¿Qué es el acero martensítico?

La resistencia a la corrosión, la alta resistencia, la resistencia al calor y las propiedades higiénicas son algunos de los muchos atributos conocidos del acero inoxidable. Las distinciones entre las cinco categorías principales de acero inoxidable provienen de la diferente composición química de cada una.

Image Credit: Ulbrich Stainless Steels & Special Metals.

¿Qué es el acero martensítico?

El acero inoxidable martensítico es una buena opción para una variedad de aplicaciones debido a su durabilidad, fuerza y resistencia a la corrosión. La composición y las propiedades del acero martensítico le confieren ventajas sobre otros tipos de acero en diversas funciones industriales.

Debido a su composición química, los tratamientos térmicos y de envejecimiento pueden hacer que el acero martensítico se endurezca y fortalezca. Estos tratamientos hacen que el acero martensítico sea una opción ideal para la fabricación de válvulas e instrumentos mecánicos, piezas de turbinas, instrumentos médicos y otras aplicaciones y productos.

Composición del acero martensítico

El cromo suele representar entre el 11,5 y el 18% de la composición del acero martensítico, junto con el 1,2% de carbono y níquel. Aunque el menor contenido de níquel lo hace menos resistente a la corrosión en comparación con otros tipos de acero inoxidable, el alto porcentaje de carbono hace que el acero tenga una estructura molecular especialmente robusta.

El manganeso, el níquel y el molibdeno se encuentran entre los demás elementos de aleación del acero martensítico.

Procesamiento del acero inoxidable martensítico

Acero martensítico de enfriamiento rápido

El acero inoxidable tipo 410, el acero inoxidable 420 y el acero inoxidable 440A se encuentran entre los tipos más comunes de aceros martensíticos. Estos aceros inoxidables martensíticos reaccionan al tratamiento térmico de forma muy parecida a las aleaciones de acero con alto contenido en carbono. El contenido de carbono define la máxima dureza templada del acero inoxidable.

El calentamiento del acero a altas temperaturas, seguido de un rápido proceso de enfriamiento, da lugar al endurecimiento. La alta templabilidad de las aleaciones martensíticas hace que esto se denomine a menudo «endurecimiento al aire».

El material suele recalentarse a bajas temperaturas para aliviar las tensiones de la microestructura, o se recalienta a temperaturas ligeramente superiores para templar (ablandar) el material y alcanzar niveles de dureza intermedios. Esto se debe a la estructura frágil del material martensítico endurecido.

El calentamiento de la aleación hasta justo por debajo de su temperatura crítica da lugar a un recocido de proceso. Por el contrario, un enfriamiento más prolongado después de calentar la aleación hasta justo por encima de la temperatura crítica da lugar a un recocido completo.

Tipos de acero martensítico

El contenido de carbono del acero martensítico significa que puede dividirse a su vez en dos tipos diferentes.

Acero martensítico de bajo carbono

Con su bajo contenido de carbono de entre el 0.05% a 0,25%, las versiones de acero martensítico con bajo contenido de carbono tienen un mayor potencial de fabricación, ofrecen una mayor resistencia a la corrosión y son generalmente más fuertes.

Acero martensítico con alto contenido de carbono

El acero martensítico con alto contenido de carbono suele tener un mayor contenido de carbono: entre 0,61% y 1,50%. Un mayor contenido de carbono hace que el acero sea más fuerte, ya que el carbono refuerza la estructura molecular. Es difícil soldar el acero o darle otras formas fácilmente debido a que es más frágil.

Acero inoxidable tipo 410

El acero inoxidable tipo 410 es un grado de acero inoxidable martensítico que se considera un martensítico de uso general. Se puede utilizar en la producción de pistones y válvulas, así como en sujetadores, resortes, pasadores, cuchillería, herrajes, pinzas para pistolas, piezas micrométricas, álabes de turbinas, varillas de bombas, cribas de carbón, tuercas y pernos, accesorios, rodamientos de bolas, impulsores y ejes.

Los cambios en los tratamientos térmicos de temple y revenido darán diferentes niveles de dureza.

El Tipo 410 se suministra normalmente en forma recocida, sin embargo, el Tipo 410 también puede suministrarse con una dureza mínima de RC35 para calibres inferiores a 0,040 «. Una versión laminada en frío con una resistencia mínima a la tracción de 110000 psi es otra opción de suministro.

Acero inoxidable Tipo 420

Cubriendo una gama bastante amplia de niveles de dureza tanto en sus formas endurecidas como templadas, el acero inoxidable Tipo 420 tiene una gama de carbono de 0,15% a 0,45% de contenido de carbono.

El tratamiento térmico, incluido el laminado en frío con una resistencia mínima a la tracción de 20000 psi, significa que el acero inoxidable Tipo 420 puede proporcionarse con varios niveles de carbono para satisfacer requisitos específicos de dureza o propiedades mecánicas

Pueden obtenerse diferentes durezas mediante ciclos de tratamiento térmico, lo que hace que el Tipo 420 sea deseable cuando se necesitan productos templados para aplicaciones específicas. Esta aleación de acero es templable hasta una dureza comprendida entre RC40-50.

El acero inoxidable Tipo 420 puede utilizarse en una gran variedad de aplicaciones, entre las que se incluyen elementos de fijación, cuchillería, herramientas quirúrgicas, piezas de máquinas, armas de fuego, casquillos y guarniciones de válvulas.

Acero inoxidable tipo 440

Aunque tiene una conformabilidad limitada en estado recocido, el acero inoxidable tipo 440A tiene una mayor capacidad de endurecimiento que el tipo 410 o el tipo 420.

Al ser endurecible hasta más de RC50, este grado de acero inoxidable es extremadamente adecuado para el blanqueo en aplicaciones de cuchillas. Las cuchillas permanecerán más afiladas y durante más tiempo debido a la alta dureza de este grado.

Los usos típicos incluyen:

• Rodamientos
• Cuchillería
• Instrumentos quirúrgicos

En aplicaciones en las que la resistencia a la corrosión y la alta dureza son importantes, también se utiliza el Tipo 440A.

Otros grados martensíticos

También existen en el mercado grados martensíticos menos comunes con requisitos de composición química y/o propiedades mecánicas especiales que los mencionados anteriormente. Sin embargo, los aceros martensíticos más referenciados son los tipos 410, 420 y 440.

Características del acero martensítico

El acero martensítico tiene múltiples propiedades (además de su resistencia) que lo diferencian de otros tipos de acero inoxidable. Cubriendo una amplia gama de aplicaciones, los grados de aceros inoxidables martensíticos se utilizan para combatir condiciones corrosivas comparativamente suaves o para crear la máxima rigidez y resistencia para las piezas formadas en frío.

Como comparten muchas de las mismas características, los grados de acero martensítico se agrupan cuando los fabricantes especifican las aleaciones de acero.

Soldadura

La mayoría de las formas de acero martensítico no reaccionan favorablemente a la soldadura ya que son típicamente frágiles. Cuando se templa y revenido, es la fragilidad del acero martensítico lo que aumenta sus aplicaciones.

El proceso de templado y revenido implica calentar el metal y luego enfriarlo para fijarlo rápidamente. Los aceros inoxidables martensíticos con alto contenido en carbono no suelen recomendarse para aplicaciones soldadas, sin embargo, el inoxidable Tipo 410 puede soldarse con relativa facilidad.

Magnetismo

La estructura molecular cristalina puede ser magnética si hay hierro presente en la aleación de acero martensítico. Muchos tipos de acero martensítico son magnéticos. Esto puede facilitar la clasificación de los metales, pero puede dificultar los procesos de fabricación y soldadura. Los aceros martensíticos son magnéticos tanto en estado templado como recocido.

Formabilidad

La capacidad de un metal para adoptar diferentes formas sin romperse o agrietarse se denomina formabilidad. A medida que aumenta su contenido de carbono, la conformabilidad del acero martensítico disminuye. Aunque es posible, las formas con bajo contenido de carbono no son ideales para el conformado.

Alta resistencia

Los aceros inoxidables martensíticos se utilizan a menudo, aunque no siempre, cuando se necesitan altas propiedades mecánicas. Su grado de resistencia a la corrosión limita su aplicación más que otras aleaciones de la familia de los aceros inoxidables.

A menudo pueden aparecer manchas superficiales de óxido en sus superficies. Pueden utilizarse en estado recocido cuando sólo se requiere una resistencia a la corrosión limitada o una resistencia a la incrustación a temperaturas elevadas. Su mayor resistencia a la corrosión se consigue en estado templado o revenido.

Acero inoxidable martensítico recocido

Como proporcionan las mejores características de conformación, los grados martensíticos se suministran normalmente a los fabricantes en estado recocido. El tratamiento térmico de endurecimiento suele seguir a las operaciones de conformación.

En comparación con la serie 300, los grados de acero inoxidable austenítico 410 y 420 también pueden obtenerse en la condición de trabajado en frío a niveles de resistencia a la tracción relativamente bajos.

¿En qué se diferencia el acero martensítico de otros tipos de acero inoxidable?

Los distintos tipos de acero inoxidable difieren en su estructura química y sus componentes. Estos factores determinan el comportamiento del acero y sus posibles aplicaciones.

Acero inoxidable austenítico

Este tipo de acero inoxidable es altamente resistente a la corrosión y es uno de los tipos de acero inoxidable más utilizados ya que posee un alto contenido de cromo en comparación con otros tipos de acero inoxidable. Estos aceros también están compuestos por nitrógeno, manganeso y níquel.

El acero austenítico es soldable (a diferencia del acero martensítico), moldeable y normalmente no es magnético. No es tratable térmicamente, sólo puede endurecerse mediante trabajo en frío.

Acero inoxidable ferrítico

El acero ferrítico tiene un alto contenido de cromo y un bajo contenido de carbono. Esto significa que el acero ferrítico no es tan fuerte como el acero martensítico (como resultado del bajo contenido de carbono), pero es muy resistente a la corrosión y es magnético.

Los aceros ferríticos, que se utilizan con mayor frecuencia en utensilios de cocina, para la construcción de maquinaria industrial y en la industria del automóvil, tampoco son tratables térmicamente. Se procesan casi exclusivamente en el temple recocido.

Acero inoxidable endurecido por precipitación (PH)

El acero inoxidable PH se fabrica añadiendo cobre, molibdeno, aluminio y titanio, por sí solos o en cualquier combinación. Estos metales pueden ser tres o cuatro veces más fuertes que el acero austenítico y tienen una tenacidad relativamente baja.

Debido a su combinación única de resistencia y buena conformabilidad, el acero PH se utiliza normalmente en las industrias del petróleo y el gas, la aeroespacial y la nuclear.

Acero inoxidable martensítico endurecido

El acero martensítico se vuelve más fuerte y duro después del tratamiento térmico, lo que está entre sus principales ventajas. Cuando se calienta y se enfría rápidamente, los átomos se convierten en lo que se conoce como tetragonal centrado en el cuerpo, una posición distorsionada que hace que el acero sea más duro y fuerte. Se pueden utilizar numerosos procesos para endurecer el acero martensítico.

Dureza por envejecimiento

Calentándolo para formar precipitados que impidan el movimiento de los defectos en la estructura molecular del acero, éste se endurece. La contención de estos defectos hace que el metal sea más duro y resistente. Tras el calentamiento, se almacena durante horas a una temperatura elevada hasta que se completa el proceso, que suele utilizarse para aumentar la resistencia del acero martensítico.

El recocido

El recocido consiste en calentar el acero para hacer más homogénea su estructura molecular y eliminar las tensiones. Esto da como resultado un acero más blando que es más fácil de manipular.

Enfriamiento y revenido

El enfriamiento y el revenido es un proceso que endurece el acero mediante el calentamiento, el enfriamiento rápido y el posterior calentamiento del metal. El metal es duro pero muy quebradizo después del calentamiento y enfriamiento iniciales, pero el segundo calentamiento tiene por objeto devolver al acero a una temperatura en la que sea dúctil.

Resumen

Hay múltiples tipos y grados de acero inoxidable que se clasifican en cinco categorías principales. Las numerosas características distintivas del acero inoxidable lo hacen ideal para una amplia gama de aplicaciones diferentes. El acero inoxidable martensítico es un acero versátil que tiene muchos usos prácticos en diversas industrias.

El acero inoxidable martensítico es muy sensible a múltiples formas de tratamiento térmico que pueden aumentar la dureza, la fuerza y la resistencia a la corrosión. La fuerza y la resistencia a la corrosión del acero inoxidable martensítico son ideales para aplicaciones marinas, industriales y médicas, mientras que su versatilidad puede convertirlo en la solución a una serie de problemas.

Esta información se ha obtenido, revisado y adaptado a partir de los materiales proporcionados por Ulbrich Stainless Steels & Special Metals, Inc.

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Citaciones