Clasificacion De Los Aceros

4. Según la reacción química presente los aceros pueden ser

Aceros eutectoides

Son aquellos en los que la fase austenítica sólida tiene composición del eutectoide 0.77 % (figura 4.2). Inicialmente la microestructura de la fase γ es muy sencilla con granos orientados al azar (punto a de la línea xx’). Al enfriar se desarrollan las dos fases sólidas Fe-α y cementita. Esta transformación de fases necesita la discusión del carbono ya que las tres fases tienen composiciones diferentes. Para cada grano de austenita se forman dos fases con láminas de ferrita y otras de cementita y relación de fases de 9:1, respectivamente (punto b de la línea xx’). Las orientaciones entre grano son al azar. Esta microestructura de ferrita y cementita (figura 4.2) se conoce como perlita, y el nombre deriva de la apariencia de madreperla bajo el microscopio (figura 4.3). Mecánicamente, las perlitas tienen propiedades intermedias entre la blanda y dúctil ferrita y la dura y quebradiza cementita.

Aceros hipoeutectoides

Son aquellos en los que la fase austenítica sólida tiene un contenido en carbono inferior a la del eutectoide 0.77 %. Los cambios en la microestructura de un acero de esta composición se dan en la figura 4.4. Para T ≈ 875 °C, la microestructura de la fase γ es homogénea con granos orientados al azar (punto c de la línea yy’). Al enfriar se desarrolla la fase α y nos encontramos en una región bifásica α + γ (punto d de la línea yy’). En este punto se ha segregado un poco de fase α, al bajar en temperatura (punto e de la línea yy’) aumenta el contenido en fase α (aunque la proporción depende de la composición inicial del acero hipoeutectoide). La mayor cantidad de fase α se forma en los límites de grano de la fase inicial γ. Al enfriar pasamos a través de la temperatura del eutectoide al punto f de la línea yy’. En esta transformación de fases, la ferrita no cambia prácticamente y la austenita que queda se transforma en perlita dando la microestructura característica de los aceros hipoeutectoides (figura 4.5). La ferrita de la perlita se denomina ferrita eutectoide (formada a la temperatura del eutectoide, y proveniente de los granos que restaban de la austenita), la ferrita formada antes del eutectoide (en los límites de grano de la austenita) se denomina ferrita proeutectoide. En la perlita la relación de fases es ≈ 9:1, pero en los aceros hipoeutectoides la relación perlita y ferrita proeutectoide depende del porcentaje inicial de carbono. Esta microestructura siempre se observa en los aceros hipoeutectoides si han sido enfriados lentamente y son los más comunes.

Aceros hipereutectoides

Son aquellos en los que la fase austenítica sólida tiene un contenido en carbono entre 0.77 y 2.11 %. Los cambios en la microestructura de un acero de esta composición se dan en la figura 10.6. Para T ≈ 900 °C, la microestructura de la fase γ es homogénea con granos orientados al azar (punto g de la línea zz’). Al enfriar se desarrolla la cementita y nos encontramos en una región bifásica γ + cementita (punto h de la línea zz’). La cementita se comienza a formar en los límites de grano de la austenita. Esta cementita se denomina cementita proeutectoide ya que se ha formado antes de que se dé la reacción del eutectoide. Al descender por debajo de la temperatura eutéctica, toda la austenita remanente de composición eutectoide se transforma en perlita (punto i de la línea zz’). Por tanto la microestructura es perlita y cementita proeutectoide (figura 4.7).

5. Según el micro constituyente los aceros pueden ser:

Los constituyentes metálicos que pueden presentarse en los aceros al carbono son: ferrita, cementita, perlita, sorbita, troostita, martensita, bainita, y rara vez austenita, aunque nunca como único constituyente. También pueden estar presentes constituyentes no metálicos como óxidos, silicatos, sulfuros y aluminatos.

El análisis de las microestructuras de los aceros al carbono recocidos y fundiciones blancas deben realizarse en base al diagrama metaestable Hierro-carburo de hierro o Cementita.

Diagrama Fe-C

Las microestructuras que presenta el diagrama de equilibrio para los aceros al carbono son:

FERRITA (Hierro a)

Es una solución sólida de carbono en hierro alfa, su solubilidad a la temperatura ambiente es del orden de 0.008% de carbono, por esto se considera como hierro puro, la máxima solubilidad de carbono en el hierro alfa es de 0,02% a 723 °C.

Microestructura del acero al carbono, cristales blancos de ferrita

La ferrita es la fase más blanda y dúctil de los aceros, cristaliza en la red cúbica centrada en el cuerpo, tiene una dureza de 90 Brinell y una resistencia a la tracción de 28 kg/mm2, llegando hasta un alargamiento del 40%. La ferrita se observa al microscopio como granos poligonales claros.

En los aceos, la ferrita puede aparecer como cristales mezclados con los de perlita, en los aceros de menos de 0.6%C, figura 6; formando una red o malla que limita los granos de perlita, en los aceros de 0.6 a 0.85%C en forma de agujas o bandas circulares orientados en la dirección de los planos cristalográficos de la austenita como en los aceros en bruto de colada o en aceros que han sido sobrecalentados. Este tipo de estructura se denomina Widmanstatten.

La ferrita también aparece como elemento eutectoide de la perlita formando láminas paralelas separadas por otras láminas de cementita, en la estructura globular de los aceros de herramientas aparece formando la matriz que rodea los glóbulos de cementita, figura 9, en los aceros hipoeutectoides templados, puede aparecer mezclada con la martensita cuando el temple no ha sido bien efectuado.

PERLITA

Es el micro constituyente eutectoide formado por capas alternadas de ferrita y cementita, compuesta por el 88 % de ferrita y 12 % de cementita, contiene el 0.8 %C. Tiene una dureza de 250 Brinell, resistencia a la tracción de 80 kg/mm2 y un alargamiento del 15%; el nombre de perlita se debe a las irisaciones que adquiere al iluminarla, parecidas a las perlas. La perlita aparece en general en el enfriamiento lento de la austenita y por la transformación isotérmica de la austenita en el rango de 650 a 723°C.

Microestructura del acero al carbono, cristales oscuros de perlita

Si el enfriamiento es rápido (100-200°C/segundo.), la estructura es poco definida y se denomina Sorbita, si la perlita laminar se somete a un recocido a temperatura próxima a 723°C, la cementita adopta la forma de glóbulos incrustados en la masa de ferrita, denominándose perlita globular.

AUSTENITA

Es el constituyente más denso de los aceros y está formado por una solución sólida por inserción de carbono en hierro gamma. La cantidad de carbono disuelto, varía de 0.8 al 2 % C que es la máxima solubilidad a la temperatura de 1130 °C. La austenita no es estable a la temperatura ambiente pero existen algunos aceros al cromo-níquel denominados austeníticos cuya estructura es austenita a temperatura ambiente.

La austenita está formada por cristales cúbicos centrados en las caras, con una dureza de 300 Brinell, una resistencia a la tracción de 100 kg/mm2 y un alargamiento del 30 %, no es magnética.

Microestructura de la austenita

La austenita no puede atarcarse con nital, se disuelve con agua regia en glicerina apareciendo como granos poligonales frecuentemente maclados, puede aparecer junto con la martensita en los aceros templados.

MARTENSITA

Es el constituyente de los aceros templados, está conformado 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 suele variar desde muy poco carbono hasta el 1% de carbono, sus propiedades físicas varían con su contenido en carbono hasta un máximo de 0.7 %C.

Microestructura de la martensita

La martensita tiene una dureza de 50 a 68 Rc, resistencia a la tracción de 170 a 250 kg/mm2 y un alargamiento del 0.5 al 2.5 %, muy frágil y presenta un aspecto acicular formando grupos en zigzag con ángulos de 60 grados.

Los aceros templados suelen quedar demasiado duros y frágiles, inconveniente que se corrige por medio del revenido que consiste en calentar el acero a una temperatura inferior a la crítica inferior (727°C), dependiendo de la dureza que se desee obtener, enfriándolo luego al aire o en cualquier medio.

6. AISI/SAE

CLASIFICACION DE LOS ACEROS

(según normas SAE)

SAE clasifica los aceros en: al carbono, de media aleación, aleados, inoxidables, de alta resistencia, de herramientas, etc.

Aceros al carbono

10XX donde XX es el contenido de C

Ej.: SAE 1010 (0,08—0,13 %C)

SAE 1040 (O,3~—0,43 %C)

Los demás elementos presentes no están en porcentajes de aleación:

P máx = 0,04%

S máx = 0,05%

Mn = 0,30—0,60% para aceros de bajo carbono (<0.30%C)

0,60—0,90% para aceros de alto carbono (>0,60%C) y aceros al C para cementación.

1- Aceros de muy bajo % de carbono (desde SAE 1005 a 1015)

Se seleccionan en piezas cuyo requisito primario es el conformado en frío.

Los aceros no calmados se utilizan para embutidos profundos por sus buenas cualidades de deformación y terminación superficial. Los calmados son más utilizados cuando se necesita forjarlos o llevan tratamientos térmicos.

Son adecuados para soldadura y para brazing.

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