Propiedades y Formación de la Ferrita, Cementita y Otras Fases del Acero
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Constituyentes Fundamentales de las Aleaciones Hierro-Carbono
Fases Primarias y Propiedades Mecánicas
Ferrita
La Ferrita es el constituyente más blando y dúctil de los aceros. Cristaliza en la red cúbica centrada en el cuerpo (BCC). Sus propiedades clave son:
- Dureza: 90 Brinell.
- Resistencia a la rotura: 28 Kg/mm².
- Alargamiento: 35% al 40%.
- Propiedad magnética: Es magnética.
Cementita
La Cementita es carburo de hierro, de fórmula Fe3C. Contiene un 6,67% de carbono y un 93,33% de hierro. Es el constituyente más duro y frágil de los aceros, alcanzando una dureza Brinell de 700 (equivalente a 68 Rockwell C).
Perlita
La Perlita es un microconstituyente compuesto por:
- 86,5% de Ferrita.
- 13,5% de Cementita.
Esto equivale a una proporción de 6,4 partes de ferrita por 1 de cementita. La perlita tiene una dureza aproximada de 200 Brinell, con una resistencia a la rotura de 80 kg/mm² y un alargamiento del 15%.
Austenita
La Austenita es el constituyente más denso de los aceros. Está formada por la solución sólida, por inserción, de carbono en hierro gamma (γ). La proporción de carbono disuelto varía desde el 0% hasta el 1,76%, correspondiendo este último porcentaje a la máxima solubilidad a la temperatura de 1130 ºC.
Microconstituyentes de Transformación (Tratamientos Térmicos)
Martensita
Después de la cementita, la Martensita es el constituyente más duro de los aceros. Es una solución sólida sobresaturada de carbono en hierro alfa (α). Se obtiene mediante el enfriamiento muy rápido de los aceros, después de haber elevado su temperatura lo suficiente para conseguir su constitución austenítica.
Troostita
La Troostita se produce por transformación isotérmica de la austenita entre las temperaturas de 500 ºC a 600 ºC. Es decir, enfriando rápidamente la austenita hasta este rango de temperatura y manteniéndola constante hasta que la transformación sea completa.
También se produce cuando la austenita se enfría a una velocidad inferior a la velocidad crítica de temple. (La velocidad de enfriamiento crítica de temple es la mínima necesaria para que toda la austenita se transforme en martensita).
Sorbita
La Sorbita se produce por transformación isotérmica de la austenita a temperaturas comprendidas entre 600 ºC y 650 ºC.
También se produce la sorbita cuando se enfría la austenita a una velocidad bastante inferior a la crítica de temple.
Bainita
La Bainita se forma durante la transformación isotérmica de la austenita, entre temperaturas de 250 ºC y 550 ºC.
El proceso implica enfriar la austenita rápidamente hasta una temperatura constante (típicamente entre 300 ºC y 500 ºC) y mantenerla hasta la transformación total de la austenita en bainita.
Constituyentes de las Fundiciones y Otros Elementos
Ledeburita
La Ledeburita no es un constituyente de los aceros, sino de las fundiciones. Se encuentra en las aleaciones hierro-carbono cuando el porcentaje de carburo de hierro aleado es superior al 25%, es decir, con un contenido total de carbono superior al 1,76%.
La Ledeburita es una eutéctica, palabra que en griego significa"fluidez perfect" y se emplea para designar una mezcla de componentes que pasan sin descomposición ni segregación del estado sólido al líquido.
Steadita
La Steadita es muy dura y frágil, y funde a 960 ºC. Su composición varía según el tipo de fundición:
- En las fundiciones grises: Está compuesta por un eutéctico de ferrita y fosfuro de hierro.
- En las fundiciones blancas y atruchadas: Está compuesta por un eutéctico de ferrita, fosfuro de hierro y cementita.
Grafito
El Grafito es uno de los tres estados alotrópicos en que se encuentra el carbono en estado libre en la naturaleza, siendo los otros dos el diamante y el carbono amorfo.
Impurezas e Inclusiones
Finalmente, en la masa de los aceros pueden encontrarse inclusiones formadas por sulfuros de manganeso, óxido de aluminio, silicatos, etc. Estas impurezas proceden de los refractarios de los hornos, de las escorias, o de los procesos de oxidación o desoxidación durante la fabricación.