Propiedades y Tratamientos Térmicos del Acero: Ferrita, Austenita, Cementita y Más

Propiedades y Tratamientos Térmicos del Acero

Tipos de Microconstituyentes del Acero

• Ferrita: Es la más blanda y dúctil. Su estructura es cúbica centrada en el cuerpo (BCC), estable hasta los 721ºC.
• Austenita: Blanda y dúctil, pero en menor grado que la ferrita. No es estable a temperatura ambiente. Permite obtener aceros de alta calidad modificando su velocidad de enfriamiento.
• Cementita: Compuesto intermetálico, el más duro y frágil. Poca resistencia a la tracción. Contenido de carbono de hasta 6,7%.
• Perlita: Microconstituyente eutectoide que se forma a 727ºC a partir de austenita con 0,89% de carbono. Tiende a agruparse en los bordes de grano. Mezcla bifásica de ferrita y cementita laminar. Propiedades mecánicas intermedias entre la ferrita y la cementita.

Mediante la variación de la velocidad en los calentamientos y enfriamientos del acero, se pueden obtener determinadas estructuras y, con ello, variar considerablemente las propiedades de los aceros y las piezas fabricadas con este material.

Líneas de Temperaturas Críticas

• Temperatura crítica superior: Zona hipoeutéctica representada por A3 a 907ºC (transformación de CCC a CC).
• Temperatura crítica inferior: Zona hipoeutectoide llamada A1. Es la mínima temperatura en la que la austenita puede aparecer en equilibrio.

Influencia de la Composición Química, Trabajo en Frío y Tamaño de Grano

• Composición química: En los aceros, al margen del tratamiento dado, si se quiere aumentar la resistencia, se reduce la ductilidad, haciéndolo menos tenaz.
• Trabajo en frío: La deformación plástica en frío causa:
  • Orientación de granos (creando deformación preferente).
  • Acritud (aumento de resistencia a costa de crear tensiones internas que se bloquean entre sí), consiguiendo también más elasticidad, pero menos alargamiento y estricción.
• Tamaño del grano: Cuanto más fino es el grano, mayor es el límite elástico y el alargamiento. Mejora la tenacidad.

Componentes del Acero y sus Efectos

• Azufre: Se agrupa en los bordes de grano, determinando el agrietamiento en trabajos de conformación. Aumenta la fragilidad y dureza.
• Manganeso: Contrarresta el efecto del azufre. Tiene efecto desoxidante.
• Fósforo: Aumenta la resistencia a la rotura, pero reduce la ductilidad y resiliencia, creando grietas si se deforma en frío.
• Silicio: Efecto desoxidante al afinar el grano. Aumenta la fluidez y facilita el colado.

Ensayo de Jominy

Este ensayo permite conocer de forma rápida algunas propiedades de los aceros, como las durezas máximas y mínimas que se pueden obtener. La probeta utilizada es cilíndrica, de 25 mm de diámetro y 100 mm de longitud. Para templarla, se calienta a la temperatura de austenización durante 30 minutos. Luego, se coloca en un dispositivo donde un chorro de agua incide sobre su parte inferior.

Estados Alotrópicos del Hierro

• Hierro alfa (ferrita): Presente a temperaturas inferiores a 768ºC. Cristalización CC. Débil capacidad para formar soluciones sólidas. Máxima cantidad de carbono que puede disolver: 0,025%. Magnético.
• Hierro gamma (austenita): Se forma entre 900 y 1400ºC. Cristaliza en CCC. Puede disolver un 2% de carbono. No magnético.
• Hierro delta: Se forma entre 1400 y 1539ºC. Cristaliza en CC. Poca importancia en el estudio de los tratamientos térmicos debido a su aparición a elevadas temperaturas. No magnético.

Todas las transformaciones alotrópicas van acompañadas de un cambio de volumen.

Tratamientos Térmicos

Normalizado

Para aceros que han sufrido una deformación en frío, con microestructura perlítica y tamaños de grano grandes e irregulares. El normalizado disminuye el tamaño medio del grano y consigue mayor uniformidad, logrando más tenacidad y dureza. Se calienta entre 20 y 40ºC por encima de la temperatura crítica superior, se mantiene hasta transformar la ferrita en austenita y se enfría al aire.

Recocido

Objetivos del recocido:

• Eliminar tensiones generadas en el temple.
• Ablandar el material.
• Aumentar la plasticidad, ductilidad y tenacidad.
• Regenerar la microestructura.

Etapas del recocido:

• Calentamiento a la temperatura predeterminada.
• Mantenimiento a esa temperatura.
• Enfriamiento lento hasta temperatura ambiente a una velocidad determinada.

El recocido también se utiliza para eliminar defectos generados por deformación en frío. Los tiempos de calentamiento y enfriamiento dependen de la forma y el tamaño de las piezas. Las velocidades de variación de temperatura altas provocan tensiones internas altas, causando deformaciones y grietas en el material.