Una transformación sin difusión , comúnmente conocida como transformación desplazativa , denota alteraciones del estado sólido en las estructuras cristalinas que no dependen de la difusión de átomos a través de grandes distancias. Más bien, estas transformaciones se manifiestan como resultado de cambios sincronizados en las posiciones atómicas, en donde los átomos experimentan desplazamientos de distancias menores que el espaciamiento entre átomos adyacentes, todo mientras se preserva su disposición relativa. Un ejemplo de tal fenómeno es la transformación martensítica, un fenómeno notable observado en el contexto de los materiales de acero.
El término " martensita " se acuñó originalmente para describir el constituyente rígido y finamente disperso que emerge en los aceros sometidos a un enfriamiento rápido. Investigaciones posteriores revelaron que los materiales más allá de las aleaciones ferrosas, como las aleaciones no ferrosas y las cerámicas, también pueden sufrir transformaciones sin difusión. En consecuencia, el término "martensita" ha evolucionado para abarcar el producto resultante que surge de tales transformaciones de una manera más inclusiva. En el contexto de las transformaciones sin difusión, se produce un movimiento cooperativo y homogéneo, que conduce a una modificación en la estructura cristalina durante un cambio de fase . Estos movimientos son pequeños, generalmente menores que sus distancias interatómicas, y los vecinos de un átomo permanecen cerca.
El movimiento sistemático de grandes cantidades de átomos llevó a algunos a referirse a ellos como transformaciones militares , en contraste con los cambios de fase basados en la difusión civil , inicialmente realizados por Frederick Charles Frank y John Wyrill Christian . [1] [2]
La transformación de este tipo que se encuentra con más frecuencia es la transformación martensítica , que es probablemente la más estudiada, pero es solo un subconjunto de las transformaciones no difusionales. La transformación martensítica en acero representa el ejemplo económicamente más significativo de esta categoría de transformaciones de fase. Sin embargo, un número cada vez mayor de alternativas, como las aleaciones con memoria de forma , también están adquiriendo mayor importancia.
El fenómeno en el que los átomos o grupos de átomos se coordinan para desplazar a sus homólogos vecinos, lo que da lugar a una modificación estructural, se conoce como transformación displacitiva. El alcance de las transformaciones displacitivas es amplio y abarca una amplia gama de cambios estructurales. Como resultado, se han ideado clasificaciones adicionales para proporcionar una comprensión más matizada de estas transformaciones. [3]
La primera distinción puede establecerse entre las transformaciones dominadas por tensiones distorsionantes de la red y aquellas en las que las redistribuciones son de mayor importancia.
Las deformaciones homogéneas reticulares distorsionantes, también conocidas como deformaciones de Bain, transforman una red de Bravais en otra diferente. Esto se puede representar mediante una matriz de deformaciones S que transforma un vector, y , en un nuevo vector, x :
Se trata de una estructura homogénea, ya que las líneas rectas se transforman en nuevas líneas rectas. Entre los ejemplos de estas transformaciones se incluyen una red cúbica que aumenta de tamaño en los tres ejes (dilatación) o una estructura monoclínica que se corta .
Las reorganizaciones, cuyo nombre es muy apropiado, se refieren al desplazamiento minúsculo de átomos dentro de la celda unitaria. Cabe destacar que las reorganizaciones puras no suelen provocar una modificación en la forma de la celda unitaria; en cambio, afectan predominantemente su simetría y su configuración estructural general.
Las transformaciones de fase suelen dar lugar a la formación de una interfaz que delimita los materiales transformados y originales. La energía necesaria para establecer esta nueva interfaz depende de sus características, en concreto de lo bien que se entrelazan las dos estructuras. Una consideración energética adicional surge cuando la transformación implica un cambio de forma. En tales casos, si la nueva fase está limitada por el material circundante, puede producirse una deformación elástica o plástica , introduciendo un término de energía de deformación . La interacción entre estos términos de energía de deformación e interfase influye significativamente en la cinética de la transformación y la morfología de la fase resultante. En particular, en las transformaciones aleatorias caracterizadas por distorsiones mínimas, las energías de interfase tienden a predominar, lo que las distingue de las transformaciones de distorsión reticular en las que el impacto de la energía de deformación es más pronunciado.
Se puede realizar una subclasificación de los desplazamientos distorsionantes de la red considerando los componentes dilucionales y de cizallamiento de la distorsión. En las transformaciones dominadas por el componente de cizallamiento, es posible encontrar una línea en la nueva fase que no está distorsionada con respecto a la fase original, mientras que todas las líneas están distorsionadas cuando predomina la dilatación. Las transformaciones dominadas por el cizallamiento se pueden clasificar además según la magnitud de las energías de deformación involucradas en comparación con las vibraciones innatas de los átomos en la red y, por lo tanto, si las energías de deformación tienen una influencia notable en la cinética de la transformación y la morfología de la fase resultante. Si la energía de deformación es un factor significativo, entonces las transformaciones se denominan martensíticas , si no, la transformación se denomina cuasi-martensítica .
La distinción entre aceros austeníticos y martensíticos es de naturaleza sutil. [4] La austenita exhibe una celda unitaria cúbica centrada en las caras (FCC), mientras que la transformación a martensita implica una distorsión de este cubo en una forma tetragonal centrada en el cuerpo (BCT). Esta transformación ocurre debido a un proceso de desplazamiento, donde los átomos de carbono intersticiales carecen del tiempo para difundirse hacia afuera. [5] En consecuencia, la celda unitaria sufre un ligero alargamiento en una dimensión y una contracción en las otras dos. A pesar de las diferencias en la simetría de las estructuras cristalinas, el enlace químico entre ellas sigue siendo similar.
La transformación martensítica hierro-carbono genera un aumento de dureza. La fase martensítica del acero está sobresaturada en carbono y, por lo tanto, sufre un endurecimiento por solución sólida . [6] De manera similar a los aceros endurecidos por deformación , los defectos impiden que los átomos se deslicen entre sí de manera organizada, lo que hace que el material se vuelva más duro.
Además de la transformación desplazativa y la transformación difusiva, se descubrió un nuevo tipo de transformación de fase que implica una transición de subred desplazativa y difusión atómica utilizando un sistema de difracción de rayos X de alta presión. [7] El nuevo mecanismo de transformación ha sido bautizado como transformación pseudomartensítica. [8]
