transformación martensítica
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Julio 2012
Introducción
Transformación Martensítica
Características de la Transformación Martensítica
Cristalografía
Microestructura
Tratamientos Térmicos (TT)
Propiedades
Aplicaciones
La transformación martensítica es un cambio de
fase de primer orden sin difusión en el estado
sólido. La nueva fase, denominada martensita, se
forma por procesos de nucleación y crecimiento.
Son varias aleaciones con base en metales como
Cu, Ag, Au y Fe, los sistemas más importantes que
presentan este tipo de transformaciones.
En el presente trabajo se estudian las
características y propiedades más resaltantes de la
Uno de los sistemas importantes son las
aleaciones base Fe, que tienen una
transformación martensítica; de la fase
austenítica fcc a la martensita con
estructura bcc o hex.
La martensita tiene una naturaleza que se
distingue completamente de otras
estructuras y se forma de distinto modo que
las estructuras ferrito – cementíticas.
La martensita nuclea
en un límite de grano
de la austenita y
crece rápidamente
hasta interceptar otro
límite de grano u otra
aguja de martensita.
Características de la transformación austenitico –martensítica:
Transcurre sin difusión de los átomos, durante un sobreenfriamiento
fuerte: el C no alcanza a separase de la solución sólida austenítica
en forma de partículas de cementita.
No hay cambio de composición.
Ocurre la reestructuración de la red del Fe C queda atrapado
en la red del Fe a distorsión de Red Influencia en Prop.
Mecánicas
Propiedad Sin Tratamiento Calentado al rojo y
enfriamiento en agua.
Dureza (Gpa) 2 9
TS (Mpa) 600 Limatada por Fragilidad
(%) 10 0
En difusión el volumen de transformación incrementa
linealmente con el número de núcleos
El radio crítico
depende del
sobreenfriamiento
La probabilidad de
que un pequeño
número de átomos
forme un núcleo
crítico es mayor a
900ºC que a 910ºC
Esta red cristalina distorsionada (red tetragonal):
c>a la relación de los parámetros
> 1
El grado de distorsión es tanto mayor cuanto mas C tiene el acero.
.
En consecuencia la martensita no es más
que una solución sólida de carbono en el
hierro a. En la solución saturada de C en Fe
a, este no puede ser mas de 0.02%, mientras
que el contenido de C en la martensita es el
mismo que en la austenita; o sea mucho
mayor (máximo 2.12 % a 1148º C), de modo
que la martensita representa una solución
sólida sobresaturada.
Modelo de Bain para
explicar la geometría
de la transformación
martensítica en Fe
Transformación Martensítica
Estructura atómica de martensitas Fe-C
:
Transformación Martensítica
Conforme aumenta el porcentaje de
carbono, más sitios intersticiales se llenan
con átomos de carbono haciéndose la
estructura tetragonal de la martensita
más pronunciada:
FCC
BCC
BCT
Composición = Composición
Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)
Las posiciones relativas de los átomos no se
modifican
El cristal de martensita tiene la forma de una lámina delgada,
que al microscopio se ven como agujas de distinto espesor.
La microestructura de las martensitas en aceros ordinarios al C
depende del %C del acero.
a) %C < 0,6 Martensita en "cintas"
b) 0,6 < %C < 1,0 Mixta
c) 1,2 < %C Martensita en agujas
En consecuencia la martensita no es más que una solución sólida de
carbono en el hierro a. En la solución saturada de C en Fe a, este no
puede ser mas de 0.02%, mientras que el %C en la martensita es el
mismo que en la austenita; o sea mucho mayor (máx 2.12 % a 1148ºC),
de modo que la martensita representa una solución sólida
sobresaturada.
El Temple del acero austenizado, hasta temperatura próxima a la
ambiental, origina la martensita, que resulta como una estructura
de no equilibrio de la transformación sin difusión de la austenita.
Se puede considerar un producto de transformación competitivo
entre la perlita y la bainita. La transformación martensítica tiene
lugar a velocidades de temple muy rápidas que dificultan
la difusión del carbono. Si hubiera difusión se formarían las fases
ferrita y cementita.
Ante el Temple, tanto la dureza como las temperaturas dependen
directamente del % de C.
Ante el Temple, tanto la dureza como las temperaturas dependen
directamente del % de C.
La estructura de la martensita tiene la
apariencia de láminas o de
agujas(variantes). La fase blanca es austenita que no se
transforma durante el temple rápido.
La martensita también puede coexistir con
otros constituyentes, como la perlita.
Con un tratamiento mecánico adecuado la
estructura puede presentar una sola
variante. Un caso particular son las aleaciones martensíticas ferromagnéticas,
con interesantes propiedades al aplicarles
un campo magnético
(magnetoestricción, Villary effect).
El interés de las transformaciones martensíticas radica en que
tiene unas propiedades distintas al del resto:
Histéresis de Temperatura
Autoacomodamiento
Termoelasticidad
Memoria de Forma y
Superplasticidad
Histéresis de Temperatura
Ms: Inicio de Transf
Mf: Final de Transf.
As: Inc. Tranf Inversa
Af: Final Tranf. Inversa
Autoacomodamiento:
Durante el enfriamiento de un monocristal de austenita, se
produce un cierto número de dominios martensíticos que tienen la
misma estructura cristalina y difieren únicamente en su orientación
y planos de coexistencia (Textura).
Dominios Martensíticos
Transformaciones martensíticas en aceros Fe-C
Austenita- Martensita Templado rápido
Modificación
Diagrama de transformación
isotérmica
de acero eutectoide
Diagrama de transformación
isotérmica
de acero no eutectoide
Estructura atómica: Solución sólida
intersticial
sobresaturada de C en Fe
Los aceros templados suelen quedar demasiado duros y frágiles,
por lo que se tratan con TT de Revenido que consiste en calentar el
acero a una temperatura inferior a la crítica inferior (727°C),
dependiendo de la dureza que se desee obtener.
Microfotigrafía. 800X. Martensita blanca sin revenir. Martensita revenida
Representación
esquemática del efecto
del revenido de la
martensita sobre la
estructura y propiedades
de un acero al Carbono.
La transformación martensítica no sólo ocurre en el acero, sino que
otros sistemas de aleación se caracterizan por experimentar
transformaciones sin difusión.
Ya que no implica difusión, ocurre casi instantáneamente; los granos
martensíticos se nuclean y crecen a velocidad muy alta: dentro de la
matriz austenítica. De este modo, a efectos prácticos, la velocidad de
transformación de la austenita es independiente del tiempo.
Estructura de un acero con 30% Ni mostrando Placas de
Martensita
Mecanismos de memoria de forma y superelasticidad.
Para que se puedan producir los mecanismos de memoria de forma
y superelasticidad la transformación tiene que cumplir:
Poca histéresis de temperaturas (hasta decenas de grados).
Interfase móvil entre los dominios de la martensita y la austenita.
Transformación reversible cristalográfica.
Mecanismos de memoria de forma y superelasticidad.
Recuperación de una elongación superior al 10%
en un cristal de Cu-Al-Ni
(1) Cable Ti-Ni recto en fase austenita
(2) Deformación del cable en fase martensítica
(3)-(5) Recuperación de la forma original por
calentamiento a temperaturas por encima de Af
Aplicaciones tecnológicas de las aleaciones con
memoria de forma
Cu-Zn-Al y Cu-Zn-Ni Ti-Ni
Pseudoelasticidad
Resortes
Cu-Zn-Al
Cu- Al-Ni
Cu-Zn-Al Cu-Zn-Al
Cu- Al-Ni
Cu-Zn-Al
Cu- Al-Ni
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