Hierro Y Sus Aleaciones

TRATAMIENTO CALÓRICO DE ACEROS AL CARBONO SIMPLES

Al modificar la forma en que los aceros al carbono simples son calentados y enfriados se pueden obtener distintas combinaciones en las propiedades mecánicas de los aceros resultantes. En esta sección se examinan algunos de los cambios estructurales y de propiedades que ocurren durante algunos tratamientos calóricos importantes a los que se someten los aceros al carbono simples.

Martensita

Formación de martensita Fe-C mediante el temple instantáneo

Si una muestra de un acero al carbono simple en estado austenítico se enfría rápidamente hasta la temperatura ambiente mediante la inmersión en agua, su estructura se modificará de austenita a martensita. En los aceros al carbono simples, la martensita es una fase metaestable constituida por una solución sólida intersticial de carbono sobresaturada en hierro cúbico centrado o hierro tetragonal centrado (el carácter tetragonal lo causa una ligera distorsión en la celda de la unidad de hierro cúbico BCC). La temperatura en la cual se inicia la transformación de austenita a martensita, bajo enfriamiento, se conoce como temperatura de inicio martensítico, Ms, y la temperatura a la cual finaliza dicha transformación se llama temperatura de acabado martensítico, Mf. La temperatura Ms para aleaciones Fe-C disminuye a medida que el porcentaje en peso de carbono aumenta en esas aleaciones.

Microestructura de las martensitas Fe-C.

La microestructura de las martensitas en aceros al carbono simples depende del contenido de carbono presente en el acero. Si el acero contiene menos de 0.6% C, aproximadamente, la martensita consiste en dominios de listones con orientaciones diferentes, pero limitadas a través de un dominio entero. La estructura interna de los listones está sumamente distorsionada porque consiste en regiones con altas densidades en las marañas de dislocación.

A medida que el contenido de carbono de las martensitas Fe-C se incrementa a más de 0.6% C, empieza a formarse un tipo diferente de martensita llamado martensita de placa. Por arriba de 1% C aproximadamente, las aleaciones Fe-C están formadas casi totalmente por martensita de placa.

Estructura de martensitas Fe-C en una escala atómica

La transformación de la austenita en martensita en aleaciones Fe-C (aceros al carbono simples) se considera como un proceso sin difusión porque la transformación se produce tan rápidamente que los átomos no tienen tiempo para mezclarse entre sí. Según parece no existe una barrera energética de activación térmica que impida la formación de martensita. Se cree también que después de la reacción no se produce cambio alguno en la composición de la fase generatriz y que cada átomo tiende a retener a sus vecinos originales.

En las martensitas Fe-C cuyo contenido de carbono es menor de 0.2% C aproximadamente, la austenita se transforma en una estructura de cristales de ferrita α cúbica centrada en el cuerpo (BCC). A medida que el contenido de carbono de las aleaciones Fe-C se incrementa, la estructura cc BCC se distorsiona en una estructura cristalina BCT (tetragonal centrada en el cuerpo). El hueco intersticial más grande en la estructura cristalina ccc de hierro γ tiene un diámetro de 0.104 nm , mientras que el hueco intersticial más grande en la estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC) de hierro α tiene un diámetro de 0.072 nm. Puesto que el átomo de carbono tiene un diámetro de 0.154 nm, se puede acomodar en la solución sólida intersticial en mayor medida en la red de hierro γ cúbica centrada en las caras (FCC). Cuando las martensitas Fe-C con más de 0.2% C aproximadamente se producen por enfriamiento rápido de la austenita, el espaciamiento intersticial reducido de la red BCC hace que los átomos de carbono distorsionen la celda unidad BCC a lo largo de su eje c para acomodar los átomos de carbono.

Dureza y solidez de martensitas Fe-C

La dureza y solidez de las martensitas Fe-C están directamente relacionadas con el contenido de carbono y aumentan a medida que dicho contenido se incrementa. Sin embargo, la ductilidad y la tenacidad disminuyen también cuando aumenta el contenido de carbono, por lo que la mayoría de los aceros al carbono simples martensíticos son revenidos por recalentamiento a una temperatura inferior a la temperatura de transformación de 723°C.

Descomposición isotérmica de la austenita

Diagrama de transformación isotérmica para un acero al carbono simple eutetoide

Se pueden realizar experimentos de transformación isotérmica para investigar los cambios microestructurales que corresponden a la descomposición de austenita eutetoide, utilizando diversas muestras pequeñas, cada una del tamaño aproximado de una moneda de diez centavos. Las muestras se austenitizan primero en un horno a una temperatura superior a la temperatura eutectoide; A continuación, las muestras se enfrían con rapidez (temple instantáneo) en un baño de sal líquida a la temperatura deseada, por abajo de la temperatura

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