La martensita es una forma muy dura de estructura cristalina del acero . Recibe su nombre del metalúrgico alemán Adolf Martens . Por analogía, el término también puede referirse a cualquier estructura cristalina que se forme por transformación sin difusión . [1]
La martensita se forma en los aceros al carbono mediante el enfriamiento rápido ( temple ) de la forma austenítica del hierro a una velocidad tan alta que los átomos de carbono no tienen tiempo de difundirse fuera de la estructura cristalina en cantidades suficientemente grandes para formar cementita (Fe 3 C). La austenita es hierro en fase gamma (γ-Fe), una solución sólida de hierro y elementos de aleación . Como resultado del temple, la austenita cúbica centrada en las caras se transforma en una forma tetragonal centrada en el cuerpo altamente deformada llamada martensita que está sobresaturada con carbono . Las deformaciones por cizallamiento que resultan producen una gran cantidad de dislocaciones, que es un mecanismo de fortalecimiento primario de los aceros. La dureza más alta de un acero perlítico es 400 Brinell , mientras que la martensita puede alcanzar 700 Brinell. [2]
La reacción martensítica comienza durante el enfriamiento cuando la austenita alcanza la temperatura inicial de martensita (M s ), y la austenita original se vuelve mecánicamente inestable. A medida que la muestra se enfría, un porcentaje cada vez mayor de la austenita se transforma en martensita hasta que se alcanza la temperatura de transformación más baja M f , momento en el que se completa la transformación. [1]
En un acero eutectoide (0,76 % C), quedará entre un 6 y un 10 % de austenita, denominada austenita retenida. El porcentaje de austenita retenida aumenta desde insignificante para un acero con menos de un 0,6 % C, hasta un 13 % de austenita retenida para un acero con un 0,95 % C y entre un 30 y un 47 % de austenita retenida para un acero con un 1,4 % de carbono. Un temple muy rápido es esencial para crear martensita. En un acero al carbono eutectoide de sección delgada, si el temple que comienza a 750 °C y termina a 450 °C tiene lugar en 0,7 segundos (una velocidad de 430 °C/s) no se formará perlita y el acero será martensítico con pequeñas cantidades de austenita retenida. [2]
En el caso del acero con un contenido de carbono entre un 0 y un 0,6 %, la martensita tiene la apariencia de una malla y se denomina martensita en malla. En el caso del acero con más de un 1 % de carbono, formará una estructura similar a una placa denominada martensita en placa. Entre esos dos porcentajes, la apariencia física de los granos es una mezcla de los dos. La resistencia de la martensita se reduce a medida que aumenta la cantidad de austenita retenida. Si la velocidad de enfriamiento es más lenta que la velocidad de enfriamiento crítica, se formará cierta cantidad de perlita, comenzando en los límites de los granos, donde crecerá dentro de los granos hasta que se alcance la temperatura M s ; luego, la austenita restante se transforma en martensita a aproximadamente la mitad de la velocidad del sonido en el acero.
En ciertos aceros aleados , la martensita se puede formar trabajando el acero a una temperatura M s enfriándolo por debajo de M s y luego trabajándolo por deformaciones plásticas hasta reducciones del área de la sección transversal entre el 20% y el 40% del original. El proceso produce densidades de dislocaciones de hasta 10 13 /cm 2 . La gran cantidad de dislocaciones, combinada con precipitados que se originan y fijan las dislocaciones en su lugar, produce un acero muy duro. Esta propiedad se utiliza con frecuencia en cerámicas endurecidas como la zirconia estabilizada con itria y en aceros especiales como los aceros TRIP . Por lo tanto, la martensita puede ser inducida térmicamente o inducida por tensión. [1] [3]
El crecimiento de la fase martensítica requiere muy poca energía de activación térmica porque el proceso es una transformación sin difusión, que da como resultado una reorganización sutil pero rápida de las posiciones atómicas, y se sabe que ocurre incluso a temperaturas criogénicas . [1] La martensita tiene una densidad menor que la austenita, de modo que la transformación martensítica da como resultado un cambio relativo de volumen. [4] De considerablemente mayor importancia que el cambio de volumen es la deformación cortante , que tiene una magnitud de aproximadamente 0,26 y que determina la forma de las placas de martensita. [5]
La martensita no se muestra en el diagrama de fases de equilibrio del sistema hierro-carbono porque no es una fase de equilibrio. Las fases de equilibrio se forman mediante velocidades de enfriamiento lentas que permiten tiempo suficiente para la difusión, mientras que la martensita se forma generalmente mediante velocidades de enfriamiento muy altas. Dado que los procesos químicos (la consecución del equilibrio) se aceleran a temperaturas más altas, la martensita se destruye fácilmente mediante la aplicación de calor. Este proceso se llama templado . En algunas aleaciones, el efecto se reduce añadiendo elementos como el tungsteno que interfieren con la nucleación de cementita, pero la mayoría de las veces, se permite que la nucleación continúe para aliviar las tensiones. Dado que el temple puede ser difícil de controlar, muchos aceros se templan para producir una sobreabundancia de martensita, y luego se templan para reducir gradualmente su concentración hasta que se logra la estructura preferida para la aplicación prevista. La microestructura en forma de aguja de la martensita conduce a un comportamiento frágil del material. Demasiada martensita deja el acero quebradizo ; muy poca lo deja blando.
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