Martensita e Bainita: Considerações Gerais

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MARTENSITA E BAINITA
Considerações Gerais - A Martensita, chamada assim devido ao cientista alemão Adolf Martens, vem sendo usada por muito tempo para designar uma microestrutura dura encontrada como produto dos aços temperados. Ultimamente, entretanto, tem-se desenvolvido vários estudos no sentido de compreender a natureza de sua transformação. A transformação martensítica também ocorre em alguns sistemas não ferrosos, tais como as ligas Cu-Al e Au-Cd, e em sistemas óxidos, como, por exemplo, o SiO2 e o ZrO2. De fato, os estudiosos desta área tem identificado as características da transformação martensítica em sistemas não metálicos e denominam esta transformação de “displaciva” ( de “displacive” em inglês e sem tradução própria para o português ) para diferenciar do termo “martensítico” utilizado pêlos metalurgistas. Quanto a Martensita, este termo se refere a qualquer fase produzida por uma transformação martensítica ou por uma transformação displaciva, ainda que estas fases posam diferir significativamente em termos de composição, estrutura cristalina e propriedades. Nas ligas Fe-C e nos aços, a Austenita é a fase de origem a partir da qual a transformação martensítica ocorre. A transformação martensítica é adifusional e, consequentemente, tem exatamente a mesma composição da Austenita que lhe deu origem, podendo chegar até 2% C dependendo da composição da liga.
Uma vez que a difusão é suprimida do processo de transformação, devido ao resfriamento rápido, os átomos de Carbono não podem se distribuírem entre a Ferrita e a Cementita, ficando aprisionados nos sítios octaédricos da estrutura cúbica de corpo centrado ( característica da Ferrita ), assim produzindo uma nova fase , a Martensita.
Como a solubilidade do Carbono na estrutura C.C.C é excessivamente
excedida, quando a Martensita se forma, então esta assume uma estrutura Tetragonal de Corpo Centrado com uma célula unitária cujo parâmetro “c” da rede ( altura da célula ) é maior que o parâmetro “a” da base. Quanto maior a concentração de Carbono na Martensita maior o número de sítios intersticiais preenchidos, acarretando num acréscimo da tetragonalidade da rede T.C.C, conforme se observa nas figura a seguir:
A Martensita é uma fase única que se forma nos aços. Ela tem a sua própria estrutura cristalina e composição, bem como esta separada das outras fases por uma interface bem definida. É uma fase metaestável presente somente devido a difusão ter sido suprimida.
Isto quer dizer que se a Martensita for aquecida a uma temperatura aonde os átomos de Carbono tem mobilidade, então esses átomos difundirão dos sítios octaédricos para formar carbetos. Este fato terá como resultado o alívio da tetragonalidade e como conseqüência a Martensita será substituída por uma mistura de Ferrita e Cementita dentro das condições exigidas pelo diagrama FeCarbono. O aquecimento para decomposição da Martensita em outras
estruturas recebe o nome de Revenido.
A Martensita se forma por um mecanismo de cizalhamento onde muitos átomos se rearranjam cooperativamente e, a maioria, efetua a transformação simultaneamente, pois se trata de um mecanismo muito diferente do movimento átomo-a-átomo através de interfaces durante as transformações dependentes da difusão.
Se a Austenita de origem não consegue acomodar as variações dimensionais produzidas pelo cizalhamento martensítico, então, pode ocorrer um trincamento na interface Martensita/Austenita retida. Felizmente a Austenita nos aços tem ductilidade suficiente para acomodar a formação da Martensita. Nos sistemas
cerâmicos, em alguns casos, a fase de origem não apresenta a ductilidade suficiente para acomodar a transformação anulando qualquer propósito para sua obtenção. 
Bainita - A formação e a estrutura dos vários constituintes microestruturais que se formam durante os tratamentos térmicos dos aços, em particular a Ferrita, a Cementita, a Perlita e a Martensita, já foram discutidos. A descrição da Bainita foi deixada por último devido a ela se formar sob condições características, tanto por resfriamento contínuo quanto por transformação isotérmica, que se dão intermediariamente às condições de formação da Perlita e da Martensita, bem como suas similaridades com estas duas fases.
Sua similaridade com a Perlita é devido à Bainita ser uma mistura de fases Ferrita e Cementita, e consequentemente, ser dependente da partição do carbono, controlada por difusão, entre a Ferrita e a Cementita. Entretanto, ao contrário da Perlita, a Ferrita e a Cementita estão presentes numa rede não lamelar cujas características são dependentes da composição da liga e da
temperatura de transformação. Sua similaridade com a Martensita é devido ao aspecto de formação da Ferrita da Bainita, cujo mecanismo se dá por cizalhamento e expulsão de carbono. Existem duas formas principais de Bainita : Bainita superior que se forma em faixas de temperaturas pouco abaixo da formação da Perlita, e Bainita inferior
que se forma em temperaturas muito próximas da temperatura de início de formação da Martensita. Embora os átomos de Carbono tenham alta mobilidade na faixa de temperaturas para a transformação da Bainita, os átomos de Ferro não têm e, como consequencia, é necessário um mecanismo de cizalhamento para efetuar a formação da bainita ou , no mínimo, iniciar esta transformação. A difusão do Carbono é então necessária para formar os carbetos dentro desta estrutura
bifásica. A figura abaixo mostra um exemplo de uma estrutura bainítica.
Bainita Superior de um aço AISI 4360 Transformado
Transformado isotermicamente a 495ºC - MO - 750 x
m2
Bainita Inferior de um aço com 1,10% C
a 190ºC por 5Horas - MO