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Martensita: definición, transformación y microestructura

Publicado el 28 julio, 2023

¿Qué es la martensita?

El acero está en muchas de las cosas que usamos todos los días. Es el material responsable de la resistencia y rigidez de muchos de nuestros automóviles, puentes y edificios. El acero es una aleación, o una mezcla metálica de dos o más elementos, que contiene algo de carbono disuelto en hierro. Se pueden agregar otros elementos para cambiar sus propiedades. Un ejemplo es la adición de cromo para fabricar acero inoxidable, que es resistente a la oxidación.

Los átomos del acero pueden organizarse de muchas formas diferentes, lo que da como resultado muchas fases diferentes del acero. La martensita es una fase del acero excepcionalmente dura.

Para formar martensita, el acero debe calentarse primero a temperaturas muy altas para formar una fase de alta temperatura llamada austenita. La martensita se forma cuando la austenita se enfría muy rápidamente, por ejemplo, colocando el metal caliente en agua.

Cuando la austenita se enfría muy rápidamente para formar martensita, no hay tiempo suficiente para que los átomos se difundan a nuevas posiciones atómicas. En cambio, la transformación de austenita a martensita implica una reordenación de átomos muy sutil y muy rápida. Como resultado, la transformación de austenita a martensita es una transformación sin difusión.

Si la austenita se enfría muy lentamente, los átomos tendrán tiempo de difundirse a posiciones de equilibrio. Debido a que los átomos no tienen tiempo para difundirse durante la transformación de austenita a martensita sin difusión, la martensita es una fase de desequilibrio.

Fragilidad de la microestructura

La microestructura es la disposición de las fases a escala microscópica. Se puede utilizar un microscopio para observar la microestructura de un material. La microestructura de la martensita contiene muchas características en forma de aguja, que hacen que la martensita sea muy frágil.

Si bien la principal desventaja de la martensita es que es muy frágil, la martensita es deseable porque también es muy dura. Para alcanzar un compromiso entre la dureza y la fragilidad del acero, los ingenieros a menudo fabrican deliberadamente acero que contiene una o más fases además de martensita. Esto le da al acero la dureza de la martensita, al tiempo que evita que se vuelva demasiado quebradizo.

Por ejemplo, agregar elementos adicionales o disminuir la velocidad de enfriamiento puede causar que la transformación de austenita a martensita sea incompleta, dando como resultado una mezcla de martensita-austenita. Otro método para fabricar acero con martensita y una o más fases adicionales es el templado. El revenido implica calentar la martensita durante un corto período de tiempo para permitir cierta difusión, lo que permite la formación de nuevas fases.

No toda la martensita es acero

Aunque la martensita se usó originalmente solo para describir la fase del acero discutida hasta ahora, el nombre “martensita” ahora se usa para cualquier fase formada por transformación sin difusión. Un tipo común de martensita es una aleación de níquel-titanio llamada nitinol.

El nitinol es un metal con memoria de forma, lo que significa que puede “recordar” su forma. Si dobla un metal con memoria de forma y luego lo coloca en agua tibia, volverá a su forma original. Por lo tanto, el nitinol se puede utilizar en una variedad de aplicaciones que incluyen sensores, marcos de autofijación para gafas e incluso stents que mantienen abiertas las arterias colapsadas.

Entonces, ¿cómo “recuerda” exactamente el nitinol su forma? La clave es saber que el nitinol no doblado es austenita, que se transforma en martensita cuando se dobla. Los sutiles reordenamientos atómicos asociados con la transformación de austenita a martensita se suman para permitir que el nitinol se doble. Cuando el nitinol doblado se calienta colocándolo en agua tibia, los átomos tienen la energía para transformarse de la fase de martensita de desequilibrio nuevamente en austenita. Dado que esta transformación implica solo reordenamientos atómicos sutiles en lugar de la difusión de átomos a posiciones completamente nuevas, el nitinol volverá a su forma original cuando se transforme nuevamente en austenita.

Resumen de la lección

Muy bien, tomemos un momento para revisar lo que hemos aprendido. Como vimos, la martensita es una fase de un material que se forma cuando la austenita se enfría muy rápidamente, típicamente colocando el metal caliente en agua. También aprendimos que esto se conoce como transformación sin difusión, que es la transformación de una fase a otra a través de sutiles reordenamientos atómicos en lugar de difusión. También aprendimos que la martensita es una fase de desequilibrio porque los átomos no tienen tiempo para difundirse durante la transformación de austenita a martensita sin difusión. También se utiliza en la producción de aleaciones de acero o mezclas metálicas de dos o más elementos que contienen algo de carbono disuelto en hierro.

La martensita recibió originalmente el nombre de una fase de acero muy dura y muy frágil que tiene características microestructurales en forma de aguja, siendo una microestructura la disposición de las fases a escala microscópica. En el acero, la martensita se forma debido al enfriamiento muy rápido de una fase de alta temperatura llamada austenita. Para diseñar acero que sea duro sin ser quebradizo, los ingenieros utilizan una variedad de métodos para fabricar acero que es una mezcla de martensita y una o más de otras fases, que incluyen métodos como templar o calentar la martensita por un período corto de tiempo. tiempo para permitir cierta difusión, lo que permite la formación de nuevas fases y tipos de martensita llamada nitinol, que es un metal con memoria de forma, lo que significa que puede “recordar” su forma. Este control permite a los ingenieros diseñar el acero perfecto para los edificios, automóviles y puentes que usamos todos los días.

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