Definiciones de temperaturas de transformación en hierro y acero

TAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS

Introducción

Usualmente se define al acero como una aleación de hierro y carbono con contenido de carbono entre unas pocas centésimas y 2 % (en peso). En los aceros de baja aleación pueden encontrarse otros elementos hasta una cantidad total acumulada de 5%; cuando se encuentran en cantidades superiores se los denomina aceros fuertemente aleados, tal como los de herramientas y los inoxidables.

Los aceros pueden presentar una gran variedad de propiedades según su composición química y las fases y constituyentes presentes, lo que eventualmente, depende del tratamiento térmico. En la Tabla 1 se las describe brevemente, y en fascículos siguientes se desarrollan con más amplitud.

Tabla 1: Fases y microconstituyentes de importancia metalúrgica

Fase (o microconstituyente)

Estructura cristalina de las fases

Características

Ferrita (Fe )

bcc

Fase de equilibrio de baja temperatura, relativamente blanda

ferrita- (Fe )

bcc

Fase de equilibrio estable a alta temperatura, isomorfa con hierro 

Austenita (Fe )

fcc

Fase de equilibrio estable a temperatura media, relativamente blanda

Cementita (Fe3C)

ortorrómbica compleja

Fase metaestable, de alta dureza

Grafito

Hexagonal

Fase de equilibrio, estable

Perlita

Microconstituyente metaestable; mezcla laminar de ferrita y cementita

Martensita

bct (solución sobresaturada de carbono en ferrita)

Fase metaestable de alta dureza, morfología de placas o agujas, según el % de carbono

Bainita

Microconstituyente metaestable duro; mezcla no laminar de ferrita y cementita en escala extremadamente fina; la bainita superior se forma a temperaturas más altas y tiene aspecto plumáseo; la inferior se forma a temperaturas más bajas y su apariencia es acicular. La dureza aumenta cuando desciende la temperatura de formación.

IV.1. El diagrama Fe-C

La base para entender los tratamientos térmicos de los aceros es el diagrama de fases Fe-C, que repasaremos brevemente. En la Fig. IV.1 se muestran dos diagramas: el estable hierro-grafito (líneas de rayas) y el metaestable Fe-Fe3C. En ellos se muestran las fases de equilibrio (o equilibrio metaestable) para diferentes combinaciones de concentración de carbono y temperatura.

La condición estable usualmente tiene lugar con enfriamientos extremadamente lentos, especialmente en rangos de baja temperatura y bajo carbono, por lo tanto el de mayor interés es el diagrama metaestable. En la Tabla 1 se resumen las fases y microconstituyentes de importancia metalúrgica.

Metalografía y Tratamientos Térmicos IV - 2 -

Fig. IV.1 Diagrama de equilibrio Fe-C hasta 6.67 % C:

en líneas llenas, diagrama metaestable Fe-Fe3C; en líneas de rayas, diagrama estable hierro-grafito.

Para bajos porcentajes de carbono, se encuentra la ferrita (Fe), que puede disolver hasta 0,025 % C a 723º C, y austenita (Fe), con solubilidad máxima de 2 % C a 1130º C. En el otro extremo se encuentra la cementita (Fe3C). La ferrita-, es de menor interés excepto para aceros fuertemente aleados, y se encuentra a temperaturas más altas.

Entre los campos monofásicos se encuentran regiones con mezclas de dos fases, tal como ferrita + cementita, austenita + cementita, y ferrita + austenita. A temperaturas más elevadas se halla el líquido, y por debajo de él, hay regiones de dos fases: líquido + austenita, líquido + cementita, y líquido + ferrita-. En los tratamientos térmicos, la fase líquida siempre se evita. Algunos límites entre fases tienen denominaciones especiales que facilitan la comunicación. Se trata de:

A1, temperatura eutectoide, la mínima a la que se puede encontrar austenita

A3, límite de la región austenítica para aceros de bajo contenido de carbono, es decir, el límite / + .

Acm, límite equivalente para aceros de alto contenido de carbono, es decir, el límite /+ Fe3C.

Algunas veces se incluyen las letras c, e, o r. En la Tabla 2 se encuentran definiciones relevantes de los términos asociados con las transformaciones de fases en los aceros.

Metalografía y Tratamientos Térmicos IV - 3 -

El contenido de carbono correspondiente a la temperatura mínima de la austenita (0.8 %) se denomina eutectoide. La mezcla de ferrita-cementita formada durante el enfriamiento para esta composición, denominada perlita, tiene una apariencia característica; se trata de un microconstituyente de láminas alternadas de ambas fases, que degenera (“esferoidiza” o “embastece”) en partículas de cementita dispersas en una matriz de ferrita, cuando se mantiene por tiempo prolongado cerca de A1.

Tabla 2: Definiciones de temperaturas de transformación en hierro y aceros

Temperatura de transformación: aquella a la que ocurren cambios de fase; algunas veces define los límites de un rango de transformación.

Acm. En aceros hipereutectoides, límite de solubilidad de carbono en la austenita.

Ac1. Temperatura a la cual comienza a formarse austenita durante el calentamiento (la c deriva del francés chauffant)

Ac3. Temperatura a la cual se completa la transformación de ferrita en austenita durante el calentamiento.

Aecm, Ae1, Ae3. Temperaturas de cambios de fase en equilibrio.

Arcm. En aceros hipereutectoides, temperatura a la que comienza la precipitación de cementita durante el enfriamiento (la r deriva del francés refroidissant)

Ar1.

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