Aceros inoxidables martensíticos

Aceros inoxidables martensíticos
David Saavedra Sánchez
Los aceros inoxidables son aleaciones a base de hierro, cromo, carbono y otros
elementos, principalmente el níquel, el molibdeno, el manganeso, el silicio, etc… La
norma considera a los aceros inoxidables como aquellas aleaciones ferrosas que
contienen cromo en una proporción mínima del 11%.
La propiedad más característica de estas aleaciones es la de resistir muy bien la
corrosión; esto se debe a la propiedad de pasivarse en un ambiente suficientemente
oxidante (por ejemplo aire) por medio de la formación de una película superficial de
oxígeno absorbido. En estas condiciones se habla de acero inoxidable en estado pasivo.
Se distinguen esencialmente 3 familias de aceros inoxidables:
- Los martensíticos.
- Los ferríticos.
- Los austeníticos.
Nos vamos a centrar aquí en los aceros inoxidables martensíticos.
Los aceros inoxidables martensíticos son aceros al cromo (11%-18%) que
contienen pequeñas cantidades de otros elementos de aleación, como, a veces, níquel,
pero en este caso en cantidad nunca superior al 2,5%. Los contenidos de carbono
pueden variar entre un mínimo de 0,08% hasta un máximo de un 1,2%.
Los aceros inoxidables martensíticos son susceptibles de elevar sus
características mecánicas de resistencia y dureza mediante un tratamiento térmico de
temple. Según la cantidad de C y Cr en la aleación se pueden obtener, mediante el
calentamiento a temperaturas superiores a la de austenización estructuras
completamente austeníticas, o estructuras austeníticas más carburos. Se entiende, pues,
que habrá en todo acero templado estructuras formadas por martensita, o bien, por
martensita más carburos.
En cuanto a las características físicas principales de estos aceros observamos
que, en general, el peso específico se distingue poco del de los aceros comunes al
carbono junto con el módulo de elasticidad, el coeficiente de dilatación lineal y calor
específico. La resistividad específica es, por el contrario, mucho más elevada; por otra
parte, la conductividad térmica resulta inferior. El intervalo de temperatura de fusión es
generalmente más elevado que el de los aceros comunes al carbono o aleados. La
permeabilidad magnética los clasifica entre los materiales ferromagnéticos.
Las características mecánicas a temperaturas inferiores a la ambiente señalan
una brusca reducción de la tenacidad. Por ello cuando estos aceros se emplean a
temperaturas bajas es preciso que hayan sufrido un tratamiento de bonificación. La
brusca reducción de la tenacidad viene acompañada por una disminución del
alargamiento y de la estricción, mientras que, por el contrario, aumentan notablemente
los valores de carga de rotura, del límite elástico y de la dureza.
Como se ha dicho anteriormente los aceros inoxidables martensíticos son
susceptibles de sufrir un tratamiento de temple para incrementar su resistencia y su
dureza. El temple consiste en un calentamiento por encima de la temperatura de
austenización (Ac3) y en un enfriamiento llevado a cabo con rapidez suficiente para que
la curva de enfriamiento se encuentre a la izquierda de la nariz de la curva “s” (figura
1). Dicho enfriamiento debe efectuarse hasta cortar la línea “Ms” y debe proseguir
hasta superar la línea “Mf” (no indicada en la figura) en la que termina la
transformación de la austenita en martensita. Los aceros inoxidables martensíticos
presentan la particularidad de que las curvas “s” y “f” se encuentras desplazadas hacia la
derecha del diagrama TTT (aceros autotemplantes) respecto a otros aceros lo cual hace
que el temple se pueda realizar en medios de enfriamiento más lentos (como el aire).
Fig. 1- Curva TTT (de Gabrielle di Caprio “Los aceros inoxidables”)
Por lo general, el tratamiento de temple no se emplea nunca solo, comporta a
continuación, por lo menos, un tratamiento de revenido y/o de distensión (recocido para
liberar tensiones); la totalidad de estos tratamientos se denomina bonificación, y tiene
como objetivo final mejorar las características intrínsecas del material.
El tratamiento de revenido intenta conseguir en el acero una estructura más
próxima al estado de equilibrio físico-químico (termodinámico) que la conseguida con
un tratamiento de temple. Consiste en un calentamiento por debajo del punto Ac1,
seguido de una permanencia conveniente en la temperatura citada, tras lo cual se efectúa
un enfriamiento hasta la temperatura ambiente en un medio adecuado. Es importante
tener en cuenta que el intervalo 430-580 ºC debe considerarse peligroso a los fines de
un revenido, tanto en cuanto a la repentina disminución de la tenacidad (fragilidad
Krupp), como en cuanto a la resistencia a la corrosión, que desciende bruscamente. El
revenido permite obtener en los aceros martensíticos las mejores combinaciones de las
más altas características mecánicas y las más elevadas propiedades de resistencia a la
corrosión, aunque estas últimas se obtengan generalmente con un tratamiento de
distensión.
La distensión (recocido para liberar tensiones) es el tratamiento efectuado a una
temperatura más baja que el intervalo crítico 430-580 ºC. El objeto principal de esta
operación consiste en eliminar las tensiones residuales debidas al temple y en mejorar la
estabilidad mecánica de los aceros con solicitaciones internas debidas al proceso de
mecanización. Conviene que este tratamiento siga inmediatamente al temple
efectuándolo cuando las piezas estén todavía calientes, para evitar agrietamientos.
En cuanto a las aplicaciones de estos aceros se pueden citar las siguientes:
- En la industria química y nuclear se emplea el AISI 410 en estado
bonificado, cuando sea necesaria una buena resistencia mecánica;
para piezas de bombas y compresores, para tubos destinados a
intercambiadores de calos que operen a elevadas presiones y también
en el proceso de producción del polietileno.
- Este mismo acero (AISI 410) se emplea en la cuchillería de mesa y se
obtiene normalmente por forjado.
- Otras aplicaciones de los aceros inoxidables martensíticos son en la
industria aeronáutica (AISI 420), o en la industria naval (AISI 431
para ejes portahélices).
Bibliografía:
- Gabriele di Caprio “Los aceros inoxidables”.
- Lasheras-Carrasquilla “Ciencia de los materiales”.
- www.wikipedia.com