Los aceros martensíticos (también aceros maragen , acero martensítico ) son aceros ( aleaciones de hierro ) que tienen una resistencia y tenacidad muy altas sin pérdida de ductilidad , aunque no pueden ser buenos materiales para hojas. Estos aceros son una clase especial de aceros de ultra alta resistencia y bajo contenido de carbono, que tienen esta propiedad no debido al carbono , sino a la precipitación de compuestos intermetálicos durante el proceso de envejecimiento. El principal elemento de aleación , el níquel , oscila entre el 15 y el 25 % (en peso) [1] . Se añaden metales de aleación secundaria como cobalto , molibdeno y titanio para producir depósitos intermetálicos [1] . Inicialmente se producían aceros con 20 y 25 % de níquel (en masa) a los que se añadía aluminio , titanio y niobio ; el aumento de los precios del cobalto a fines de la década de 1970 condujo al desarrollo de aceros martensíticos sin cobalto [2] .
Los aceros oxidantes comunes contienen 17-19 % de níquel, 8-12 % de cobalto, 3-5 % de molibdeno y 0,2-1,6 % de titanio (% en peso, cada uno). La adición de cromo hace que el acero sea resistente a la corrosión. El cromo también mejora la templabilidad, ya que en este caso se requiere menos níquel. Los aceros con alto contenido de cromo y níquel son generalmente austeníticos y no pueden transformarse en martensita durante el tratamiento térmico, mientras que los aceros con bajo contenido de níquel tienen esta propiedad. Otras variantes de los aceros martensíticos bajos en níquel se basan en aleaciones de hierro y manganeso con adiciones menores de aluminio , níquel y titanio , en las que la proporción de manganeso es del 9 al 15% del hierro (en peso) [3] . El manganeso tiene el mismo efecto que el níquel, es decir, estabiliza la fase austenita. Por lo tanto, dependiendo del contenido de manganeso, los aceros martensíticos de hierro-manganeso pueden ser completamente martensíticos después de que se enfrían desde la fase austenita a alta temperatura, o permanecen en austenita [4] . Este último efecto permite desarrollar aceros PNP envejecidos martensíticamente [5] .
Debido al bajo contenido de carbono, los aceros martensíticos están bien mecanizados. También se pueden laminar en frío antes del envejecimiento . Los aceros martensíticos sueldan bien , pero después de la soldadura, deben volver a envejecerse para restaurar sus propiedades originales.
Durante el tratamiento térmico, el metal se expande en una cantidad insignificante y, por lo tanto, la expansión a menudo no se tiene en cuenta en su procesamiento. Debido al alto contenido de aditivos de aleación, el acero tiene una alta templabilidad. Dado que las martensitas dúctiles se forman durante el enfriamiento, las grietas están ausentes o son insignificantes. Los aceros se pueden nitrurar para aumentar la dureza y posteriormente pulir la superficie.
Los tipos inoxidables de acero martensítico tienen una resistencia media a la corrosión . La resistencia a la corrosión se puede aumentar con revestimiento de cadmio o fosfatado .
В России к мартенситностареющим сталям относят марки: Н8К18М14, Н12К12М10ТЮ, Н12К12М7В7, Н12К15М10, Н12К16М12, Н12К8М3Г2, Н12К8М4Г2, Н13К15М10, Н13К16М10, Н15К9М5ТЮ, Н16К11М3Т2, Н16К15В9М2, Н16К4М5Т2Ю, Н17К10М2В10Т, Н17К11М4Т2Ю, Н17К12М5Т, Н18К12М3Т2, Н18К12М4Т2, Н18К14М5Т, Н18К3М4Т, Н18К4М7ТС, N18K7M5T, N18K8M3T, N18K8M5T, N18K9M5T, N18F6M3, N18F6M6 y otros [6] .
En los EE. UU., los grados de acero martensítico se designan con un número (200, 250, 300 o 350) que indica la resistencia a la tracción nominal aproximada en miles de libras por pulgada cuadrada . Las proporciones de los componentes y las propiedades requeridas se definen en MIL-S-46850D [7] . Cuanto más alto es el grado, más cobalto y titanio contiene la aleación. Los siguientes parámetros se toman de la Tabla 1 de MIL-S-46850D:
| Elemento | Grado 200 | grado 250 | Grado 300 | Grado 350 |
|---|---|---|---|---|
| Hierro | proporcional | proporcional | proporcional | proporcional |
| Níquel | 17,0—19,0 | 17,0—19,0 | 18,0—19,0 | 18,0—19,0 |
| Cobalto | 8,0—9,0 | 7,0—8,5 | 8,5—9,5 | 11,5—12,5 |
| Molibdeno | 3,0—3,5 | 4.6—5.2 | 4.6—5.2 | 4.6—5.2 |
| Titanio | 0,15—0,25 | 0,3—0,5 | 0,5—0,8 | 1.3—1.6 |
| Aluminio | 0,05—0,15 | 0,05—0,15 | 0,05—0,15 | 0,05—0,15 |
Este grupo de grados de acero martensítico se conoce como 18Ni (basado en el porcentaje de contenido de níquel). También hay grupos sin cobalto que son más baratos pero no tan fuertes. Los estudios de aleaciones martensíticas de hierro, níquel y manganeso se llevaron a cabo en Rusia y Japón [2] .
El acero martensítico más común en la industria es el acero de grado H18K9M5T, cuyo proceso de tratamiento térmico ha sido bien estudiado. Primero, el acero de grado H18K9M5T se recoce a una temperatura de alrededor de 820 °C durante 15 a 30 minutos para secciones delgadas y 1 hora por cada 25 mm para secciones gruesas para garantizar la formación de una estructura completamente austenítica . A continuación, se enfría con aire a temperatura ambiente para formar martensita de hierro-níquel blanda . El posterior envejecimiento (endurecimiento del precipitado) durante unas 3 horas a una temperatura de 480 a 500 °C da una fina dispersión de Ni 3 (X, Y) fases intermetálicas de desplazamiento longitudinal dejadas por transformación martensítica, donde X e Y son solutos añadidos para tales precipitados. El sobretratamiento reduce la estabilidad de los precipitados coherentes metaestables primarios, lo que conduce a su disolución y sustitución por fases semicoherentes de Laves como Fe 2 Ni o Fe 2 Mo. Un tratamiento térmico excesivo adicional conduce a la descomposición de la martensita y la reversión a austenita [6] .
En nuevas composiciones de aceros martensíticos, se encontraron otras estequiometrías intermetálicas y relaciones cristalográficas con la martensita original, incluido el complejo romboédrico y voluminoso Ni 50 (X, Y, Z) 50 (Ni 50 M 50 en notación simplificada).
La resistencia y ductilidad del acero martensítico envejecido en la etapa final permite que se forme en piezas más delgadas que otros tipos de acero, mientras que tiene una masa menor [8] . Los aceros martensíticos tienen propiedades muy estables e incluso después de un calentamiento excesivo debido a un tratamiento térmico excesivo, solo se ablandan ligeramente. Estas aleaciones conservan sus propiedades a temperaturas de funcionamiento moderadamente altas y tienen una temperatura de funcionamiento máxima de más de 400 °C. Son adecuados para piezas de motores como cigüeñales y engranajes, así como percutores de armas automáticas , donde el ciclo de calentamiento y enfriamiento se repite varias veces bajo una carga significativa. Su expansión uniforme y su fácil maquinabilidad hacen que los aceros martensíticos sean útiles en piezas de alto desgaste de líneas transportadoras y troqueles. No se utilizan otros aceros de alta resistencia como las aleaciones AerMet debido a su contenido en carbono.
En esgrima , las hojas de las armas utilizadas en las competiciones bajo los auspicios de la Federación Internacional de Esgrima suelen estar hechas de acero martensítico [9] . El acero inoxidable martensítico se utiliza en cuadros de bicicletas y cabezas de palos de golf. También se utiliza en instrumentos quirúrgicos y jeringas hipodérmicas, pero no es adecuado para hojas de bisturí porque el bajo contenido de carbono hace que la hoja se desafile rápidamente.
La producción, importación y exportación de aceros martensíticos en algunos países, como Estados Unidos, está estrictamente controlada por las comisiones reguladoras nucleares [10] porque son aptos para la fabricación de centrifugadoras de gas para el enriquecimiento de uranio [11] .
Las góndolas de los sumergibles de aguas profundas Mir se fabricaron con el acero de este grupo .