(a) Explique porque os aços inoxidáveis martensíticos com maior teor de carbono apresentam um teor de cromo mais elevado. (b) Analise as implicações de se utilizar um aço inoxidável martensítico contendo
p Cre
p C, e explique porque em um aço com essa composição é necessário adicionar 2%p Ni.
Passo 1
Beleza, aqui a gente tem um exercício de Materiais (ligas metálicas), mais especificamente sobre aços inoxidáveis martensíticos.
O enunciado pede:
(a) Por que, quanto mais carbono num inox martensítico, mais cromo a gente precisa?
(b) Se eu fizer um aço martensítico com 16 %Cr e 0,1 %C, quais são as “armadilhas” dessa composição e por que tenho que botar 2 %Ni nele?
O enunciado pede:
(a) Por que, quanto mais carbono num inox martensítico, mais cromo a gente precisa?
(b) Se eu fizer um aço martensítico com 16 %Cr e 0,1 %C, quais são as “armadilhas” dessa composição e por que tenho que botar 2 %Ni nele?
Para resolver isso, a gente vai usar dois conceitos básicos:
- Como se forma a película passiva de Cr₂O₃ (e por que o Cr em solução sólida é fundamental).
- Como o carbono e outros elementos influenciam a transformação martensítica (temperaturas Ms, carbetos e equilíbrio ferrita/austenita).
Passo 2
(a) Por que mais C → mais Cr?
- Teoria da passivação: para ser “inox”, é preciso ter, no ferro, pelo menos uns ~11,5 %Cr em solução sólida que forme a película de Cr₂O₃ na superfície.
- Carbono e carbonetos: C gosta de reagir com Cr para formar carbetos (por exemplo Cr₂₃C₆). Ou seja, parte do Cr some da solução sólida e vai parar nesses precipitados.
- Consequência prática: se eu colocar muito C (pra aumentar dureza/ resistência do martensito), vou gerar mais carbetos e “queimar” Cr. Logo, para manter ~11–12 %Cr livre no ferro, eu tenho que aumentar a %Cr total.
- Resumindo com uma “conta de padeiro”: se eu quero ter 12 %Cr sólido, mas 1 %Cr vai ficar em carbetos, preciso botar 13 %Cr na liga. Se o C aumenta e vira 2 %Cr em carbetos, preciso botar 14 %Cr… e por aí vai.
Passo 3
(b) Implicações de 16 %Cr e 0,1 %C
- 16 %Cr é bem acima do mínimo ~12 % para passivação, beleza, mas:
– A liga fica rica em elemento ferrita-estabilizador. Ao aquecer para austenitizar (cerca de 950–1 050 °C), parte da estrutura pode não virar austenita completa e formar ferrita δ. Isso é ruim, porque na têmpera não vira martensita δ e sobra ferrita mole, atrapalhando dureza e tenacidade.
– 0,1 %C não é muito alto, mas ainda gera alguns carbeto Cr₂₃C₆ na têmpera ou têmpera e revenido, consumindo Cr de novo. - Ms (temperatura de início da martensita): tanto C como Cr reduzem Ms (por volta de –34 °C a cada 0,1 %C e –3 °C a cada 1 %Cr). Com 16 %Cr e 0,1 %C, Ms ainda fica acima de 20 °C, então a transformação ocorre, mas fica meio “apertado” para garantir martensita total.
- Riscos principais dessa composição “pura”:
– Presença de ferrita δ residual → mistura martensita + ferrita (difícil de controlar a dureza e tenacidade).
– Menor tenacidade e soldabilidade por causa da ferrita dura e dos carbetos.
Passo 4
Por que adicionar 2 %Ni?
- Ni é austenita-estabilizador. Com 2 %Ni, a curva de equilíbrio ferrita/austenita se move, de modo que, na faixa de austenitização (~1 000 °C), praticamente toda a estrutura vira austenita γ, com quase nada de ferrita δ.
- Assim, na têmpera você converte quase 100 % em martensita, sem sobrar ferrita “mole”.
- E de quebra o Ni melhora um pouquinho a tenacidade e a resistência à corrosão localizada, colaborando para uma liga mais equilibrada.
Resposta
(a) Porque o carbono forma carbetos de Cr, consumindo o Cr em solução sólida que é quem faz a película passiva. Quanto mais C, mais Cr total preciso para manter ~11–12 %Cr livre e inoxidável.
(b) Um aço com 16 %Cr e 0,1 %C tende a formar ferrita δ residual na têmpera (reduz dureza uniforme e soldabilidade) e carbetos que gastam Cr. Addicionar 2 %Ni estabiliza austenita durante a austenitização, evitando ferrita δ, garantindo martensita total na têmpera e dando mais tenacidade e resistência à corrosão.
(b) Um aço com 16 %Cr e 0,1 %C tende a formar ferrita δ residual na têmpera (reduz dureza uniforme e soldabilidade) e carbetos que gastam Cr. Addicionar 2 %Ni estabiliza austenita durante a austenitização, evitando ferrita δ, garantindo martensita total na têmpera e dando mais tenacidade e resistência à corrosão.