Questão 07. Do ponto de vista termodinâmico, por que a martensita é considerada uma fase metaestável.

Passo 1

O enunciado pergunta, do ponto de vista termodinâmico, por que a martensita é considerada uma fase metaestável. Vamos precisar do conceito de energia livre de Gibbs para fases e do papel da cinética de difusão na transformação martensítica.

Passo 2

Em termodinâmica, uma fase estável num dado T e P é aquela que minimiza a energia livre de Gibbs G. Se existir outra combinação de fases (por exemplo uma mistura de ferrita e cementita no aço) que apresente G ainda menor, então a fase original não é o equilíbrio global, mas pode ficar aprisionada num mínimo local de G. Chamamos isso de fase metaestável.

Passo 3

A martensita forma por transformação difusão-livre e rápida ao se resfriar o aço muito depressa. Nessa estrutura, o carbono não tem tempo de migrar para formar cementita, gerando muita distorção de rede e maiores tensões internas. Logo, sua energia livre de Gibbs G_{\text{mart}} fica acima daquela do estado de equilíbrio (ferrita + cementita), ou seja,
G_{\text{mart}} > G_{\alpha} + G_{\text{Fe}_3\text{C}}.

Passo 4

Apesar de G_{\text{mart}} ser maior, a transformação para ferrita + cementita requer difusão de carbono, que é muito lenta a baixas temperaturas. Essa barreira cinética impede que a martensita se transforme imediatamente no equilíbrio global, mantendo-a aprisionada num mínimo local de energia livre.

Resposta

A martensita é metaestável porque sua energia livre de Gibbs é maior que a das fases de equilíbrio (ferrita + cementita), mas a transformação para essas fases está bloqueada cineticamente (não há difusão de carbono), fazendo-a permanecer num mínimo local de G.

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