Tipos de acero inoxidable: Austenita vs Martensita vs Ferrita

El acero inoxidable es un popular material metálico muy utilizado en Prototipos CNC. Se presenta en diferentes tipos: austenítico, martensítico, ferrítico y más. Cada uno de ellos ofrece propiedades únicas, como resistencia a la corrosión y alta resistencia. Entender qué son y sus diferencias es crucial para elegir el tipo adecuado para las distintas aplicaciones.

Microestructura del acero

El hierro es el elemento fundamental del acero. En estado sólido, el hierro presenta dos estructuras cristalinas. Una es la estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC), que existe en dos intervalos de temperatura. Se denomina α-hierro cuando está presente por debajo de 912 °C y δ-Fe cuando supera los 1394 °C. La otra es la estructura cúbica centrada en la cara (FCC), que existe entre 912 °C y 1394 °C y se denomina γ-Fe.

El carbono es otro de los elementos principales del acero y desempeña un papel crucial en su microestructura y propiedades. Por lo general, a medida que aumenta el contenido de carbono, aumenta la resistencia del acero, mientras que disminuye su plasticidad. El carbono existe principalmente en dos formas en el acero: una está disuelto en hierro, formando una solución sólida, y la otra es carburo de hierro, conocido como cementita (FE3C), que es duro y quebradizo.

Cuando el carbono se disuelve en δ-Fe, se denomina ferrita y conserva la estructura cúbica centrada en el cuerpo. Cuando el carbono se disuelve en γ-Fe, se denomina austenita y conserva la estructura cúbica centrada en la cara.

¿Qué es el acero inoxidable austenítico?

A temperatura ambiente, la austenita no existe de forma independiente, y la región de la fase austenita es pequeña. Sin embargo, al añadir determinados elementos metálicos al acero, la región de la fase austenita puede ampliarse, lo que hace que la austenita sea estable a temperatura ambiente y se forme un acero aleado austenítico.

El acero inoxidable austenítico es una aleación que se forma añadiendo 17%-25% de cromo y 8%-25% de níquel al acero al carbono. Veamos ahora qué es el acero inoxidable. El acero inoxidable es un tipo de acero que gana su resistencia a la corrosión mediante la adición de elementos, con la característica típica de contener al menos 10,5% de cromo. Las aleaciones de acero austenítico son una categoría del acero inoxidable.

¿Por qué el acero inoxidable austenítico es resistente a la corrosión? La adición de níquel permite que el acero presente una estructura austenítica a temperatura ambiente, lo que reduce el número de células de corrosión que se forman debido a las diferencias de microestructura y mejora la resistencia a la corrosión. La adición de cromo forma una densa capa de óxido de cromo en la superficie del acero, haciéndolo menos susceptible a la oxidación. Un ejemplo típico de SUS austenítico es acero inoxidable 18-8que es una aleación que contiene al menos 18% de cromo y al menos 8% de níquel.

El siguiente mapa mental muestra los grados de acero inoxidable austenítico.

Propiedades del acero inoxidable austenítico

No magnético. El acero inoxidable austenítico es amagnético a temperatura ambiente, lo que lo hace adecuado para aplicaciones con fuertes interferencias magnéticas.

Excelente resistencia a la corrosión. El acero inoxidable austenítico posee un conjunto de propiedades muy completo, en particular una excelente resistencia a los ácidos oxidantes. Puede resistir la corrosión del ácido sulfúrico, el ácido fosfórico, el ácido fórmico, el ácido acético y la urea.

Buena soldabilidad. El alto contenido en níquel del acero inoxidable austenítico contribuye a la estabilidad y ductilidad durante la soldadura. El níquel ayuda a evitar la formación de fases frágiles y mejora la capacidad del material para absorber las tensiones de dilatación térmica sin agrietarse.

¿Qué es el acero inoxidable martensítico?

La martensita es una solución sólida sobresaturada de carbono en α-Fe. Cuando el acero se calienta a cierta temperatura para formar austenita y luego se enfría rápidamente, se produce una microestructura cristalina muy dura conocida como martensita. La transformación comienza cuando la austenita alcanza la temperatura de inicio de la transformación martensítica (Ms) y continúa hasta que desciende por debajo de la temperatura de transformación (Mt). Generalmente, cuanto mayor es el porcentaje de transformación en martensita, mayor es la resistencia del acero martensítico resultante.

El acero inoxidable martensítico tiene una estructura cristalina tetragonal centrada en el cuerpo (BCT). Su principal compuesto es el cromo (10,5%-18%), pero este tipo de acero inoxidable contiene mayores cantidades de carbono, y sus propiedades mecánicas pueden ajustarse mediante procesos de tratamiento térmico como el temple y el revenido. El acero inoxidable martensítico se divide en acero martensítico de bajo contenido en carbono (0,05-0,25% carbono) y acero martensítico de alto contenido en carbono (0,61-1,20% carbono). El acero martensítico de bajo contenido en carbono ofrece mayor resistencia a la corrosión, mientras que el acero martensítico de alto contenido en carbono tiene mayor resistencia pero es más quebradizo.

El siguiente mapa mental ilustra los principales grados de aleación del acero inoxidable martensítico.

Propiedades del acero inoxidable martensítico

Magnetismo. Muchos tipos de acero martensítico son magnéticos. Esto se debe al contenido de hierro, que confiere propiedades magnéticas a la estructura molecular cristalina. Aunque el magnetismo facilita la clasificación del metal, complica la soldadura y otros procesos de fabricación. El acero martensítico sigue siendo magnético, tanto en estado recocido como templado.

Alta resistencia. La dureza depende principalmente del contenido de carbono en la martensita. A medida que aumenta el contenido de carbono, también lo hace la dureza, alcanzando niveles casi máximos tras el temple cuando el contenido de carbono se sitúa en torno a 0,6%.

Poca resistencia a la corrosión. Esto se debe a que el acero inoxidable martensítico contiene niveles más bajos de cromo y níquel. Aunque posee resistencia a la corrosión, el acero inoxidable martensítico es menos resistente en entornos agresivos que su homólogo austenítico.

Ajustable mediante tratamiento térmico. El temple puede aumentar la dureza, mientras que el revenido reduce la fragilidad y mejora la tenacidad. Controlando la temperatura y la duración del tratamiento térmico, los fabricantes pueden adaptar la resistencia, la dureza y la tenacidad del acero.

Qué es el acero inoxidable ferrítico

Cuando el carbono se disuelve en δ-Fe, se denomina ferrita. Tiene una estructura cúbica centrada en el cuerpo. Su solubilidad en carbono es muy baja, sólo 0,0008% a temperatura ambiente, y la solubilidad máxima en carbono es de 0,02% a 727 °C.

El acero inoxidable ferrítico tiene una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo (BCC). Tiene un alto contenido de cromo, que oscila entre 11% y 27%, pero contiene poco o nada de níquel y un bajo contenido de carbono (alrededor de 0,03%).

El siguiente mapa mental ilustra los principales grados de aleación del acero inoxidable ferrítico.

Propiedades del acero inoxidable ferrítico

Magnético. Entre los compuestos de aleación, el cromo (Cr) es el componente que hace magnético al acero inoxidable. Por el contrario, el níquel (Ni) inhibe la generación de este magnetismo. El acero inoxidable ferrítico tiene cromo como principal componente de aleación y no contiene níquel, por lo que es magnético.

Buena resistencia a la corrosión. El acero inoxidable ferrítico contiene una gran cantidad de cromo, que puede formar una capa protectora de óxido en la superficie para evitar la corrosión. Sin embargo, su resistencia a la corrosión no es tan buena como la del acero inoxidable austenítico. Como el acero ferrítico tiene una estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC), su capacidad de resistencia a la corrosión es ligeramente superior a la estructura FCC del acero austenítico.

Mala soldabilidad. Los aceros inoxidables ferríticos tienen una mayor conductividad térmica. Esto significa que disipan el calor de forma más eficaz y que mantener el calor necesario para soldar puede resultar complicado. Además, los inoxidables ferríticos presentan una ductilidad reducida a bajas temperaturas, y el proceso de soldadura implica un calentamiento y enfriamiento localizados. Estas fluctuaciones de temperatura pueden provocar la fragilización de la unión soldada y reducir la tenacidad.

Comparación: Austenita vs Martensita vs Ferrita

Por último, utilicemos una tabla para mostrar las diferencias entre los aceros inoxidables ferríticos, martensíticos y austeníticos.