O que é o aço inoxidável martensítico? Composição, classes e principais aplicações

No vasto mundo da ciência dos materiais, existe um tipo de aço apreciado pela sua excecional dureza e nitidez, amplamente utilizado no fabrico de cutelaria e instrumentos médicos de alta qualidade. Mas já se interrogou sobre o que lhe confere estas propriedades únicas? Este material notável, que pode resistir tanto à corrosão como ao desgaste extremo, é o que vamos descobrir: o aço inoxidável martensítico.

O que é o aço inoxidável martensítico?

O aço inoxidável martensítico é um tipo de aço que pode ser endurecidos por tratamento térmico. Ao contrário do conhecido aço inoxidável austenítico, as principais caraterísticas do aço inoxidável martensítico são a sua elevada dureza, alta resistênciae propriedades magnéticas. Esta combinação única de propriedades, que deriva da sua estrutura cristalina específica, permite-lhe ter um desempenho excecional em aplicações que requerem uma elevada resistência ao desgaste e à pressão.

História

A história do aço inoxidável martensítico remonta ao início do século XX. Em 1912, o metalúrgico britânico Harry Brearley procurava um material resistente à corrosão para os canos das armas quando descobriu que as ligas de ferro com mais de 12% de crómio não enferrujavam facilmente ao ar. A sua investigação posterior mostrou que, adicionando carbono ao aço e aplicando um tratamento térmico, podia criar um material que não só era resistente à corrosão, como também possuía elevada dureza e resistência. Esta invenção lançou as bases da cutelaria moderna, dos instrumentos cirúrgicos e de outras indústrias, anunciando uma nova era para o aço inoxidável martensítico.

Composição

O desempenho do aço inoxidável martensítico é determinado pela sua composição química única. Os seus componentes principais incluem:

• Crómio (Cr): Normalmente, variam entre 12% a 18%A resistência à corrosão do aço inoxidável deve-se principalmente a este facto.
• Carbono (C): Este é o elemento-chave do aço inoxidável martensítico, com um teor que varia normalmente entre 0,1% a mais de 1,0%. É o alto teor de carbono que permite que o material forme uma fase de martensita dura através de tratamento térmico.
• Outros elementos: Pode também conter pequenas quantidades de manganês (Mn) e silício (Si) para melhorar as suas propriedades mecânicas e de processamento.

Microestrutura

O aço inoxidável martensítico recebe o seu nome devido à sua microestrutura martensítica. Esta estrutura é uma estrutura cristalina sem equilíbrio que se forma normalmente quando o aço é rapidamente arrefecido (temperado) a partir de uma temperatura elevada (a fase de austenite). Durante este arrefecimento rápido, os átomos de carbono não têm tempo suficiente para se difundirem e ficam "presos" na estrutura cristalina do ferro, formando uma tetragonal centrado no corpo (BCT) estrutura. É esta estrutura BCT altamente tensionada que confere ao aço inoxidável martensítico a sua dureza e resistência sem paralelo.

Notas

Os tipos de aço inoxidável martensítico são classificados principalmente com base na sua composição química e desempenho. Apresentamos de seguida algumas das qualidades mais comuns e representativas:

• Tipo 420: Este é um aço inoxidável martensítico de utilização geral com boas propriedades de polimento e resistência à corrosão. Pode atingir uma dureza muito elevada após têmpera e revenido, mantendo uma melhor tenacidade do que os tipos com um teor de carbono mais elevado. O tipo 420 é uma escolha ideal para o fabrico de facas de mesa, lâminas cirúrgicas e tesouras.
• Tipo 440C: O tipo 440C é uma "estrela" entre os aços inoxidáveis martensíticos, conhecido pela sua dureza e resistência extremamente elevadas. Contém uma maior proporção de carbono, o que lhe permite atingir um dos mais elevados níveis de dureza entre todos os aços inoxidáveis após tratamento térmico. Isto faz com que seja o material preferido para talheres de alta qualidade, rolamentos e componentes de válvulas.

Propriedades e vantagens

O aço inoxidável martensítico destaca-se entre as várias categorias de aço inoxidável devido às suas propriedades únicas. As suas principais vantagens e propriedades-chave incluem:

• Dureza e resistência excepcionais: Esta é a caraterística mais importante do aço inoxidável martensítico. Através de um tratamento térmico adequado (têmpera e revenido), a sua dureza pode atingir níveis extremamente elevados, muito superiores aos do aço inoxidável austenítico. Isto torna-o adequado para o fabrico de ferramentas de corte e componentes mecânicos afiados e duradouros.
• Excelente resistência ao desgaste: A elevada dureza traduz-se diretamente numa excelente resistência ao desgaste. O aço inoxidável martensítico tem um desempenho muito melhor do que muitos outros tipos de aço em condições de fricção prolongada e elevada tensão.
• Tratabilidade térmica: Esta é uma vantagem fundamental que o distingue do aço inoxidável austenítico. A capacidade de ser tratado termicamente permite que as suas propriedades sejam ajustadas com precisão para satisfazer requisitos específicos de dureza e tenacidade, alcançando assim um equilíbrio perfeito entre resistência e tenacidade.

Desvantagens

Apesar das suas muitas vantagens, o aço inoxidável martensítico também tem algumas desvantagens inerentes. É crucial compreender estas desvantagens para selecionar e utilizar corretamente este material:

• Resistência à corrosão relativamente fraca: Comparado com o aço inoxidável austenítico, o aço inoxidável martensítico tem uma menor resistência à corrosão. Isto deve-se ao facto de o seu teor de crómio ser relativamente mais baixo e de, durante o processo de tratamento térmico, algum crómio se combinar com o carbono para formar carbonetos, o que enfraquece a sua capacidade de resistência à corrosão.
• Fragilidade: A elevada dureza e a elevada resistência são frequentemente acompanhadas por um certo grau de fragilidade. Se não for adequadamente temperado, o aço inoxidável martensítico pode ser muito frágil e propenso a fissuras ou fracturas sob impacto ou sob grande tensão.
• Elevada dificuldade de soldadura: Devido ao seu elevado teor de carbono, o aço inoxidável martensítico é suscetível de fissurar no cordão de soldadura e na zona afetada pelo calor durante o processo de soldadura. Por conseguinte, a soldadura exige normalmente um tratamento térmico rigoroso de pré-aquecimento e pós-soldadura para evitar a fissuração.
• Custo: Alguns aços inoxidáveis martensíticos com elevado teor de carbono (como o 440C) são relativamente mais caros devido aos seus complexos processos de fabrico e desempenho superior.

Aplicações

Graças à sua elevada dureza e resistência ao desgaste, o aço inoxidável martensítico é amplamente utilizado em aplicações com requisitos de desempenho exigentes. As suas principais aplicações incluem:

• Talheres: Desde facas de cozinha e facas de chef até facas de caça profissionais, o aço inoxidável martensítico é muito apreciado pela sua capacidade de manter um fio afiado.
• Instrumentos médicos: Os bisturis, tesouras e fórceps cirúrgicos requerem uma dureza e resistência à corrosão extremamente elevadas para garantir a sua nitidez e higiene.
• Componentes industriais: Em peças mecânicas como rolamentos, engrenagens, válvulas e lâminas de turbinas, o aço inoxidável martensítico pode suportar desgaste e pressão significativos, garantindo o funcionamento estável a longo prazo do equipamento.
• Molas e ferramentas de medição: A sua excelente dureza e elasticidade fazem dele um material ideal para ferramentas de medição de precisão e molas de alta resistência.

Perguntas frequentes (FAQs)

Qual é a diferença entre o aço martensítico e o aço austenítico?

A principal diferença entre estes dois tipos de aço inoxidável reside na sua estrutura cristalina e método de endurecimento. O aço martensítico tem uma estrutura de martensite à temperatura ambiente e pode ser endurecido por tratamento térmico (têmpera), e é magnético. O aço austenítico tem uma estrutura de austenite à temperatura ambiente, não pode ser endurecido por tratamento térmicomas pode ser reforçado por trabalho a frio. Geralmente não é magnético.

O aço inoxidável 316 é austenítico ou martensítico?

O aço inoxidável 316 é um aço inoxidável austenítico. É uma das qualidades mais conhecidas da série 300. É uma escolha popular porque contém molibdénio para além do crómio e do níquel, o que lhe confere uma resistência superior à corrosão, especialmente em ambientes com cloretos.

O aço inoxidável martensítico é FCC ou BCC?

A estrutura cristalina do aço inoxidável martensítico é BCT (Tetragonal centrado no corpo). Não é nem FCC (Face-Centered Cubic, que pertence à austenite) nem BCC (Body-Centered Cubic, que pertence à ferrite). Esta estrutura BCT única, formada durante o arrefecimento rápido, é o que confere ao aço inoxidável martensítico a sua dureza extremamente elevada.

O aço inoxidável 410 é martensítico?

Sim, o 410 é um exemplo clássico de um aço inoxidável martensítico. É o tipo martensítico mais comum e amplamente utilizado, conhecido pelo seu bom equilíbrio entre resistência à corrosão e dureza. Tal como outros aços martensíticos, pode ser endurecido por tratamento térmico e é magnético.

Conclusão

Em conclusão, o aço inoxidável martensítico destaca-se como um material de elevado desempenho devido à sua combinação única de elevada dureza, resistência e capacidade de ser endurecido por tratamento térmico. Embora a sua resistência à corrosão possa não corresponder à do aço austenítico, a sua dureza e resistência ao desgaste sem paralelo tornam-no uma escolha indispensável para aplicações exigentes em que a durabilidade e a nitidez são fundamentais