Tratamientos Térmicos del Acero: Estructura, Fases y Constituyentes

Tratamientos Térmicos del Acero: Fundamentos y Aplicaciones

Tratamiento térmico: Es el calentamiento controlado de los metales hasta alcanzar una temperatura determinada y el posterior enfriamiento del material en un tiempo adecuado. Al establecer distintas condiciones de calentamiento y enfriamiento se obtienen resultados distintos. Con estos tratamientos se logra modificar la estructura interna de los materiales, sus características y propiedades.

Estados Alotrópicos del Hierro

La fractura de una pieza de acero o fundición a simple vista está formada por minúsculos granos, pero con el microscopio vemos una ordenación geométrica de átomos dispuestos en una red. Esta estructura cristalina cambiará dependiendo del metal.

Hierro Alfa (α)

La estructura cristalina es cúbica centrada en el cuerpo. No es capaz de disolver carbono y deja de ser magnético a los 768 grados. El hierro en este estado se denomina ferrita y la temperatura de 768 grados es el punto de Curie. La temperatura donde se producen transformaciones se denomina punto crítico y se suele representar en los gráficos con la letra A, pero dependiendo de si la transformación es en un proceso de calentamiento será la letra Ac y en enfriamiento Ar.

Hierro Beta (β)

Sistema cúbico centrado en el cuerpo, no es magnético y sus propiedades se van a mantener entre los 768 y los 900 grados.

Hierro Gamma (γ) - Austenita

Se va a presentar entre los 900 y 1400 grados. Sistema cúbico centrado en caras, presenta espacios interatómicos grandes, podrá formar soluciones sólidas y disolver hasta un 2% de carbono.

Hierro Delta (δ)

Se formará a temperaturas comprendidas entre 1400 y 1539 grados. Cristaliza en red cúbica centrada en el cuerpo.

El cambio de estructura en el hierro se traduce en una variación de su volumen. El Fe (β), en lugar de seguir aumentando su volumen, sufre una contracción inesperada.

El hierro puro no tiene casi ninguna aplicación industrial porque sus características mecánicas no son buenas, pero al alearse con el carbono y otros elementos adquiere una gran relevancia en el medio industrial.

El Carbono en el Acero

El carbono se puede encontrar disuelto de 3 formas:

• Disuelto en Fe, solución sólida intersticial, recibe el nombre de austenita. En menor medida puede encontrarse disuelto en hierro α y se llamaría ferrita.
• Combinado con el hierro genera el compuesto intermetálico llamado cementita. Se encuentra, por ejemplo, en las fundiciones blancas.
• De forma libre produce nódulos o láminas de grafito.

Constituyentes Estructurales de los Aceros

Los principales constituyentes estructurales de los aceros son:

• Austenita: Solución sólida de carbono en Fe γ, pudiendo encontrarse de forma estable a temperaturas elevadas.
• Ferrita: Fe α casi puro, es el más blando y maleable de los aceros.
• Cementita: Carburo de hierro (Fe3C), es muy dura, lo que implica una gran fragilidad. Es el más duro y frágil de los aceros.
• Perlita: Está formado por ferrita (86,5%) y cementita (13,5%).
• Martensita: Se obtiene enfriando bruscamente la austenita.
• Bainita: Aparece al transformarse isotérmicamente la austenita entre los 215 y 540 grados.