Il termine “martensite” di solito si riferisce a una forma di acciaio con una struttura atomica distintiva creata attraverso un processo chiamato trasformazione martensitica. La martensite è molto dura, il che significa che non si ammacca o si graffia facilmente; questo lo rende una scelta popolare per strumenti, come martelli e scalpelli, oltre che per le spade. È fragile, tuttavia, quindi si romperà piuttosto che piegarsi se sottoposto a troppa pressione. La martensite è costituita da austenite, una soluzione solida di ferro con una piccola quantità di carbonio.
Cambiamenti di fase
L’austenite ha una particolare struttura cristallina nota come cubica a facce centrate (FCC). Ciò significa che ogni unità cubica ha un punto reticolare al centro di ciascun lato e ad ogni angolo; con i punti del reticolo collegati, il cristallo sembrerebbe una scatola quadrata con una X su ciascun lato. Questo tipo di acciaio inizia a formarsi a temperature di circa 1,350°F (732°C). L’austenite può contenere più carbonio rispetto ad altre forme di ferro. Se lasciata raffreddare naturalmente, l’austenite si trasforma in ferrite (ferro alfa o ferro puro) e cementite (carburo di ferro).
La trasformazione martensitica si verifica quando l’austenite viene rapidamente raffreddata in un processo noto come tempra. Il rapido calo della temperatura intrappola gli atomi di carbonio all’interno delle strutture cristalline degli atomi di ferro. Ciò fa sì che i cristalli cambino da FCC a tetragonale a corpo centrato (BCT); i cristalli sono allungati in modo che siano quadrati su ciascuna estremità ma più lunghi sui lati (come una scatola da scarpe), e i punti del reticolo che erano al centro di ciascuna faccia sono ora uniti insieme in un punto al centro del cristallo. Questa nuova struttura è ciò che aumenta notevolmente la durezza dell’acciaio.
tempra
L’acciaio martensitico risultante è estremamente duro, il che significa che non si graffia, ma è molto fragile, quindi si rompe sotto stress. Per affrontare questa debolezza, la martensite viene riscaldata in un processo chiamato rinvenimento, che fa sì che la martensite si trasformi parzialmente in ferrite e cementite. Questo acciaio temperato non è altrettanto duro, ma diventa più tenace (meno probabilità di rompersi) e più malleabile, e quindi più adatto per l’uso industriale.
si utilizza
La durezza della martensite temperata lo rende un buon materiale per gli acciai per utensili, poiché la resistenza all’abrasione e alla deformazione è importante in tali applicazioni. È un componente comune nelle parti di macchine e negli stampi di forgiatura. Gli acciai temperati contenenti silicio sono spesso utilizzati per l’acciaio per molle, che può essere utilizzato per realizzare molle, corde di strumenti musicali e componenti su modellini di treni e altri giocattoli. L’acciaio per molle può essere attorcigliato o piegato senza deformazioni permanenti, il che lo rende una buona scelta per i componenti che richiedono che l’acciaio si muova ripetutamente senza degradarsi.
L’acciaio inossidabile, che contiene cromo oltre che ferro e carbonio, può essere realizzato anche con struttura cristallina martenistica. Questa forma è meno resistente alla corrosione rispetto ad altre forme di acciaio inossidabile, ma è anche più resistente e più facilmente lavorabile nella maggior parte dei casi. Un metodo per realizzarlo, chiamato indurimento per precipitazione (o indurimento per invecchiamento), aggiunge impurità come cromo e nichel durante un processo di trattamento termico prolungato; L’acciaio inossidabile martensitico indurito per precipitazione ha una resistenza ancora maggiore insieme a un’elevata resistenza alla corrosione. Tale acciaio è spesso utilizzato in applicazioni militari e aerospaziali.
Trasformazione Dislocativa
La trasformazione martensitica è l’esempio più noto di trasformazione dislocativa, un tipo di cambiamento di fase in cui gli atomi di un materiale si muovono all’unisono per brevi distanze anziché diffondersi individualmente su distanze maggiori. Un cambiamento di fase si verifica quando una sostanza passa da uno stato, come un solido, a un altro, come un liquido. Poiché sono così ben noti come un tipo di trasformazione dislocante, i termini “martensite” o “martensitico” sono talvolta usati in un senso più ampio per descrivere qualsiasi materiale prodotto dalla trasformazione dislocante.