Martensite

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Martensite in un acciaio AISI 4140 al microscopio ottico
Acciaio temprato in acqua

La martensite (dal nome del metallurgico tedesco Adolf Martens) è una forma allotropica metastabile dell'acciaio, sovrassatura di carbonio, nel reticolo del ferro α. È una fase che non sussiste in equilibrio, ma può essere ottenuta mediante congelamento strutturale dell'austenite (detta anche Fe γ + C, ferro gamma + carbonio) per brusco raffreddamento da temperature superiori a quella di austenitizzazione (variabile a seconda del contenuto in carbonio, comunque compresa tra 727 °C e 912 °C) fino a temperatura ambiente; si origina così un reticolo tetragonale a corpo centrato piuttosto tensionato.

A temperatura ambiente sarebbe stabile la struttura perlitica, un miscuglio di ferro alfa e cementite (Fe3C); il raffreddamento troppo rapido, però, fa sì che la massa metallica "non riesca" ad arrangiarsi nella struttura stabile non tensionata ferritica, ma andando a ricalcare quella austenitica è altamente tensionata. Le sue notevoli deformazioni reticolari, che ostacolano il movimento delle dislocazioni, sono la causa prima dell'indurimento.

La formazione inizia alla temperatura indicata di solito con Ms e si completa alla temperatura Mf; tale intervallo si sposta in basso all'aumentare della concentrazione di carbonio e in alto in presenza di deformazioni plastiche. Il processo avviene quasi istantaneamente, mediante un movimento coordinato di atomi e non per diffusione, impedita dalla bassa temperatura. La nucleazione si avvia dall'interno, non dai bordi di grano. Nella trasformazione da austenite a martensite si ha aumento di volume, bisogna quindi porre attenzione che le tensioni interne createsi non snervino il materiale, con la nascita di distorsioni e cricche.

La martensite è una fase che presenta alta durezza e resistenza meccanica, perciò spesso è ottenuta appositamente in un pezzo mediante il trattamento termico di tempra. Il suo problema, tuttavia, è che è una struttura macroscopicamente fragile e altamente tensionata, perciò spesso alla tempra si fa seguire un trattamento di rinvenimento (la combinazione dei due trattamenti è detta bonifica) allo scopo di "ammorbidire" questi problemi e raggiungere un buon compromesso tra durezza, resistenza e tenacità dell'acciaio.
Da non trascurare, comunque, che una grana austenitica di partenza grossolana genera una grana martensitica altrettanto grossolana: quindi la temperatura di austenitizzazione è il primo fattore da considerare per non eccedere in fragilità. Se l'acciaio contiene meno dello 0,6% di carbonio la martensite sarà di tipo aciculare mentre se il tenore di carbonio all'interno dell'acciaio è superiore allo 0,6% la martensite sarà denominata martensite a placchette.

Alcuni metallurgisti, per estensione, chiamano martensitiche tutte le strutture metastabili, di qualsiasi lega metallica anche non ferrosa, ottenute attraverso un raffreddamento rapido (quenching) al fine di "congelare" una fase che a temperatura ambiente non si troverebbe in equilibrio, come per l'austenite nel caso dell'acciaio. Si parla così di "strutture martensitiche" per i bronzi all'alluminio, o per le leghe del titanio.

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