Martensita Alba Dopico Dopico

Martensita

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La martensita es una solución sólida sobresaturada de carbono en hierro alfa. Se obtiene por enfriamiento muy rápido de los aceros, una vez elevada su temperatura lo suficiente para conseguir su constitución austenítica.

La martensita se presenta en forma de agujas y cristaliza en la red tetragonal en lugar de crsitalizar en la red cúbica centrada, que es la del hierro alfa, debido a la deformación que produce en su red cristalina la inserción de los átomos del carbono.

La dureza de la martenista puede atribuirse precisamente a la tensión que produce en sus crsitales esta deformación de la misma manera que los metales deformados en frío deben a los granos deformados y en tensión el aumento de dureza que experimentan. Después de la cementita es el constituyente más duro de los aceros.

La proporción de carbono de la martensita no es constante sino que varía hasta un máximo de 0,89%, aumentando su dureza, resistencia mecánica y fragilidad con el contenido de carbono. Su dureza varía de 50 a 68 Rockwell-C; su resistencia mecánica, de 175 a 250 kg/mm2, y su alargamiento de 2,5 a 0,5%. Además es magnética.

La transformación de la austenita, producida por nucleación y crecimiento (con difusión), origina la formación de estructuras tipo perlítico, o de tipo bainítico, según sea el orden de temperaturas en la que la transformación tiene lugar.

Cuando por un brusco enfriamiento –que evite la formación de perlita o de bainita- la austenita es llevada a temperaturas más bajas que al de transformación bainítica, se produce una transformación sin difusión –a una velocidad en C que la austenita, que recibe el nombre de martensita.

Cristalográficamente la martensita es una estructura tetrágonal con átomos de C en posición intersticial deformada. Los parámetros cristalográficos c y a de la martensita están caracterizadas en función del porcentaje en C. De tal forma:

- La variación del parámetro c de la martensita –función del porcentaje en carbono- presenta una pendiente tres veces superior a la variación del parámetro a de la austenita, en función del porcentaje en carbono.

- Si bien c aumenta con el porcentaje de carbono, a en cambio disminuye constantemente de manera lineal.

Las curvas extrapoladas para 0% C pasan por un mismo valor del parámetro 2,86 Ǻ, que es precisamente el parámetro del Fe alfa puro. Así, la martensita aparece como una red de ferrita deformada preferencialmente según el eje c. Este es un punto interesante a considerar, puesto que justifica el carácter esencialmente metaestable de la martensita. En efecto, por elevación de temperatura (revenido), puede provocarse la eliminación de los átomos de C intersticial, que reaccionarán con átomos de Fe, dando como productos finales de la descomposición de la martensita los constituyentes ferrita y cementita.

Por otra parte, y puesto que la gran dureza de la martensita es debida fundamentalmente al C –no a los elementos de aleación- ello ha llevado durante casi 60 años a buscar las razones de la extraordinaria dureza de la martensita en la tetragonalidad de malla conferida por el C.

La transformación de austenita en martensita va siempre acompañada de aumento de volumen. La austenita tiene 4 átomos de Fe por celda elemental, y la martensita dos átomos de Fe por celda elemental. La transformación de N celdas de austenita origina la formación de 2N celdas de martensita, con lo que resulta –determinando los volúmenes correspondientes a N celdas de austenita y 2N de martensita- un incremento de volumen de 4,7%.

- La velocidad de transformación de la austenita en martensita es prácticamente instantánea.

- la martensita (observada al microscopio) presenta un aspecto acicular con efectos de relieve porducidos por mecanismos de cizallamiento, prueba de que su formación resulta de transformaciones casi instantáneas (sin difusión) en ciertos planos cristalográficos de la malla de austenita.

- la martensita tiene el mismo contenido en C que la austenita, y la localización del C en la martensita confirma que las distancias recorridas por los átomos de C son menores que el parámetro a.

Con independencia de los mecanismos cristalográficos por los que la austenita se transforma en martensita, la posibilidad termodinámica de esta reacción a una temperatura Tm, está determinada en primera aproximación por el salto térmico (Ta-Tm) que hace posible la disminución de energía libre de tipo químico necesaria para el paso de austenita a martensita desde la temperatura de austenización Ta.

Esta disminución de energía libre de tipo químico, comprende un balance entre:

- disminución de energía por paso de la forma gamma a la forma alfa.

- aumento de energía por distorsión de la forma alfa (debido a que todo el C de la austenita, y todos los aleantes, deben mantenerse disueltos en ferrita que adopta estructura tetragonal).

Es razonable admitir que la formación de martensita requiere mayor salto térmico cuanto mayor sea el contenido en elementos de aleación previamente solubilizados en la austenita.

El conocimiento aproximado de la temperatura de inicio de transformación de la martensita Ms en función de la composición química, es de interés industrial porque proporciona un criterio sobre el comportamiento del acero

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