoxidável apresenta baixo nível de carbono.

Na Figura 1 temos o diagrama TTT de um exemplo muito comum de aço martensítico, o 410.

Figura 1 – Diagrama TTT inox 410 [1]

Vamos por esse diagrama certa similaridade com os aços para têmpera, como aços ferramenta, onde a estrutura formada com o resfriamento rápido é a martensita.

Aplicações do aço martensítico

Devido as suas propriedades, os aços martensíticos podem ser aplicados em:

  • Componentes estruturais;
  • Instrumentos de corte;
  • Ferramentas.

Peças de carros e motos, por exemplo, utilizam os aços martensíticos, por não estarem expostos a meios ácidos, mas sim terem que resistir mecanicamente a diversas situações. Podemos classificar esses aços com as seguintes aplicações:

  • Aço martensítico de Baixo Carbono (tipo turbina) – Composição: 0,15% C; 12% Cr
  • Aço martensítico de Médio Carbono (tipo cutelaria) – Composição: 0,70% C; 17% Cr
  • Aços martensítico de Alto Carbono (resistente ao desgaste) – Composição: 1,10% C; 17% Cr

Na Tabela 1 podemos avaliar o tipo de aço, com baixo, médio ou alto carbono e sua aplicação de referência, com suas propriedades mecânicas.

Tabela 1 – Propriedades e aplicações de diferentes aços martensíticos

Podemos perceber que as propriedades mecânicas apresentadas na Tabela 1 são similares as dos aços ferramentas e ligas especiais, entretanto propriedades como tenacidade podem sem muito inferiores, e resistência à corrosão podem ser superiores comparadas aos aços especiais.

Aplicações especiais:

Reatores de fissão

Os aços martensíticos com alto teor de cromo (9–12% Cr) foram considerados pela primeira vez para aplicações em núcleos de temperatura elevada (revestimentos, invólucros e dutos) para reatores rápidos na década de 1970, devido às suas excelentes propriedades térmicas e resistência à irradiação (baixo inchamento). em relação aos aços inoxidáveis ​​austeníticos.

Sandvik HT9, com a composição química Fe–12Cr–1Mo–0,5W–0,5Ni–0,25V–0,2C, que foi desenvolvido na Europa na década de 1960 para a geração de energia indústria, foi escolhido como material para investigação no programa de reator rápido dos EUA.

Tipos semelhantes de aço foram escolhidos na Europa e no Japão (EM-12 na França, FV448 no Reino Unido, DIN 1.4914 na Alemanha e JFMS, no Japão). Uma grande quantidade de informações foi gerada nos respectivos programas nucleares sobre as propriedades desses aços antes e depois da irradiação.

Devido às altas temperaturas previstas nos projetos dos reatores da Geração IV (até 650°C e superiores) considerados para aplicação, a ênfase principal aqui será nos aços com alto teor de cromo (9–12%Cr). No entanto, em alguns projetos, os componentes fora do núcleo (por exemplo, vaso de pressão, tubulação, etc.)

Em reatores comerciais de água leve, aços ferríticos e bainíticos de baixa liga, como o A533B (Fe–1.25Mn–0,5Ni–0,5Mo–0,2C) são usados ​​para os componentes de limite de pressão. Devido às temperaturas de operação mais altas dos reatores da Geração IV, os componentes de limite de pressão também operarão em temperaturas mais altas, provavelmente negando o uso de aços como o A533B. No entanto, aços com teor de cromo inferior a 9-12% poderiam ser usados ​​para esta aplicação.

 

Referências

[1] WELDING, BRAZING, AND SOLDERING WAS PUBLISHED IN 1993

Outras fontes

R.L. Klueh; D.S. Gelles; S. Jitsukawa; A. Kimura; G.R. Odette; B. van der Schaaf; M. Victoria (2002). Ferritic/martensitic steels – overview of recent results. , 307-311(part-P1), 455–465. doi:10.1016/s0022-3115(02)01082-6

Klueh, R. L. (2005). Elevated temperature ferritic and martensitic steels and their application to future nuclear reactors. International Materials Reviews, 50(5), 287–310. doi:10.1179/174328005X41140

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