transformación sin difusión

Una transformación sin difusión , comúnmente conocida como transformación displaciva , se refiere a alteraciones en estado sólido de las estructuras cristalinas que no dependen de la difusión de átomos a grandes distancias. Estas transformaciones se manifiestan como resultado de cambios sincronizados en las posiciones atómicas, donde los átomos experimentan desplazamientos de distancias menores que la distancia entre átomos adyacentes, manteniendo su disposición relativa. Un ejemplo de este fenómeno es la transformación martensítica, un evento notable observado en materiales de acero.

El término « martensita » se acuñó originalmente para describir el constituyente rígido y finamente disperso que aparece en los aceros sometidos a enfriamiento rápido. Investigaciones posteriores revelaron que materiales más allá de las aleaciones ferrosas, como las aleaciones no ferrosas y las cerámicas, también pueden experimentar transformaciones sin difusión. En consecuencia, el término «martensita» ha evolucionado para abarcar el producto resultante de dichas transformaciones de una manera más inclusiva. En el contexto de las transformaciones sin difusión, se produce un movimiento cooperativo y homogéneo que modifica la estructura cristalina durante un cambio de fase . Estos movimientos son pequeños, generalmente menores que las distancias interatómicas, y los átomos vecinos permanecen cerca.

El movimiento sistemático de grandes cantidades de átomos llevó a algunos a referirse a ellos como transformaciones militares , en contraste con los cambios de fase civiles basados ​​en la difusión, inicialmente por Charles Frank y John Wyrill Christian . ^{[ 1 ] [ 2 ]}

La transformación más común de este tipo es la transformación martensítica , que probablemente sea la más estudiada, pero que constituye solo un subconjunto de las transformaciones no difusionales. La transformación martensítica en el acero representa el ejemplo más significativo económicamente de esta categoría de transformaciones de fase. Sin embargo, un número creciente de alternativas, como las aleaciones con memoria de forma , también están adquiriendo mayor importancia.

El fenómeno en el que átomos o grupos de átomos se coordinan para desplazar a sus vecinos, lo que resulta en una modificación estructural, se conoce como transformación displaciva. El alcance de las transformaciones displacivas es extenso y abarca una amplia gama de cambios estructurales. Por consiguiente, se han ideado clasificaciones adicionales para proporcionar una comprensión más precisa de estas transformaciones. ^{[ 3 ]}

La primera distinción puede establecerse entre las transformaciones dominadas por deformaciones que distorsionan la red cristalina y aquellas en las que las redistribuciones son de mayor importancia.

Las deformaciones de distorsión de red homogéneas, también conocidas como deformaciones de Bain, transforman una red de Bravais en otra diferente. Esto se puede representar mediante una matriz de deformación S que transforma un vector, y , en un nuevo vector, x :

${\displaystyle y=Sx}$

Este proceso es homogéneo, ya que las líneas rectas se transforman en nuevas líneas rectas. Ejemplos de estas transformaciones incluyen una red cúbica que aumenta de tamaño en los tres ejes (dilatación) o que se transforma en una estructura monoclínica .

Las reordenaciones atómicas, cuyo nombre es muy apropiado, se refieren al desplazamiento mínimo de átomos dentro de la celda unitaria. Cabe destacar que las reordenaciones puras generalmente no modifican la forma de la celda unitaria, sino que afectan principalmente su simetría y configuración estructural general.

Las transformaciones de fase suelen dar lugar a la formación de una interfaz que delimita los materiales transformado y original. La energía necesaria para establecer esta nueva interfaz depende de sus características, específicamente de la forma en que se entrelazan las dos estructuras. Surge una consideración energética adicional cuando la transformación implica un cambio de forma. En tales casos, si la nueva fase está restringida por el material circundante, puede producirse una deformación elástica o plástica , introduciendo un término de energía de deformación . La interacción entre estos términos de energía interfacial y de deformación influye significativamente en la cinética de la transformación y la morfología de la fase resultante. Cabe destacar que, en las transformaciones de reordenamiento, caracterizadas por distorsiones mínimas, las energías interfaciales tienden a predominar, diferenciándolas de las transformaciones con distorsión de la red, donde el impacto de la energía de deformación es más pronunciado.

Se puede realizar una subclasificación de los desplazamientos que distorsionan la red considerando los componentes de dilución y cizallamiento de la distorsión. En las transformaciones dominadas por el componente de cizallamiento, es posible encontrar una línea en la nueva fase que no está distorsionada con respecto a la fase original, mientras que todas las líneas están distorsionadas cuando predomina la dilatación. Las transformaciones dominadas por el cizallamiento se pueden clasificar además según la magnitud de las energías de deformación involucradas en comparación con las vibraciones intrínsecas de los átomos en la red y, por lo tanto, si las energías de deformación tienen una influencia notable en la cinética de la transformación y la morfología de la fase resultante. Si la energía de deformación es un factor significativo, entonces las transformaciones se denominan martensíticas ; de lo contrario, la transformación se denomina cuasi-martensítica .

La distinción entre aceros austeníticos y martensíticos es sutil. ^{[ 4 ]} La austenita presenta una celda unitaria cúbica centrada en las caras (FCC), mientras que la transformación a martensita implica una distorsión de este cubo en una forma tetragonal centrada en el cuerpo (BCT). Esta transformación ocurre debido a un proceso de desplazamiento, donde los átomos de carbono intersticiales no tienen tiempo de difundirse. ^{[ 5 ]} En consecuencia, la celda unitaria experimenta una ligera elongación en una dimensión y una contracción en las otras dos. A pesar de las diferencias en la simetría de las estructuras cristalinas, el enlace químico entre ellas permanece similar.

La transformación martensítica hierro-carbono genera un aumento de la dureza. La fase martensítica del acero está sobresaturada en carbono y, por lo tanto, experimenta un endurecimiento por solución sólida . ^{[ 6 ]} De forma similar a los aceros endurecidos por deformación , los defectos impiden que los átomos se deslicen unos sobre otros de manera organizada, lo que provoca que el material se vuelva más duro.

Además de la transformación displaciva y la transformación difusiva, se descubrió un nuevo tipo de transformación de fase que implica una transición de subred displaciva y difusión atómica mediante un sistema de difracción de rayos X de alta presión. ^{[ 7 ]} El nuevo mecanismo de transformación ha sido denominado transformación pseudomartensítica. ^{[ 8 ]}

• Amplios recursos de la Universidad de Cambridge.
• La transición de cúbica a tetragonal
• Simposio Europeo sobre Transformaciones Martensíticas (ESOMAT)
• Laboratorio PTC para la cristalografía de la martensita