Microestructuras del acero: martensita, austenita, ferritas, cementita y perlita

Martensita

La martensita se origina al someter una estructura austenítica a un enfriamiento muy rápido. Es una solución sobresaturada de carbono en hierro y, si se exceptúa la cementita, es el constituyente más duro de los aceros. No cristaliza en la red cúbica centrada en las caras (FCC), como lo hace el hierro γ (gamma), sino que, debido a la deformación producida en dicha red por la inserción de los átomos de carbono, su cristalización se verifica en la red tetragonal centrada en el cuerpo (BCT).

Austenita

La austenita es el constituyente más denso de los aceros y está formada por la solución sólida de inserción de los átomos de carbono en los huecos octaédricos del hierro γ (gamma), que tiene una estructura FCC. La relación entre los radios de los huecos octaédricos y de los átomos de Fe es 0,414, mientras que la relación entre los radios de los átomos de carbono y hierro es 0,6. Por tanto, los átomos de carbono no encajan totalmente en los huecos y, al introducirse en ellos, provocan una distorsión de la red cristalina. Por este motivo, no resulta posible que los huecos se llenen por completo, de manera que a 1148 °C la máxima solubilidad del carbono en el hierro γ es de solo un 2,11 %.

Ferrita α (Alfa)

La ferrita α es la solución sólida de inserción del carbono en el hierro α (alfa), que tiene una estructura BCC (cúbica centrada en el cuerpo). El tamaño relativo de los huecos octaédricos en una red BCC (r_intersticio / r_Fe = 0,155) es mucho menor que en la red FCC; por lo tanto, la solubilidad del carbono es significativamente menor en este caso. A 727 °C, su valor máximo es de solo 0,0218 %. Por este motivo, la ferrita α se considera como hierro prácticamente puro, siendo el constituyente más blando y dúctil de los aceros.

Ferrita δ (Delta)

La ferrita δ es la solución sólida intersticial de carbono en el hierro δ (delta). Su estructura, al igual que la de la ferrita α, es BCC. Sin embargo, al existir a temperaturas más altas, su constante de red es mayor, lo que permite una solubilidad máxima de carbono también mayor: 0,09 % a 1495 °C.

Cementita

La cementita es un compuesto intermetálico cuya composición estequiométrica responde a la fórmula Fe₃C (carburo de hierro), que contiene un 6,67 % de carbono en peso. Cristaliza en el sistema ortorrómbico y es el constituyente más duro y frágil de los aceros.

Perlita

La perlita es la microestructura resultante del enfriamiento lento de un acero con composición eutectoide (aproximadamente 0,77 % C). Cada grano de perlita está formado por láminas alternadas de ferrita α y cementita (estructura laminar). Su nombre se debe a las irisaciones que presenta bajo el microscopio, similares a las del nácar (mother-of-pearl).