Fundamentos de Microestructuras: Martensita, Esferoidita y Propiedades de Aceros Inoxidables

Transformaciones Microestructurales Clave en Aceros

1. Martensita: Formación y Características

La martensita, como hemos dicho, se obtiene mediante un enfriamiento rápido de la austenita. Este enfriamiento rápido evita la difusión del carbono, resultando en una solución sobresaturada en carbono. Esta sobresaturación la hace ser muy dura, pero a la vez frágil y de baja tenacidad.

La transformación ocurre casi instantáneamente: la estructura cúbica centrada en las caras (FCC) de la austenita se transforma en la estructura tetragonal centrada en el cuerpo (BCT) sin que ocurra el proceso de difusión.

2. Esferoidita: La Estructura de Menor Dureza

La esferoidita es la microestructura más blanda que podemos encontrar, debido a que presenta la menor área de límite de fase. Se obtiene a partir de un acero perlítico o bainítico, calentándolo a una temperatura inferior a la eutectoide y manteniéndolo durante 18 a 24 horas. Este proceso permite una elevada difusión del carbono, lo que explica su baja dureza.

3. Obtención de Martensita Revenida

Para obtener martensita revenida, se parte de una estructura martensítica (la más dura) con un elevado contenido de carbono. Se aplica el tratamiento térmico de revenido a temperaturas entre 250 °C y 650 °C (por debajo de la eutectoide) para iniciar la difusión del carbono.

A mayor tiempo de revenido, mayor difusión. Esto provoca una pérdida gradual de dureza al aumentar el tamaño de las partículas y el límite de grano. Este proceso resulta en una estructura más dúctil, pero que mantiene una dureza y resistencia superiores a las de la esferoidita.

Comportamiento Mecánico de la Fundición Gris

Explicación de la Baja Resistencia a Tensión de la Fundición Gris

La baja resistencia a tensión (tracción) de la fundición gris se explica en base a su microestructura:

• La matriz está compuesta por ferrita o perlita, conteniendo escamas de grafito.
• La cementita se descompone con el silicio, originando el grafito.
• Debido a las esquinas afiladas de las escamas, el material es mucho más resistente a compresión que a tracción, ya que el grafito no es dúctil.

Efectos del Grafito Laminar

En las fundiciones grises laminares, la resistencia a tracción disminuye al aumentar el contenido de carbono. El grafito laminar tiene dos efectos perjudiciales:

1. Disminuye la sección real del constituyente matriz, que es el que soporta el esfuerzo de tracción.
2. El efecto de entalla (o muesca) del grafito laminar disminuye drásticamente la tenacidad.

Fundición Dúctil

Si el grafito se halla en forma de nódulos en vez de escamas (debido a la adición de Mg u otros aleantes), se genera una fundición dúctil, la cual es menos dura pero mucho más resistente a tracción.

Cuestiones Clave sobre Aceros Inoxidables

¿Por qué los aceros inoxidables ferríticos no contienen níquel?

El níquel es el elemento estabilizador de la austenita. Si se busca que la fase estable a temperatura ambiente (Tamb) sea la ferrita, no se debe incluir níquel, ya que este favorecería la aparición de la austenita.

¿Por qué los aceros inoxidables martensíticos son menos resistentes a la corrosión que los ferríticos y austeníticos?

Esto se debe a su gran contenido en carbono. Durante el tratamiento térmico, el carbono reacciona con el cromo libre para formar carburos de cromo. Dado que el cromo es esencial para la resistencia a la corrosión (formación de la capa de óxido protectora), al estar ligado en forma de carburos, la cantidad de cromo disponible para la pasivación disminuye, reduciendo la resistencia a la corrosión.

¿Por qué los aceros de bajo carbono no pueden formar martensita?

La formación de martensita se lleva a cabo desde la austenita, la cual tiene una solubilidad máxima de carbono del 2.11%. Los aceros de bajo carbono tienen porcentajes inferiores al 0.25%. Esta baja cantidad de carbono no es suficiente para generar la solución sobresaturada de carbono que es necesaria para formar la estructura martensítica.