Hola soy Jorge - aceros del perú

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Asesor de:
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Boletín Nº 4
¿QUÉ SUCEDE CON LOS ACEROS DURANTE
EL TRATAMIENTO TÉRMICO? 1ERA PARTE
Si tuviéramos que viajar de una ciudad a otra, en la actualidad contamos con dispositivos de localización
GPS en el cual ingresaríamos la ruta, o simplemente empleamos un mapa que nos ayude a encontrar
nuestro camino. De igual manera sucede, con el diagrama de fases hierro-Carbono (Figura Nº 1), no es más
que una hoja de ruta para el tratamiento térmico. Un diagrama de fase, simplemente nos ayuda a predecir lo
que sucederá con la estructura interna de acero. En el presente boletín aprenderemos un poco más.
Para empezar realizaremos una identificación de las fases de la figura Nº 1 tales como: ferrita, austenita,
cementita y perlita.
Figura Nº 1. Diagrama de Fases Hierro - Carbono
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ACEROS DEL PERU
A temperatura ambiente, la forma más estable del
hierro es ferrita, también conocida como hierro
("alpha" de hierro), que tiene una estructura cubica
de cuerpo centrado (BCC). La Ferrita es un
material muy suave y en los intersticios se puede
situar muy poco carbono - no más de 0,021% a
1,670 °F (910 °C) y sólo el 0,008% a temperatura
ambiente. Siendo la Ferrita, la fase que existe
debajo de la temperatura crítica superior de un
acero de carbono inferior a 0,80%.
La formación de austenita o γ hierro ("gamma" de
hierro) se inicia cuando el acero se calienta por
encima de su temperatura crítica inferior, el AC1 (A1)
de la línea que se muestra en el diagrama. La
estructura es completamente austenítica encima de la
línea Ac3 (A3) o ACCM. La Austenita tiene una
estructura cúbica de cara centrada (FCC) de la
estructura cristalina y puede contener hasta un 2,03%
de carbono en 2110 ° F (1154 ° C) o
aproximadamente 100 veces mayor que el límite
máximo de ferrita. Esta estructura proporciona la
capacidad de ser endurecido por tratamiento
térmico.
Figura Nº 2. Sección Diagrama Hierro - Carbono
En la figura Nº 2. La sección del diagrama HierroCarbono
que muestra la transformación
(enfriamiento) de dos aceros al carbono diferente de
austenita a estructura de ferrita y cementita.
Las transformaciones de fase son de vital importancia
en los tratamientos térmicos de los aceros. Los aceros
contienen Carbono entre el 0.008 y el 2.11% y al ser
enfriados desde el campo de austenita se obtiene una
microestructura que esta intrínsecamente
relacionada con las propiedades mecánicas de los
aceros.
En este sentido, al producirse el enfriamiento de una
estructura Austenítica se forma una fase ferrita
resultando en algunas áreas que tienen un exceso de
carbono. Una forma del carbono para dejar la
austenita es la fase denominada cementita o carburo
de hierro, que desde el punto de vista mecánico es
dura y frágil, y su presencia aumenta la resistencia de
muchos aceros. La cementinta es meta estable y se
calienta entre 650 a 700 ºC para dar Fe- y grafitio
en condiciones adecuadas.
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ACEROS DEL PERU
La formación de perlita consiste en la mezcla de
dos fases, de hierro y carburo de hierro, siendo
un proceso de crecimiento que requiere una
combinación de altas temperaturas y largos
tiempos. El hierro tiene la forma cristalina de la
ferrita, mientras que el carburo de hierro tiene la
forma cristalina de cementita, y la estructura
resultante consiste en alternar las bandas
laminares o placas. La distancia entre estas
placas, así como su grosor depende de la
velocidad de enfriamiento del material. Un
enfriamiento rápido crea placas delgadas que
están muy juntas, por el contrario un
enfriamiento lento crea una estructura mucho
más gruesa que poseen menos de resistencia.
Una estructura totalmente perlítica se produce
en aproximadamente el 0,8% de carbono, o
también conocido como el punto eutectoide en
el diagrama de fase.
En ciertas condiciones de enfriamiento, otra
fase conocida es la posible formación de
La martensita es generalmente considerada como
una estructura de grano, y no una fase. Por esta
razón, la martensita no se muestra en el diagrama
de fase del sistema hierro-carbono. La Martensita
se caracteriza por ser una estructura angular en
forma de aguja o placa. La dureza de la martensita
depende del contenido de carbono. Tal vez te
sorprenda saber que la martensita pura es blanda
y dúctil, pero como resultado del calentamiento y
enfriamiento rápido, se obtiene una forma
Las propiedades mecánicas se ven
afectadas por las fases presentes en
la microestructura.
bainita. La transformación bainítica de igual manera
depende del tiempo y de la temperatura y se puede
representar en un diagrama de transformación
isotérmica, a temperaturas inferiores a las de
formación de la perlita. En los tratamientos
isotérmicos realizados entre 540º-727 °C, se forma
perlita y entre 215-540 °C, el producto de transición
es la bainita. Las transformaciones perlítica y bainítica
compiten entre sí y sólo una parte de una aleación se
puede transformar en perlita o en bainitia. La
transformación en otro microconstituyente sólo es
posible volviendo a calentar hasta formar austenita.
martensita con carbono intersticial disuelto en un
estado sobresaturado, lo que resulta en la dureza muy
alta - cerca de cuatro a cinco veces mayor que de
ferrita. Es necesario un mínimo de 0,4% de carbono
para formar martensita.
El enfriamiento rápido (temple) hasta una temperatura
próxima a la ambiente del acero austenizado origina
una microestructura martensítica siendo una fase meta
estable de estructura tetragonal que se forma mediante
un movimiento de cizalladura en la red. La
trasformación tiene lugar por nucleación y crecimiento
es por ello que va acompañada de un aumento de
volumen. Esta microestructura presenta agujas o fibras
rectilíneas aún más finas orientadas en direcciones
paralelas y separadas o no por una matriz de
apariencia granular o vermicular. Se puede considerar
como una transformación competitiva a la perlita y
bainita.
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ACEROS DEL PERU
Figura Nº 3. Variación de Dureza según la fase de transformación
En la figura Nº 3, La propiedad de dureza, conocida como la
resistencia que ofrece un material a la penetración, se cita el
ejemplo, una creciente concentración de cementita dará
lugar a un aumento en la dureza, pero con la consecuente
pérdida de ductilidad.
Es imp
ortante
que lo
sepas.
Figura Nº4. Variación de la propiedad de Impacto por cambio de fase
La elongación es una medida de la ductilidad. Vemos en la
figura Nº 4, que el comportamiento dúctil disminuye de una
forma bastante lineal con el contenido de carbono en
aumento. Una vez que la matriz contiene sólo un pequeño
porcentaje de ferrita, la ductilidad se aproxima a cero. La
energía de impacto es una medida bastante directa de la
fragilidad. Es por ello, que bajo consumo de energía
significa que el material es frágil y se fracturan con facilidad.
Para los aceros hipereutectoide (los que tienen más de
0,80% de carbono), la energía de fractura es relativamente
constante y bastante bajo. En esencia, la resistencia a la
fractura de estos aceros está determinada por las
propiedades de fractura de una microestructura de
cementita.
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