La martensita es una forma muy dura de estructura cristalina de acero . Lleva el nombre del metalúrgico alemán Adolf Martens . Por analogía, el término también puede referirse a cualquier estructura cristalina que se forme mediante transformación sin difusión . [1]
La martensita se forma en los aceros al carbono mediante el enfriamiento rápido ( templado ) de la forma austenita 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 de fase gamma (γ-Fe), una solución sólida de hierro y elementos de aleación . Como resultado del enfriamiento, 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 cortante resultantes producen un gran número 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 (Ms ) y la austenita original se vuelve mecánicamente inestable. A medida que la muestra se enfría, un porcentaje cada vez mayor de austenita se transforma en martensita hasta que se alcanza la temperatura de transformación más baja Mf , momento en el cual se completa la transformación. [1]
Para un acero eutectoide (0,76% C), quedará entre un 6 y un 10% de austenita, denominada austenita retenida. El porcentaje de austenita retenida aumenta de insignificante para acero con menos de 0,6% de C, a 13% de austenita retenida con 0,95% de C y entre 30 y 47% de austenita retenida para un acero con 1,4% de carbono. Un enfriamiento muy rápido es esencial para crear martensita. Para un acero al carbono eutectoide de sección delgada, si el enfriamiento comenzando a 750 °C y terminando a 450 °C se realiza 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]
Para el acero con 0-0,6% de carbono, la martensita tiene la apariencia de un listón y se llama martensita de listón. Para el acero con más del 1% de carbono, formará una estructura similar a una placa llamada placa de martensita. 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 hasta convertirse en los granos hasta alcanzar la temperatura M s , luego la austenita restante se transforma en martensita aproximadamente a la mitad del tiempo. Velocidad del sonido en acero.
En ciertos aceros aleados , la martensita se puede formar trabajando el acero a una temperatura de M s enfriándolo por debajo de M s y luego trabajando mediante deformaciones plásticas para reducir el área de la sección transversal entre un 20% y un 40% del original. El proceso produce densidades de dislocación de hasta 10 13 /cm 2 . La gran cantidad de dislocaciones, combinada con los precipitados que se originan y fijan las dislocaciones en su lugar, produce un acero muy duro. Esta propiedad se utiliza frecuentemente en cerámicas endurecidas como la circona estabilizada con itria y en aceros especiales como los aceros TRIP . Por lo tanto, la martensita puede ser inducida térmicamente o inducida por estrés. [1] [3]
El crecimiento de la fase martensita requiere muy poca energía de activación térmica porque el proceso es una transformación sin difusión, que da como resultado un reordenamiento sutil pero rápido de las posiciones atómicas, y se sabe que ocurre incluso a temperaturas criogénicas . [1] La martensita tiene una densidad menor que la austenita, por lo que la transformación martensítica da como resultado un cambio relativo de volumen. [4] De importancia considerablemente mayor que el cambio de volumen es la deformación por corte , 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 suficiente tiempo para la difusión, mientras que la martensita generalmente se forma mediante velocidades de enfriamiento muy altas. Dado que los procesos químicos (el logro 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 agregando elementos como el tungsteno que interfieren con la nucleación de la cementita, pero en la mayoría de los casos se permite que la nucleación continúe para aliviar las tensiones. Dado que el enfriamiento puede ser difícil de controlar, muchos aceros se templan para producir un exceso de martensita y luego se templan para reducir gradualmente su concentración hasta lograr la estructura preferida para la aplicación prevista. La microestructura acicular de la martensita provoca un comportamiento frágil del material. Demasiada martensita deja el acero quebradizo ; muy poco lo deja suave.
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