Fundamentos de Metalurgia: Constituyentes, Diagrama Hierro-Carbono y Tratamientos Térmicos del Acero

Constituyentes de las Fundiciones (Hierro Colado)

Los principales constituyentes microestructurales de las fundiciones son:

• Grafito: Aparece por descomposición de la cementita a través de un enfriamiento lento y bajo la acción de elementos grafitizantes como el silicio.
• Ledeburita: Aleación eutéctica de cementita y austenita que, al enfriarse, se descompone en perlita y cementita.

Diagrama Hierro-Carbono (Fe-C): Puntos Críticos

1. La línea ACD es la de líquidos, a partir de la cual comienzan a solidificar las aleaciones. AECF es el final de la solidificación.
2. Punto A: Solidificación del hierro puro.
3. Punto C: Aleación eutéctica (Ledeburita), con 4,3% de Carbono.
4. Punto E: Máxima solubilidad del carbono en hierro (en la austenita).
5. Punto D: Límite del diagrama (6,67% de Carbono), correspondiente a la cementita pura.
6. Punto S: Eutectoide. La austenita se transforma en perlita a 0,89% de Carbono.

Constituyentes Estructurales de los Aceros

En los aceros, el carbono está disuelto principalmente en forma de cementita.

Ferrita (Hierro Alfa)

Hierro alfa casi puro. Es el constituyente más blando.

Cementita (Carburo de Hierro)

Carburo de hierro (Fe₃C), contiene 6,67% de carbono. Es el constituyente más duro y frágil.

Perlita

Compuesto eutectoide formado por láminas alternas de ferrita y cementita.

Austenita (Hierro Gamma)

Solución sólida de carburo de hierro en hierro gamma. Solo es estable a temperaturas elevadas. En aceros con alto porcentaje de aleación, puede ser estable a temperatura ambiente.

Martensita

Constituyente de los aceros templados que alcanza la máxima dureza. Se forma cuando el enfriamiento es tan rápido que la austenita no puede expulsar la cementita.

Tratamientos Térmicos de los Aceros

Fase de Calentamiento

El calentamiento debe realizarse de tal forma que la diferencia de temperatura entre el exterior y el interior de la pieza sea mínima. La duración del calentamiento depende del diámetro de la pieza.

• AC1: 723ºC (Temperatura crítica inferior).
• ACM: 723ºC - 1130ºC (Línea de solubilidad de la cementita en austenita).
• AC3: 910ºC - 723ºC (Línea de transformación de ferrita a austenita).

Influencia de la Temperatura en el Tamaño del Grano

Al calentar desde la temperatura ambiente hasta los puntos de transformación, el grano disminuye de tamaño. Sin embargo, el tamaño del grano aumenta al incrementar la temperatura por encima del punto de transformación.

El Proceso de Temple en Aceros

Temperatura de Temple

• Aceros Hipoeutectoides: Deben calentarse a la temperatura de Ac3 + 50ºC. A temperaturas inferiores a Ac3, aparece la ferrita; para hacerla desaparecer, es necesario calentar 50ºC por encima del punto Ac3.
• Aceros Hipereutectoides: Deben calentarse a Ac1 + 50ºC. La temperatura de calentamiento es menor porque no existe la ferrita. Se puede templar aunque la transformación en austenita no sea total, ya que la cementita es muy dura.

Tiempo de Calentamiento y Austenización

Depende del diámetro o espesor de la pieza. La permanencia en el horno es necesaria para que la austenización sea total en los aceros hipoeutectoides y parcial en los hipereutectoides.

Velocidad de Enfriamiento

Debe ser elevada para evitar que se produzcan transformaciones de la austenita antes de la formación de martensita, y debe ser superior a la velocidad crítica de temple.

Tipos de Temple

• Temple continuo (Completo para hipoeutectoides e incompleto para hipereutectoides).
• Temple escalonado (Isotérmico).
• Temple superficial.

Temple Superficial

Se basa en un calentamiento superficial muy rápido, de tal forma que solo una capa delgada alcance la temperatura de austenización, seguido de un enfriamiento también rápido.

Aceros de Cementación

Pueden ser al carbono o aleados. Su contenido en carbono es siempre menor de 0,2%. Se dividen en tres grupos:

1. Aceros al carbono.
2. Aceros débilmente aleados.
3. Aceros de alta aleación.

Tipos de Hornos Industriales

• Para combustibles sólidos.
• Para combustibles líquidos.
• Para combustibles gaseosos.
• Eléctricos.