Microconstituyentes Clave del Acero: Propiedades, Formación y Aplicaciones en Metalurgia

Los aceros, aleaciones de hierro y carbono, presentan diversas microestructuras que determinan sus propiedades mecánicas y aplicaciones. A continuación, se describen los principales microconstituyentes que se forman durante los procesos de enfriamiento y tratamiento térmico.

Ferrita

La Ferrita es una solución sólida de carbono en hierro alfa (α-Fe). Su solubilidad a temperatura ambiente es del orden de 0,008 % de carbono, por lo que se considera como hierro puro. La máxima solubilidad de carbono en el hierro alfa es de 0,02 % a 723 °C.

Es la fase más blanda y dúctil de los aceros. Cristaliza en la red cúbica centrada en el cuerpo (BCC). Sus propiedades típicas son:

• Dureza: 90 Brinell (HB)
• Resistencia a la tracción: 28 kg/mm²
• Alargamiento: hasta 40 %

Al microscopio, la ferrita se observa como granos poligonales claros.

Perlita

La Perlita es un microconstituyente eutectoide formado por capas alternadas de ferrita y cementita. Está compuesta por aproximadamente 88 % de ferrita y 12 % de cementita, conteniendo un 0,8 % de carbono.

Sus propiedades mecánicas son:

• Dureza: 250 Brinell (HB)
• Resistencia a la tracción: 80 kg/mm²
• Alargamiento: 15 %

El nombre de perlita se debe a las irisaciones que adquiere al iluminarla, parecidas a las perlas. La perlita aparece generalmente en el enfriamiento lento de la austenita y por la transformación isotérmica de la austenita en el rango de 650 a 723 °C.

Cementita

La Cementita es el carburo de hierro de fórmula Fe₃C. Contiene 6,67 % de carbono y 93,33 % de hierro. Es el microconstituyente más duro y frágil de los aceros al carbono, alcanzando una dureza Brinell de 700 (68 Rc). Cristaliza en la red ortorrómbica.

Austenita

La Austenita es el constituyente más denso de los aceros y está formada por una solución sólida por inserción de carbono en hierro gamma (γ-Fe). La cantidad de carbono disuelto varía de 0,8 al 2 % de carbono, siendo esta la máxima solubilidad a la temperatura de 1130 °C.

Aunque la austenita no es estable a temperatura ambiente, existen algunos aceros al cromo-níquel, denominados aceros austeníticos, cuya estructura es austenita a temperatura ambiente.

La austenita está formada por cristales cúbicos centrados en las caras (FCC). Sus propiedades son:

• Dureza: 300 Brinell (HB)
• Resistencia a la tracción: 100 kg/mm²
• Alargamiento: 30 %

Además, la austenita no es magnética.

Martensita

La Martensita es el constituyente principal de los aceros templados. Está formada por una solución sólida sobresaturada de carbono o carburo de hierro en ferrita, y se obtiene por enfriamiento rápido de los aceros desde su estado austenítico a altas temperaturas.

El contenido de carbono en la martensita suele variar desde muy poco hasta el 1 %. Sus propiedades físicas varían con su contenido en carbono hasta un máximo de 0,7 %C. La martensita es muy frágil y presenta un aspecto acicular, formando grupos en zigzag con ángulos de 60°.

Sus propiedades características son:

• Dureza: 50 a 68 Rc
• Resistencia a la tracción: 170 a 250 kg/mm²
• Alargamiento: 0,5 al 2,5 %

Troostita

La Troostita es un agregado muy fino de cementita y ferrita. Se produce por un enfriamiento de la austenita con una velocidad ligeramente inferior a la crítica de temple, o por transformación isotérmica de la austenita en el rango de temperatura de 500 a 600 °C, o por revenido a 400 °C.

Sus propiedades físicas son intermedias entre la martensita y la sorbita:

• Dureza: 400 a 500 Brinell (HB)
• Resistencia a la tracción: 140 a 175 kg/mm²
• Alargamiento: 5 al 10 %

Es un constituyente nodular oscuro con estructura radial, apreciable a unos 1000x. Aparece generalmente acompañando a la martensita y a la austenita.

Sorbita

La Sorbita es también un agregado fino de cementita y ferrita. Se obtiene por enfriamiento de la austenita con una velocidad bastante inferior a la crítica de temple, o por transformación isotérmica de la austenita en la zona de 600 a 650 °C, o por revenido a la temperatura de 600 °C.

Sus propiedades son:

• Dureza: 250 a 400 Brinell (HB)
• Resistencia a la tracción: 88 a 140 kg/mm²
• Alargamiento: 10 al 20 %

Con pocos aumentos, aparece en forma muy difusa como manchas, pero con 1000x toma la forma de nódulos blancos muy finos sobre fondo oscuro. De hecho, tanto la troostita como la sorbita pueden considerarse como perlita de grano muy fino.

Bainita

La Bainita es el constituyente que se obtiene en la transformación isotérmica de la austenita cuando la temperatura del baño de enfriamiento es de 250 a 500 °C. Se diferencian dos tipos de estructuras:

• Bainita superior: De aspecto arborescente, formada a 500-580 °C, compuesta por una matriz ferrítica conteniendo carburos.
• Bainita inferior: Formada a 250-400 °C, tiene un aspecto acicular similar a la martensita y está constituida por agujas alargadas de ferrita que contienen delgadas placas de carburos.

La bainita tiene una dureza variable de 40 a 60 Rc, comprendida entre las correspondientes a la perlita y a la martensita.