Mec. de Endur. - 6 - Trans. Martensítica

Prof. Luiz Cláudio Cândido
MECANISMOS DE ENDURECIMENTO
Prof. Leonardo Barbosa Godefroid
candido@em.ufop.br leonardo@em.ufop.br
ENDURECIMENTO POR TRANSFORMAÇÃO MARTENSÍTICA
Endurecimento por transformação martensítica
1 – Características básicas da transformação martensítica
2 – Morfologia e estrutura da martensita
3 – Nucleação e crescimento
4 – Endurecimento da martensita
5 – Efeitos mecânicos
6 – Efeito memória de forma
ENDURECIMENTO POR TRANSFORMAÇÃO MARTENSÍTICA
 Transformação martensítica:
a) Existe uma relação de orientação entre a fase inicial e a fase final.
b) Existe um plano, chamado de “plano de hábito”, comum à estrutura transformada e à estrutura não
transformada.
c) A estrutura transformada é distinta da estrutura originária.
d) A transformação depende da temperatura, mas não do tempo.
e) Existe uma direção de deslocamento dos átomos, direção esta menor do que a distância
 interatômica.
Características básicas da transformação martensítica
Características básicas da transformação martensítica
Transformações de fase:
 Transformações por difusão de átomos (condições de equilíbrio).
 Transformações por escorregamento (militares) – transformação 
martensítica.
austenite
ferrite
cementite
A3
(A1)
Allotropes of iron in three dimensions
Apresentação esquemática de uma curva CCT (tracejado) sobreposta à curva TTT do mesmo aço (linhas sólidas). 
A velocidade necessária para evitar o “nariz” da curva TTT não é, exatamente, a velocidade crítica para garantir a 
formação de martensita. Alguns pontos do diagrama TTT seriam inacessíveis através de resfriamento contínuo.
 Exemplos de sistemas transformáveis:
Liga Mudança Estrutural
Co; Fe-Mn; Fe-Cr-Ni
Fe-Ni
Fe-C; Fe-Ni-C; Fe-Cr-C; Fe-Mn-C
In-Tl; Mn-Cu
Li; Zr; Ti; Ti-Mo; Ti-Mn
Cu-Zn; Cu-Sn
Cu-Al
Au-Cd
ZrO2
 CFC HC
 CFC CCC
 CFC TCC
 CFC TFC
 CCC HC
 CCC TFC
 CCC HC
 CCC ortorrômbico
 tetragonal monoclínico
a) aço com 1,4% C ou menos
  KURDJUMOV e SACHS (1930)
plano de hábito  (225)
(111)A / / (011)M
101 A / / 111 M
b) ligas Fe - Ni - C
 NISHIYAMA (1934)
plano de hábito  (259)
(111)A / / (011)M
112 A / / 011 M
Exemplos de plano de hábito e de relação de transformação: 
Exemplos de sistemas transformáveis:
Características básicas da transformação martensítica
Planos de hábito da martensita em vários tipos de aços.
Características básicas da transformação martensítica
A martensita é sempre coerente com a rede cristalina da matriz. Ela cresce em planos e 
direções preferenciais, de tal forma a causar a menor distorção da rede.
Características básicas da transformação martensítica
Transformation twins (Wayman)
Características básicas da transformação martensítica
Representação da formação da martensita mediante: (a) cisalhamento homogêneo e (b) deslizamento heterogêneo.
Características básicas da transformação martensítica
 Morfologias:
a) lenticular - forma de lentes
b) ripa - blocos justapostos em forma de placas
 Martensita lenticular em
 Fe-30%Ni.
 Martensita em ripas em
 aço baixo C.
Estas morfologias dependem da composição da liga, da estrutura cristalina, e das condições nas quais a martensita é formada.
c) acicular - forma de agulhas
Morfologia e estrutura da martensita
Martensita acicular em aço
inoxidável AISI 304.
 Morfologias:
Morfologia e estrutura da martensita
Deformation bands in the surface layer of the machined samples (steel AISI 304L) at (a) 130m/min etched 
with Beraha, (b) 175m/min etched Vilela, (c) 220m/min etched Vilela, and (d) 260m/min electrolytically 
polished. 
c) acicular - forma de agulhas
Várias formas de mostrar a 
transformação martensítica:
Martensite
50 m
A transformação martensítica CFC  CCC no ferro.
Morfologia e estrutura da martensita
austenite
Morfologia e estrutura da martensita
A transformação martensítica CFC  CCC no aço 0,8%C.
Morfologia e estrutura da martensita
Curva TTT esquemática de um aço Fe-C eutetóide. 
Como ocorre nucleação de cementita e de ferrita a diminuição da temperatura de transformação até a temperatura onde 
ocorre a taxa máxima da nucleação tem dois efeitos:
(i) reduz o espaçamento entre as lamelas de perlita, conduzindo à formação de perlita cada vez mais “fina” e 
(ii) reduz o tamanho das colônias de perlita.
(a) e (c) Aço eutetóide resfriado lentamente do campo austenítico. Perlita. (b) e (d) aço eutetóide resfriado ao ar do campo 
austenítico. Perlita. Observa-se a diferença de espaçamento lamelar e de tamanho das colônias de perlita. Ataque: Nital 2%. 
(a) Curva TTT (tempo-temperatura-transformação) para um aço de teor de C extra baixo, que transforma de austenita para ferrita, 
sem formação de cementita.
A linha 1% é o lugar geométrico dos pontos em que 1% da austenita (cinza) transformou em ferrita (branco) (início de transformação). 
A linha 99% é o lugar geométrico dos pontos em que 99% da austenita se transformou em ferrita (fim de transformação).
(b) Curvas de fração transformada em função do tempo, para duas temperaturas T1 e T2.
As micrografias esquematizadas indicam que, para a mesma microestrutura austenítica inicial, há mais pontos de nucleação na 
temperatura T2, próximo ao “nariz” da curva do que na temperatura T1. A maior nucleação, em uma transformação como esta, que 
prossegue até consumir toda a matriz, resulta em um tamanho de grão ferrítico muito fino.
(a) Diagrama CCT, temperatura versus tempo, para um aço com C = 0,39%, Mn = 1,45% e Mo = 0,49%.
Cada velocidade de resfriamento é representada por uma curva sobre a figura T vs t. 
Os valores de dureza final obtidos são, frequentemente, indicados para cada taxa de resfriamento.
(b) Diagrama CCT, temperatura versus taxa de resfriamento para um aço com C = 0,38%, Mn = 0,60%.
Cada velocidade de resfriamento é representada por uma linha vertical sobre o gráfico T vs dT/dt. 
Apresentação esquemática de uma curva CCT (tracejado) sobreposta à curva TTT do mesmo aço (linhas sólidas). 
A velocidade necessária para evitar o “nariz” da curva TTT não é, exatamente, a velocidade crítica para garantir a 
formação de martensita. Alguns pontos do diagrama TTT seriam inacessíveis através de resfriamento contínuo.
Curva CCT determinada por dilatometria de um aço experimental C = 0,78%, Si = 1,60%, Mn = 2,02, Mo = 0,24%, 
Cr = 1,01%, Co = 3,87% e Al = 1,37%. Os pontos pretos indicam a dureza em HV (eixo da direita). 
As cruzes indicam início e fim de transformação medidos (ver as microestruturas correspondentes a seguir).
A taxa de resfriamento está indicada em °C/s no alto do gráfico, para cada curva.
Microestruturas selecionadas dos corpos de prova utilizados para o levantamento da curva CCT da figura anterior. 
A amostra (a) é composta apenas por martensita (e austenita residual (retida), possivelmente, em função da temperatura M i
medida). Nas amostras (b) e (c) observam-se perlita e martensita (possivelmente, há austenita retida, também). A perlita 
nucleou na austenita, principalmente em contornos de grão. Observa-se a forma de “nódulos” das colônias de perlita.
A austenita que não se transformou em perlita transforma-se em martensita ao atingir a temperatura Mi. Com velocidades 
inferiores a 0,1°C/s observou-se apenas perlita, isto é, toda a austenita se transforma em perlita. O espaçamento 
interlamelar da perlita é mais fino com as maiores velocidades de resfriamento, como indicado pelas amostras (e) e (h). 
A perlita escurece, no ataque,