Martensite

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La martensite 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 (o ferro-gamma) 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 ferrite (o ferro-alfa) e cementite (composto Fe₃C); il raffreddamento troppo rapido, però, fa sì che la massa metallica "non riesca" ad arrangiarsi nella struttura di equilibrio, andando invece a formare una struttura simile a quella austenitica, ma altamente tensionata a causa delle sue condizioni di non-equilibrio: la martensite, appunto. 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 M_s e si completa alla temperatura M_f; 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 giunti dei grani. Nella trasformazione austenite -> martensite aumenta il volume: bisogna quindi porre attenzione che le tensioni interne creatasi 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 del 0.6% di carbonio la martensite è di tipo aciculare mentre se il tenore di carbonio all'interno del acciaio è superiore al 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.