Estado alotrópico del hierro

El término alotrópico significa que un mismo elemento se puede presentar con estructuras cristalinas distintas.

• Hierro alfa (α): Presenta a temperatura ambiente una estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC). El hierro en este estado se denomina ferrita. La temperatura de 768 grados (referenciada a veces como 789 grados en textos antiguos) se denomina punto de Curie, ya que a partir de ella el hierro pierde sus propiedades ferromagnéticas.
• Hierro beta (β): Históricamente considerado entre el punto de Curie y la transformación a gamma.
• Hierro gamma (γ): Se va a presentar entre temperaturas de 900 a 1400 grados. Su cristalización emplea el sistema cúbico centrado en las caras (FCC). En este estado, podrá disolverse hasta un 2% de carbono. Esta solución sólida recibe el nombre de austenita, la cual solo es estable a elevadas temperaturas.

Constituyentes estructurales de los aceros

El carbono va a poder encontrarse en el hierro de tres formas principales:

• Disuelto en el hierro gamma (Fe-γ), forma la solución sólida intersticial que recibe el nombre de austenita.
• Combinado con el hierro, genera el compuesto intermetálico llamado cementita (Fe₃C).
• De forma libre, produce nódulos o láminas de grafito.

Principales constituyentes de los aceros

Los principales constituyentes estructurales de los aceros son:

• Austenita: Al adicionarle ciertas cantidades de cromo (Cr) y níquel (Ni), la austenita logra estabilizarse a temperatura ambiente. Ciertos aceros inoxidables están formados por austenita.
• Ferrita: Se trata de un constituyente de hierro alfa (Fe-α) casi puro. Es el constituyente más blando y maleable de los aceros.
• Cementita: Carburo de hierro (Fe₃C). Es muy dura, lo que implica una gran fragilidad.
• Perlita: Mezcla eutectoide de ferrita (86,5%) y cementita (13,5%), dispuestas en láminas alternas.
• Martensita: Se obtiene enfriando bruscamente la austenita; se genera una solución sólida sobresaturada de carbono en hierro alfa.
• Bainita: Aparece al transformarse isotérmicamente la austenita entre los 215 y 540 grados.

Las fundiciones

El grafito se materializa al descomponerse la cementita mediante un enfriamiento lento y en presencia de silicio.

La ledeburita es una aleación de cementita y austenita; al ir enfriándose, se descompone en perlita y cementita.

Diagrama Hierro-Carbono

1. Eje horizontal: Representa el porcentaje (%) de carbono. Eje vertical: Representa las temperaturas.
2. Líneas de Solidus y Liquidus.
3. En el punto C, con un 4,3% de carbono, se le llama eutéctica. Si el contenido es mayor del 4,3%, se denomina hipereutéctica y, si es menor de 4,3%, hipoeutéctica.
4. En el punto P (0,8%), la transformación de la austenita tiene lugar a una única temperatura (723 grados). Si los contenidos en carbono son superiores o inferiores a este porcentaje, la austenita comienza a precipitar otro constituyente (ferrita o cementita) hasta alcanzar los 723 grados.
5. El punto E representa la máxima solubilidad del carbono en hierro gamma (Fe-γ). Se obtendrá austenita con el mayor porcentaje posible de carbono.
6. En el punto D se encuentra la cementita pura.
7. En el punto J, la austenita es estable a la mayor temperatura posible, con un porcentaje de carbono del 0,18%.
8. En el punto P se sitúa la aleación capaz de disolver el mayor porcentaje de carbono en la ferrita.

Clasificación de las aleaciones Fe-C

1. Aceros

Se consideran aceros siempre que el porcentaje de carbono sea inferior al 2%.

• Aceros hipoeutectoides: Porcentaje en carbono inferior al 0,8%.
• Aceros eutectoides: Porcentaje en carbono igual al 0,8%.
• Aceros hipereutectoides: Porcentaje en carbono superior al 0,8%.

2. Fundiciones

Se consideran fundiciones cuando la aleación contiene más del 2% de carbono.

• Fundiciones hipoeutécticas: Porcentaje en carbono superior al 2% e inferior al 4,3%.
• Fundiciones eutécticas: Porcentaje en carbono igual al 4,3%.
• Fundiciones hipereutécticas: Porcentaje en carbono superior al 4,3%.

Transformaciones de la austenita

El resultado final dependerá directamente de la velocidad de enfriamiento:

• Enfriamientos lentos: 50 grados/segundo.
• Enfriamientos medios: 200 grados/segundo.
• Enfriamientos rápidos: Entre 250 y 500 grados/segundo.
• Enfriamientos muy rápidos: Superiores a 500 grados/segundo.

Relación entre el diagrama TTT y las curvas de velocidad de enfriamiento

1. La curva 1 genera perlita gruesa.
2. La curva 2 genera perlita fina.
3. La curva 3 genera perlita fina y bainita superior.
4. La curva 4 representa la velocidad crítica de temple.
5. La curva 5 representa la formación de martensita.

Tratamientos Térmicos

Recocido

Persigue ablandar el material, homogeneizar la estructura, afinar el grano, eliminar la acritud, facilitar el mecanizado y eliminar las tensiones internas.

Tipos de recocido:

• Recocido de Homogeneización
• Recocido de Regeneración
• Recocido de Ablandamiento
• Recocido contra acritud
• Recocido globular
• Recocido de estabilización
• Doble recocido

Temple

Aumenta la resistencia y la dureza del material. El temple consiste en calentar el material a una temperatura suficientemente alta para que se transforme en austenita, y enfriarlo lo suficientemente rápido para transformar dicha austenita en martensita.

Los medios más empleados para el enfriamiento son:

1. Agua
2. Aceite
3. Metales y sales fundidas
4. Aire

Revenido

Es un tratamiento complementario del temple que busca mitigar las tensiones residuales y disminuir la fragilidad de los aceros templados.

Tratamientos Termoquímicos

Mediante estos procesos modificamos la composición química de la superficie de la pieza. Los principales son:

• Cementación: En este proceso lograremos aumentar la concentración de carbono en la superficie de la pieza.
• Nitruración: Se trata de aportar nitrógeno a la superficie de un acero.
• Cianuración: El proceso se realiza introduciendo las piezas en un baño de cloruro, cianuro y carbonato sódico.

Documento revisado por: JOSE IGNACIO LANDA

Etiquetas: Acero, hierro, metalurgia, tratamientos térmicos