Una transformación sin difusión , comúnmente conocida como transformación displaciva , denota alteraciones del estado sólido en la estructura cristalina 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 los que los átomos sufren desplazamientos de distancias menores que el espacio entre átomos adyacentes, preservando al mismo tiempo su disposición relativa. Un ejemplo de tal fenómeno es la transformación martensítica, un hecho 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 surge en los aceros sometidos a un enfriamiento rápido. Investigaciones posteriores revelaron que los materiales además 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 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 una gran cantidad de átomos llevó a algunos a referirse a ellas como transformaciones militares en contraste con los cambios de fase civiles basados en la difusión, inicialmente por Frederick Charles Frank y John Wyrill Christian . [1] [2]
La transformación más común de este tipo es la transformación martensítica que, aunque probablemente sea la más estudiada, es sólo un subconjunto de las transformaciones no difusionales. La transformación martensítica del 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.
Cuando los átomos o grupos de átomos se coordinan para desplazar a sus homólogos vecinos, lo que da como resultado una modificación estructural, este fenómeno se conoce como transformación desplazativa. El alcance de las transformaciones desplazativas es extenso 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 se puede trazar entre transformaciones dominadas por deformaciones que distorsionan la red y aquellas en las que las mezclas son de mayor importancia.
Las deformaciones homogéneas que distorsionan la red, 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 :
Esto es homogéneo, ya que las líneas rectas se transforman en nuevas líneas rectas. Ejemplos de tales transformaciones incluyen una red cúbica que aumenta de tamaño en los tres ejes (dilatación) o se corta en una estructura monoclínica .
Los movimientos aleatorios, con un nombre acertado, se refieren al desplazamiento mínimo de átomos dentro de la celda unitaria. En particular, las mezclas puras no suelen inducir una modificación en la forma de la celda unitaria; en cambio, impactan predominantemente su simetría y configuración estructural general.
Las transformaciones de fase normalmente dan lugar a la formación de una interfaz que delimita los materiales transformados y originales. El requisito de energía para establecer esta nueva interfaz depende de sus características, específicamente de qué tan bien 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 ocurrir deformación elástica o plástica , introduciendo un término de energía de deformación . La interacción entre estos términos de energía interfacial y de deformación 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 interfaciales tienden a predominar, lo que las distingue de las transformaciones reticulares distorsionantes donde el impacto de la energía de deformación es más pronunciado.
Se puede hacer una subclasificación de los desplazamientos distorsionantes de la red considerando los componentes de dilución y corte de la distorsión. En transformaciones dominadas por el componente de corte, es posible encontrar una línea en la nueva fase que no esté distorsionada con respecto a la fase principal, mientras que todas las líneas están distorsionadas cuando la dilatación es predominante. Las transformaciones dominadas por corte 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 transformación resultante. fase. Si la energía de deformación es un factor importante, entonces las transformaciones se denominan martensíticas ; de lo contrario, la transformación se denomina cuasimartensítica .
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 se produce debido a un proceso de desplazamiento, donde los átomos de carbono intersticiales carecen de tiempo para difundirse. [5] En consecuencia, la celda unitaria sufre un ligero alargamiento en una dimensión y 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 la dureza. La fase martensítica del acero está sobresaturada en carbono y, por tanto, sufre un refuerzo en solución sólida . [6] Al igual que en los aceros endurecidos , 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 displaciva y la transformación difusiva, se descubrió un nuevo tipo de transformación de fase que implica una transición de subred displaciva 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]
