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Aço inoxidável martensítico: Definição, composição, propriedades, graus, aplicações e muito mais
- João
O que é aço inoxidável martensítico?
O aço inoxidável martensítico é um tipo de aço inoxidável com uma estrutura de cristal tetragonal centrada no corpo (BCT) coberta pela série 400 ao lado do aço inoxidável ferrítico. É composto principalmente de cromo 12-18% e carbono 0,1-1,2%. O aço inoxidável martensítico pode ser endurecido e fortalecido por tratamento térmico para melhor desempenho, mas sua resistência à corrosão é geralmente menor do que a do aço inoxidável austenítico.
É amplamente utilizado em talheres, instrumentos cirúrgicos, válvulas, rolamentos, lâminas de turbina, etc., onde alta resistência e resistência ao desgaste são necessárias. O aço inoxidável martensítico faz parte da família do aço inoxidável, que inclui austenítico, ferrítico, duplex e endurecimento por precipitação.
Composição química do aço inoxidável martensítico
O aço inoxidável martensítico é feito principalmente de ferro, cromo e carbono. Ele normalmente contém 12% a 17% de cromo (Cr), que ajuda a resistir à ferrugem e à corrosão. A quantidade de carbono (C) pode variar de 0,1% a 1,2%.
O aço com até 0,4% de carbono é geralmente usado em peças como bombas, válvulas e eixos por causa de sua resistência. Se tiver mais de 0,4% de carbono, é mais adequado para coisas que precisam resistir ao desgaste, como facas, lâminas cirúrgicas e moldes.
Ao contrário do tipo austenítico, que é essencialmente uma liga de cromo-níquel, o aço inoxidável martensítico geralmente não contém níquel (Ni), exceto para vários graus específicos. Por exemplo, o níquel é adicionado em 431 (1.4057) para aumentar a tenacidade e a ductilidade e em 1.4418 para melhor resistência à corrosão (também a mais alta de todos os graus martensíticos).
Outros elementos como boro (B), cobalto (Co), nióbio (Nb) e titânio (Ti) podem ser adicionados para melhorar o desempenho em altas temperaturas.
Propriedades do aço inoxidável martensítico
O aço inoxidável martensítico é um tipo muito especial de aço inoxidável. Aqui estão três razões principais que o tornam único:
- Altíssima resistência e dureza após tratamento térmico.
- Magnético, diferente do aço inoxidável austenítico.
- Boa resistência ao desgaste e moderada resistência à corrosão.
Confira a tabela abaixo com as principais propriedades do aço inoxidável martensítico:
| Propriedade | Descrição | Desempenho | Observações |
| Força | Capacidade de suportar uma força aplicada sem falhar. | Alta resistência, especialmente em condições temperadas e revenidas. | Aços martensíticos têm alta resistência à tração e à fluência, adequados para aplicações de alto estresse. |
| Dureza | Resistência à deformação ou indentação. | Muito alto, especialmente após tratamento térmico, pode chegar a 60 HRC. | A dureza aumenta com o teor de carbono; o endurecimento secundário ocorre entre 450-500°C. |
| Resistência à corrosão | Capacidade de resistir à deterioração devido a reações químicas. | Moderado, inferior aos graus austeníticos. | A resistência ideal à corrosão é obtida na condição temperada e revenida. |
| Resistência ao calor | Capacidade de manter o desempenho em temperaturas elevadas. | Boa resistência ao calor, moderada para aplicações de alta temperatura. | Adequado para temperaturas em torno de 600°C em geração de energia e outras indústrias. |
| Propriedades magnéticas | Atração por um campo magnético. | Magnético devido à estrutura martensítica. | Aços inoxidáveis martensíticos apresentam propriedades magnéticas semelhantes às dos aços carbono comuns. |
| Formabilidade | Facilidade de ser moldado ou moldado sem rachar. | Limitado, propenso a rachaduras devido à dureza e fragilidade. | Os processos de conformação geralmente exigem recozimento para evitar rachaduras e tensões. |
| Soldabilidade | Facilidade de soldagem sem defeitos. | Baixa soldabilidade devido ao endurecimento durante a soldagem. | O pré-aquecimento (400-600°F) e o controle de temperatura entre passes são necessários para evitar rachaduras. |
| Usinabilidade | Facilidade de ser cortado ou moldado usando máquinas. | Boa usinabilidade, especialmente na condição recozida ou revenida. | A usinagem é mais fácil no estado amolecido (recozido); adições de enxofre no 416 melhoram a usinabilidade. |
| Fragilidade | Tendência a fraturar ou quebrar com pouca deformação. | Pode ser quebradiço, especialmente após endurecimento sem revenimento. | Aumento da fragilidade devido à alta dureza; o revenimento reduz a fragilidade e melhora a tenacidade. |
Vantagens e desvantagens do aço inoxidável martensítico
Veja a seguir as vantagens e os benefícios do aço inoxidável martensítico:
- Alta resistência e dureza.
- Boa resistência ao desgaste.
- Resistente à corrosão em ambientes amenos.
- Pode ser tratado termicamente para melhorar suas propriedades.
- Adequado para ferramentas de corte e lâminas.
As desvantagens e limitações estão listadas abaixo:
- Baixa soldabilidade.
- Suscetível à fragilidade em baixas temperaturas.
- Resistência limitada à corrosão em ambientes agressivos.
- Requer tratamento térmico preciso para evitar rachaduras.
- Menos dúctil que outros aços inoxidáveis.
Tratamento térmico e como a estrutura martensítica se forma no aço inoxidável?
A estrutura martensítica no aço inoxidável é formada pelo aquecimento do aço para formar austenita e, em seguida, seu rápido resfriamento (têmpera), causando uma transformação sem difusão da austenita em martensita dura e quebradiça.
Veja como isso acontece:
1. Aquecimento para formar austenita (austenitização)
Aqueça o aço a uma temperatura alta, normalmente entre 925°C – 1070°C (1700°F – 1950°F). Nesta temperatura:
- A estrutura do aço torna-se austenítica, ou seja, os átomos de ferro se organizam em uma cúbico de face centrada (FCC) treliça.
- Átomos de carbono dissolver uniformemente dentro desta rede.
2. Resfriamento rápido (têmpera)
Após atingir a temperatura desejada, o aço é resfriado rapidamenteou extinto, geralmente em:
- Óleo
- Ar
- Água
A escolha do meio de têmpera depende da liga específica e das propriedades desejadas.
3. Formação de Martensita
Durante a têmpera:
- O resfriamento rápido evita átomos de carbono de difundindo-se de a treliça de ferro.
- À medida que a temperatura cai abaixo do temperatura inicial de martensita (Ms), normalmente em torno de 300°C a 400°C (570°F a 750°F), a estrutura austenítica do FCC começa a se transformar em uma tetragonal de corpo centrado (BCT) estrutura, conhecida como martensita.
- A transformação continua à medida que a temperatura diminui em direção ao temperatura de acabamento da martensita (Mf), que pode ser abaixo da temperatura ambiente, às vezes tão baixo quanto 150°C a 200°C (300°F a 390°F) abaixo da temperatura Ms.
- Esta transformação é uma processo sem difusão, o que significa que os átomos mudam de posição sem difusão de longo alcance.
4. Temperamento para melhorar a tenacidade
Para mitigar fragilidade:
- O aço passa por um revenimento, que envolve o reaquecimento a uma temperatura mais baixa (normalmente entre 200°C – 600°C).
- O revenimento permite que algumas tensões de rede relaxem e precipitem carbonetos, aumentando a tenacidade sem reduzir significativamente a dureza.
Classes de aço inoxidável martensítico
Dê uma olhada nos graus comuns na família do aço inoxidável martensítico:
| Grau | Grau equivalente | Descrição | Aplicativo |
| 403 | EN 1.4003 / UNS S40300 | Aço inoxidável martensítico com composição controlada e cromo 12% (Cr), projetado para ambientes de alto estresse e alta temperatura, como componentes de turbinas e compressores. | Peças de turbina a vapor, componentes de compressor, peças aeroespaciais, lâminas de alta temperatura |
| 410 | EN 1.4006 / UNS S41000 | Aço inoxidável martensítico básico com cromo 12% (Cr), conhecido pela resistência moderada à corrosão e boa dureza após tratamento térmico. | Fixadores, lâminas de turbina, talheres, componentes de válvulas |
| 416 | EN 1.4005 / UNS S41600 | Aço inoxidável martensítico de usinagem livre com adição de enxofre (S) para melhor usinabilidade, mas com resistência à corrosão e resistência ligeiramente reduzidas. | Engrenagens, eixos, eixos, parafusos |
| 416Se | AISI 416Se | Aço inoxidável martensítico de usinagem livre com selênio (Se) para usinabilidade aprimorada, proporcionando um acabamento de superfície mais suave em comparação com equivalentes à base de enxofre. | Parafusos, porcas, assentos de válvulas |
| 420 | EN 1.4021 / UNS S42000 | Aço inoxidável martensítico com alto teor de carbono (C) que oferece maior resistência, dureza e resistência ao desgaste após tratamento térmico. | Instrumentos cirúrgicos, talheres, engrenagens, peças de válvulas |
| 420F | EN 1.4028 + S / UNS S42020 | Aço inoxidável martensítico com adição de fósforo (P) e enxofre (S) para maior usinabilidade, comumente usado em aplicações de usinagem de alta velocidade. | Peças usinadas, bombas, componentes de válvulas, parafusos |
| 431 | EN 1.4057 / UNS S43100 | Aço inoxidável martensítico com níquel (Ni) para maior resistência à corrosão, conhecido por sua alta resistência e tenacidade, especialmente em ambientes marinhos. | Peças de aeronaves, parafusos marítimos, eixos de hélice, eixos de bomba |
| 431F | AISI 431F | Versão de usinagem livre do 431 com adição de enxofre ou selênio para melhor usinabilidade. | Componentes de válvulas, eixos de bombas, peças que exigem resistência à corrosão e usinabilidade. |
| 440A | EN 1.4109 / UNS S44002 | Aço inoxidável martensítico com carbono (C) ainda menor que o 440B, oferecendo maior tenacidade e melhor resistência à corrosão, embora com dureza reduzida. | Facas de caça, bisturis cirúrgicos, rolamentos de esferas, ferramentas de corte |
| 440B | EN 1.4112 / UNS S44003 | Aço inoxidável martensítico com teor de carbono (C) ligeiramente menor que 440C, proporcionando um equilíbrio entre dureza e tenacidade aprimorada. | Lâminas de faca, formões, válvulas industriais, ferramentas de corte |
| 440C | EN 1.4125 / UNS S44004 | Aço inoxidável martensítico com alto teor de carbono (C) que proporciona máxima dureza e resistência ao desgaste, com cromo (Cr) para resistência moderada à corrosão. | Rolamentos, facas, moldes, instrumentos cirúrgicos |
| 440F | EN 1.4104 / AISI 440F | Versão de usinagem livre do 440A com enxofre adicionado para melhor usinabilidade. | Cutelaria, instrumentos cirúrgicos, facas, aplicações que exigem resistência ao desgaste e usinabilidade. |
| 422 | EN 1.4935 / UNS S42200 | Aço inoxidável martensítico com adição de molibdênio (Mo), vanádio (V) e tungstênio (W), proporcionando alta resistência e excelente resistência ao calor em temperaturas elevadas. | Lâminas de turbina, peças aeroespaciais, parafusos de alta temperatura, fixadores |
| 17-4 PH | EN 1.4542 / UNS S17400 | *Aço inoxidável endurecível por precipitação com matriz martensítica oferecendo alta resistência e moderada resistência à corrosão. | Componentes aeroespaciais, pás de turbinas, equipamentos de alto desempenho que exigem resistência e corrosão. |
*1.4418 tem a maior resistência à corrosão de todos os aços inoxidáveis martensíticos, o que não está listado na tabela acima.
Qual é o tipo de aço inoxidável martensítico mais comum?
O grau 410 é o aço inoxidável martensítico mais comum devido ao seu equilíbrio de boa resistência à corrosão, alta resistência e dureza. Ele também é amplamente disponível e econômico, tornando-o adequado para uma ampla gama de aplicações.
Aplicações do Aço Inoxidável Martensítico
Aqui estão algumas indústrias e aplicações comuns do aço inoxidável martensítico:
| Setor | Aplicativo |
| Automotivo | Componentes do motor, sistemas de escapamento, injetores de combustível, válvulas, etc. |
| Aeroespacial | Trem de pouso, fixadores, componentes estruturais, pás de turbina, etc. |
| Médico | Instrumentos cirúrgicos, ferramentas odontológicas, implantes ortopédicos, bisturis, etc. |
| Petróleo e gás | Eixos de bombas, peças de válvulas, tubulações, componentes de cabeças de poço, etc. |
| Geração de energia | Lâminas de turbina, componentes de bombas, geradores de vapor, assentos de válvulas, etc. |
| Defesa | Canos de armas, facas, blindagem, componentes de mísseis, etc. |
| Processamento químico | Bombas, válvulas, trocadores de calor, componentes de reatores, etc. |
| Processamento de alimentos | Lâminas, ferramentas de corte, moedores de carne, correias transportadoras, etc. |
O aço inoxidável martensítico é bom para facas?
Sim, o aço inoxidável martensítico é bom para facas devido à sua dureza, resistência ao desgaste e capacidade de manter um fio afiado.
Aço inoxidável martensítico vs. austenítico vs. ferrítico vs. duplex vs. endurecido por precipitação
Compare as cinco classes de aço inoxidável na tabela abaixo:
| Propriedade | Aço inoxidável martensítico | Aço inoxidável austenítico | Aço inoxidável ferrítico | Aço inoxidável duplex | PH Aço Inoxidável |
| Estrutura cristalina | Martensítico (BCT) | Austenítico (FCC) | Ferrítico (BCC) | Austenítico + Ferrítico, geralmente 50% + 50% | Martensítico ou Austenítico + Endurecimento por Precipitação |
| Resistência mecânica | Alta resistência, alta dureza | Alta tenacidade, boa ductilidade | Resistência moderada, boa tenacidade | Alta resistência, resistência superior à fratura | Alta resistência após tratamento térmico |
| Resistência à corrosão | Moderado, sujeito à corrosão em ambientes agressivos | Excelente, especialmente em ambientes ácidos e clorados | Bom, especialmente em ambientes oxidantes | Excelente, especialmente em ambientes clorados e marinhos | Bom, mas menos que os tipos austeníticos ou duplex |
| Soldabilidade | Pobre, requer tratamento térmico prévio e posterior | Excelente, impacto mínimo da soldagem | É necessário tratamento térmico moderado pós-soldagem | Bom, mas a taxa de resfriamento deve ser controlada | Bom, mas é necessário tratamento térmico após a soldagem |
| Tratamento térmico | Têmpera e revenimento para ajuste de dureza | Não pode ser endurecido por tratamento térmico, o trabalho a frio pode fortalecer | Não tratável termicamente, pode ser reforçado por trabalho a frio | Mantém boas propriedades após tratamento térmico | Reforçado pelo tratamento térmico de endurecimento por precipitação |
| Aplicações típicas | Lâminas, eixos, componentes mecânicos | Processamento de alimentos, equipamentos químicos, dispositivos médicos | Sistemas de escapamento automotivo, trocadores de calor | Engenharia naval, oleodutos e gasodutos | Aplicações aeroespaciais, nucleares e de alta resistência |
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Agora que você tem um conhecimento mais profundo sobre o aço inoxidável martensítico, ainda há alguns problemas comuns que merecem sua atenção:：
O aço inoxidável martensítico pode enferrujar?
Sim, o aço inoxidável martensítico pode enferrujar porque contém menos cromo, especialmente se não receber manutenção adequada.
Por que o aço inoxidável martensítico é sempre temperado?
O aço inoxidável martensítico é sempre temperado para reduzir a fragilidade e aumentar a tenacidade. A têmpera alivia as tensões internas e melhora as propriedades mecânicas, tornando o aço mais adequado para uso prático.
É possível soldar aço inoxidável martensítico?
Sim, é possível soldar aço inoxidável martensítico, mas isso é um desafio, pois é fácil rachar e perder resistência. O pré-aquecimento adequado e o tratamento térmico pós-soldagem são necessários para gerenciar esses problemas.
O aço inoxidável martensítico é magnético ou não?
O aço inoxidável martensítico é magnético porque contém altos níveis de ferro e tem uma estrutura de cristal martensítico, que retém propriedades magnéticas. A ausência de níquel suficiente ou outros elementos que reduziriam o magnetismo permite que ele permaneça magnético.
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Qual é a diferença entre o aço inoxidável martensítico e o austenítico?
O aço inoxidável martensítico é duro, forte e pode ser tratado termicamente, o que o torna ideal para ferramentas e talheres, enquanto o aço inoxidável austenítico é não magnético, altamente resistente à corrosão e amplamente utilizado no processamento de alimentos e equipamentos médicos devido à sua excelente soldabilidade e conformabilidade.
A martensita ou a austenita é mais forte?
A martensita é mais forte que a austenita devido à sua estrutura tetragonal de corpo centrado (BCT) mais dura e quebradiça, formada por resfriamento rápido (têmpera), enquanto a austenita é mais macia e dúctil.
Resumo e mais
Este artigo explica brevemente a definição, composição, propriedades, formação de estrutura, graus, aplicações e outros aspectos importantes do aço inoxidável martensítico. Para saber mais sobre aço inoxidável ou outros tipos de aço, confira nosso blog ou Entre em contato com nossos especialistas em metais.
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