¿Cuál es la diferencia entre los aceros inoxidables ferríticos, austeníticos y martensíticos?
Estructura cristalina de los aceros inoxidables
La gran mayoría de los metales tienen una estructura cristalina en su estado sólido, lo que significa que están formados por estructuras reticulares de átomos cristalizados. Por definición, todos los aceros, incluidos los aceros inoxidables, se componen principalmente de átomos de hierro cristalizados con la adición de carbono. El hierro en acero puede existir en varias estructuras cristalinas diferentes, dependiendo de las condiciones de su creación. La ferrita, la austenita y la martensita son ejemplos de estructuras cristalinas de hierro y todas se encuentran dentro de diferentes tipos de acero. Una de las diferencias definitorias entre estas estructuras cristalinas es la cantidad de carbono que pueden absorber: un mayor contenido de carbono generalmente, aunque no siempre, hace que el acero sea más duro, pero más frágil.
Como líquido, el hierro fundido no es cristalino y los cristales solo se forman cuando el material se enfría. Cuando el material se enfría, el acero se solidifica en forma de cristales individuales que se forman gradualmente, lo que puede significar que cualquier tipo de acero en realidad se compone de varios tipos de cristales a medida que el metal forma cristales lentamente a través de múltiples etapas de temperatura. Esto significa que, independientemente de su estructura cristalina definitoria, no es raro que los aceros contengan pequeñas cantidades mixtas de ferrita, austenita y cementita.
Si bien la siguiente información cubre aceros ferríticos, austeníticos y martensíticos, casi todos los componentes de acero inoxidable tienen una estructura cristalina austenítica. Para obtener información más específica sobre los grados exactos de acero austenítico, consulte nuestro artículo sobre los diferentes grados de acero inoxidable austenítico.
Acero inoxidable ferrítico
Los aceros ferríticos están hechos de cristales de ferrita, una forma de hierro que contiene solo una cantidad muy pequeña (hasta 0,025%) de carbono. La ferrita absorbe una cantidad tan pequeña de carbono debido a su estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo: un átomo de hierro en cada esquina y uno en el medio. Este átomo de hierro central es lo que le da a los aceros inoxidables ferríticos sus propiedades magnéticas.
Los aceros inoxidables ferríticos son menos utilizados debido a su limitada resistencia a la corrosión y su resistencia y dureza medias.
Acero inoxidable austenitico
Los aceros inoxidables austeníticos contienen austenita, una forma de hierro que puede absorber más carbono que la ferrita. La austenita se crea calentando la ferrita a 912 grados C, momento en el cual pasa de una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo a una estructura cristalina cúbica centrada en la cara. Las estructuras cúbicas centradas en las caras pueden absorber hasta un 2 % de carbono.
Cuando la austenita se enfría, generalmente vuelve a su forma de ferrita, lo que hace que la austenita sea difícil de utilizar a temperaturas inferiores a las extremas de un horno de fundición. La austenita puede verse obligada a conservar su estructura cristalina a bajas temperaturas con la inclusión de aditivos químicos, como el níquel y el manganeso que se encuentran en muchos aceros inoxidables austeníticos.
Los aceros inoxidables austeníticos no pueden endurecerse significativamente mediante tratamiento térmico, pero pueden endurecerse mediante trabajo en frío. Los aceros inoxidables austeníticos son ampliamente utilizados, particularmente en tornillos de acero inoxidable, debido a su excelente resistencia a la corrosión.
Cementita
La cementita es una forma de hierro que contiene incluso más carbono que la ferrita y la austenita. La cementita contiene hasta un 6,67 % de carbono. Debido a su mayor contenido de carbono, la cementita es dura y quebradiza, y su presencia suele ser un subproducto, más que un diseño. La cementita se presenta comúnmente en aceros cuando el exceso de carbono, como el carbono sobrante que no puede ser absorbido por la ferrita, debe usarse para la formación de cristales.
Perlita
A medida que el hierro se enfría, los cristales de austenita vuelven a convertirse en cristales de ferrita, perdiendo el exceso de carbono que no puede ser absorbido adecuadamente por la ferrita recién formada. El exceso de carbono crea parches de cristales con una mezcla de ferrita con bajo contenido de carbono y restos de cementita con alto contenido de carbono, y estos cristales mixtos se conocen como perlita.
Este video de Real Engineering hace un gran trabajo al explicar cómo la estructura cristalina del acero afecta las propiedades físicas del material; los puntos clave se discuten en 2:55:
Acero inoxidable martensítico
El acero inoxidable martensítico está formado por la creación de martensita. La martensita ha sido un elemento clave del acero templado durante cientos de años, pero recibió su nombre oficial en el siglo XX en honor al metalúrgico Adolf Martens (1850 – 1914).
La martensita es una forma cúbica centrada en el cuerpo de hierro cristalizado que se crea cuando la austenita calentada se enfría rápidamente mediante enfriamiento rápido. La mayor velocidad a la que se crean los cristales de martensita evita que se forme cementita y hace que los átomos de carbono queden atrapados de forma poco natural en los cristales que normalmente expulsarían el exceso de carbono durante el enfriamiento gradual.
Los aceros inoxidables martensíticos se pueden tratar térmicamente y endurecer, pero tienen una resistencia química reducida en comparación con los aceros inoxidables austeníticos. El acero inoxidable martensítico se usa a menudo cuando la dureza es crítica, como en los cuchillos, donde la dureza de la superficie crea una hoja más afilada.