La Transformació Martensítica: Fonaments i Aplicacions

Transformació martensítica

Es tracta d’una transformació sense difusió que presenta les següents estructures:

• Macles tèrmiques: es produeixen durant el refredament.
• Macles per deformació: es donen quan les dislocacions no es desplacen i ho fan les macles.

Definició de la martensita

La transformació martensítica és una transformació en estat sòlid sense difusió que té lloc per cisalladura mitjançant un moviment coordinat d’àtoms, amb distàncies inferiors a una distància interatòmica (nota: no cal saber aquesta definició).

Característiques generals

• Moviment de coordinació d’àtoms.
• Transformació per cisalladura.
• Absència de difusió: els àtoms mantenen el mateix veïnat.
• Variació de volum: s'obtenen dos tipus de martensita:
  • Petita (termoplàstica): variació per la temperatura.
  • Gran (no termoplàstica): només es produeix per refredament.

Tipus de martensita en els acers

• Lallada (lath): b > c >>> a → carboni < 0,4%.
• Maclades (plates): b > c >= a → carboni > 0,4%.

Transformació per cisalladura i pla d'hàbit

El pla en contacte amb les fases alfa i gamma s’anomena pla d’hàbit i no es deformarà.

Gràfic de transformació de temperatura i temps (TTT)

Entre Ms (inici) i Mf (final) es duu a terme una transformació atèrmica; és a dir, no hi haurà difusió en aquesta franja.

Cristal·lografia i distorsió de Bain

La transformació martensítica s’explica mitjançant la distorsió de Bain. Tot i això, hi ha el problema de necessitar un plànol sense distorsionar. La cisalladura restaura les dimensions originals i crea dos plànols d’hàbit. L’estructura que es forma al mig es comprimeix en l'eix z i s’expandeix en x i y, obtenint així l’estructura final de la martensita.

Teoria de Weschler-Lieberman-Read

Aquesta teoria postula tres deformacions bàsiques:

1. Distorsió de Bain: forma l’estructura cristal·lina de la martensita, però no els plans d’hàbit.
2. Deformació per cisalladura: no canvia l’estructura cristal·lina, però genera els plans d’hàbit.
3. Rotació de la xarxa transformada: el pla d’hàbit manté la mateixa orientació en l’espai tant per a la fase gamma com per a la martensita.

Creixement de les plaques de martensita

• Ms placa < Ms lallada: si el carboni augmenta, disminueix la Ms i la temperatura de transformació és més baixa.
• Major presència d’austenita retinguda.
• Plaques maclades (preferentment al nucli de la placa). A l’exterior hi ha una certa concentració de dislocacions.
• *Gràfic de variació de la temperatura de transformació martensítica segons el contingut de carboni.

Revingut de la martensita

• Relació amb la tensió interna elàstica.
• Reordenament de dislocacions per reduir l’energia interna.
• Reducció de la densitat de dislocacions.
• Creixement de gra.
• Precipitacions de carbur.
• Transformació de l’austenita retinguda.

Aliatges amb memòria de forma (SMA)

Exemple: martensita termoelàstica. Propietats:

• Efecte de memòria de forma: tipus d’aliatge amb la capacitat de recuperar la seva forma original mitjançant un simple escalfament després de deformar-se per un esforç aplicat, gràcies a la transformació martensítica.
• Superplasticitat: es basa en la formació de martensita induïda per tensió. En aplicar un esforç, el material (inicialment austenita) es deforma elàsticament fins a la transformació. Quan s’allibera la càrrega, la tensió elàstica es recupera immediatament. Si no hi ha càrrega, la martensita es forma a Ms, però amb tensió comença abans (martensita induïda per tensió).
• Autoacomodació: quan la martensita no és termoelàstica, només es deforma per maclat o placa perquè es produeix a baixa temperatura amb un gran canvi de volum. La martensita termoelàstica es produeix a baixes temperatures i altes tensions, induint noves plaques on el canvi de volum és gairebé inexistent.

Principis bàsics de les fases

• La fase beta (austenita), molt ordenada, es transforma en martensita (poc simètrica).
• Els SMA tenen dues fases estables: austenita (alta temperatura) i martensita (baixa temperatura).
• La martensita pot ser maclada o no maclada.
• En escalfar o refredar, es produeix la transformació: l'austenita té alta simetria cristal·logràfica i la martensita baixa simetria.

Estructura de la martensita i histèresi

Es defineix com un cicle tancat: en escalfar es passa de fase martensita a fase beta, i en refredar es realitza el procés invers.