UNIVERSIDAD VERACRUZANA

UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA
“METALURGIA Y TRATAMIENTOS
TÉRMICOS INDUSTRIALES”
MONOGRAFÍA
Que para obtener el título de:
INGENIERO MECÁNICO ELÉCTRICISTA
PRESENTA:
AARÓN CÓRDOBA SOLANO
XALAPA, VER.
ENERO 2011
INDICE
PÁG.
INTRODUCCIÓN.
1
CAPÍTULO 1
METALURGIA SISTEMA HIERRO – CARBONO.
1.1. Metalurgia básica
4
1.1.1 Antecedentes históricos del hierro.
4
1.2 Sistema Fe-C
13
1.2.1 Estructura cristalina de los metales.
14
1.2.2. Microconstituyentes de los aceros no aleados
17
1.3. Teoría de las aleaciones.
21
1.3.1 Diagrama de fases Hierro- Carbono.
22
CAPÍTULO 2
INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACION EN LOS ACEROS
2.1. Clasificación de los elementos de aleación en los aceros.
27
2.1.1. Influencia de los elementos de aleación en los aceros.
27
2.1.2 El Carbono.
29
2.1.3 Manganeso.
29
2.14. Níquel
33
2.1.5 Cromo.
35
2.1.6. Molibdeno.
36
2.1.7. Wolframio (tungsteno).
37
2.1.8. Vanadio.
38
2.1.9. Silicio.
38
2.1.10. Cobalto.
39
2.1.11. Aluminio.
39
2.1.12. Titanio.
39
2.1.13. Cobre.
40
2.1.14. Boro.
40
2.1.15. Azufre y Fósforo
40
2.1.16. Carbón equivalente.
41
PÁG.
.2.1.17.
Influencia de los elementos de aleación en la ferrita.
2.1.18. La fase carburo en los aceros aleados.
41
43
2.1.19. Influencia de los elementos de aleación en la cinética
de la descomposición de la austenita
44
2.1.20. Influencia de los elementos de aleación en la transformación
martensítica.
2.1.21. Influencia de los elementos de aleación en el crecimiento del grano.
46
47
2.1.22. Influencia de los elementos de aleación en las transformaciones
del revenido.
47
CAPÍTULO 3
TRATAMIENTOS TÉRMICOS INDUSTRIALES
3.1 Transformaciones durante el tratamiento térmico de los aceros.
49
3.2. Transformaciones durante el calentamiento del acero.
49
3.2. Transformaciones durante el calentamiento del acero.
51
3.4. Diagrama T:T:T ó Curva “S”.
54
3.5. Transformación martensítica.
59
3.6. Transformaciones estructurales de la austenita.
60
3.7. Efecto de la composición.
61
3.8. Ensayo de Jominy:
65
3.9. Clasificación de los Tratamientos térmicos industriales.
66
3.10. Tratamientos térmicos con enfriamiento lento.
68
3.10.1. Recocido común.
69
3.10.2. Normalizado
70
3.10.3. Recocido isotérmico o de perlitización.
73
3.10.4. Recocido de globulización o ablandamiento.
73
3.10.5. Recocido de eliminación de tensiones.
74
3.10.6. Recocido de recristalización.
74
3.10.7. Tratamiento con enfriamiento rápido: temple.
75
3.10.8. Transformación de la austenita en martensita
75
3.10.9. Tensiones internas en los aceros templados.
78
3.10.10. Revenido de la martensita.
80
3.10.11. Tratamiento térmico de temple.
81
PÁG.
3.10.12. Variantes del proceso de temple.
82
3.11. Tratamientos de endurecimiento superficial.
83
3.11.1. Temples superficiales.
83
3.11.2. Temple a la llama.
84
3.11.3. Temple por inducción.
84
CONCLUSIONES.
86
BIBLIOGRAFÍA.
87
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INTRODUCCIÓN.
El Tratamiento Térmico se basa en una técnica de control del
calentamiento
y
del
enfriamiento
tecnológicamente a este tratamiento,
de
los
metales
que
responden
para alterar sus propiedades físicas y
mecánicas sin cambiar la forma del producto.
Muchas de las veces el tratamiento térmico se hace a veces de manera
accidental, debido a los procesos de fabricación que involucran a los materiales
en cuestión, en los cuales se calienta y enfría el metal, como parte inherente de
su proceso de trabajo, tales como la soldadura o la forja.
El
Tratamiento Térmico,
a menudo se asocia con el aumento de la
resistencia del material, pero también puede ser usado para alterar ciertas
características tales como mejorar la capacidad de fabricación de mecanizado,
mejorar la conformabilidad, restaurar la ductilidad tras una operación de trabajo en
frío, relevar esfuerzos de trabajo en frío, etc. Por lo tanto, es un proceso de
fabricación muy propicio, que no sólo puede ayudar a otros procesos de
fabricación, sino también puede mejorar el rendimiento del producto mediante el
aumento de la resistencia u otras características deseables.
Algunas familias de los aceros son especialmente adecuadas pues
responden bien al tratamiento térmico y debemos recordar que a nivel mundial el
uso comercial de los aceros, supera el de cualquier otra aleación ingenieril. Por
consiguiente, los aceros son tratados con calor para cumplir alguna de las
siguientes razones:
1. Reblandecimiento
2. Endurecimiento
3. Modificación
El Reblandecimiento o ablandamiento en los aceros, se hace para
disminuir la resistencia o la dureza, eliminar las tensiones residuales, restaurar la
ductilidad, mejorar o cambiar el tamaño de grano. Restaurar la
ductilidad o
eliminar las tensiones residuales es una operación necesaria cuando una pieza de
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acero ha sido sometida a una gran cantidad de trabajo en frío, tal es el caso del
laminado en frío o trefilado. Recocido, normalizado y revenido son los
tratamientos térmicos principales por los cuales el acero tiene la posibilidad de
ablandarse, según su contenido de carbono.
Por otro lado el endurecimiento de los aceros se hace por ejemplo, para
aumentar la resistencia al desgaste. Sin embargo, uno de los pre-requisitos para
el endurecimiento de los aceros es su contenido de carbono. Si no hay suficiente
contenido de carbono, el acero no puede ser endurecido directamente, por lo que
en muchos casos, la superficie de la pieza tiene que ser enriquecida con carbono
utilizando algunas técnicas de tratamiento superficial, que fijan el carbono por
difusión.
Si bien el tratamiento térmico se utiliza para modificar propiedades de los
materiales, endurecimiento y ablandamiento, estos procesos modifican el
comportamiento de los aceros de manera beneficiosa para maximizar la vida útil.
Como ya se dijo el acero es el más común y la aleación estructural más
importante. Con el fin de seleccionar adecuadamente y aplicar este material de
ingeniería básica, es necesario tener una comprensión fundamental de la
estructura de acero y cómo puede ser modificado para adaptarse a su aplicación.
Una gran cantidad de acero se utiliza para la fabricación de tuberías, el
tratamiento térmico de los tubos de acero se realiza, luego de haber obtenido la
forma geométrica del producto, para proveer las propiedades metalúrgicas
necesarias para los diferentes usos a los que son destinados. En general, estos
tratamientos térmicos incluyen una etapa de calentamiento para llevar el acero a
su fase austenítica, un enfriamiento que puede tener diferentes grados de
severidad de acuerdo a la estructura que se quiera obtener para el material, y un
calentamiento posterior para lograr las propiedades finales, a este proceso se lo
conoce como Templado y Revenido que se definirán y desarrollarán en el
contenido del presente trabajo.
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Debemos tener especial cuidado en el estudio y control de las etapas de
calentamiento, las cuales
se efectúan principalmente en unas instalaciones
térmicas llamadas hornos, de igual importancia es el proceso de enfriamiento,
que utiliza medios enfriantes tales como el aire, plomo fundido, aceite o en agua.
En las líneas de producción de las plantas siderúrgicas, se procesan
centenares de productos distintos, que se diferencian por la geometría de los
tubos, el tipo de acero con el que son manufacturados, y las propiedades físicas
preestablecidas. En orden decreciente de prioridad, los objetivos de estos
procesos son: 1) obtener la calidad especificada para el producto; 2) maximizar la
productividad de la línea; 3) maximizar la eficiencia del proceso.
Por
otro
lado,
interesa
optimizar
las
situaciones
estacionarias
correspondientes a cada producto, pero además, como éstas son líneas de
producción continuas, hay muy frecuentemente cambios de producto en los que
tubos de distintas características pueden ser procesados simultáneamente en el
mismo horno. Dado que las características de los productos y del proceso de
fabricación presentan limitaciones a la productividad, interesa determinar la forma
óptima de planificar la producción bajo estas condiciones.
Para esto se formulan modelos que describen los procesos físicos
involucrados: la combustión del gas natural en los quemadores, los intercambios
de calor por radiación y convección entre los gases que circulan en el interior de
los hornos, y la difusión del calor al interior de los tubos y de los refractarios que
se utilizan para aislar térmicamente las cámaras de calentamiento y los procesos
de enfriamiento por radiación y convección natural o forzada, y en condiciones de
flujo bifásico en el caso del agua.
El control y garantía de calidad de los productos tubulares en especifico de
la planta Tenaris –Tamsa, basa un alto porcentaje de confiabilidad en la técnica
de tratamiento térmico desarrollada por sus ingenieros.
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CAPÍTULO 1
METALURGIA SISTEMA HIERRO – CARBONO.
1.1 Metalurgia básica.
Los metales son los elementos químicos de mayor utilización, con fines
estructurales en edificios y medios de transporte, como conductores de calor y
electricidad, etc. Los metales se caracterizan por tener un brillo especial, llamado
metálico, por ser buenos conductores de la electricidad y del calor. Esta gran
conductibilidad, comparada con la de los no metales, se debe probablemente a la
existencia de electrones libres en su interior.
1.1.1 Antecedentes históricos del hierro.
El Hierro, debido a su abundancia y a sus propiedades químicas, de las
cuales hablaremos más adelante, se ha convertido en uno de los metales más
usados en la civilización actual. También, el hierro se puede combinar con otros
metales
para
formar
nuevos
compuestos
con
diferentes
propiedades,
denominados “aleaciones” una de estas aleaciones se llaman aceros.
El hierro es un elemento químico, es un metal duro pesado de color gris.
Se encuentra en los meteoritos y combinado en muchos compuestos minerales
en la corteza terrestre. El Hierro se oxida con facilidad, es un material magnético y
se usa para fabricar el acero.
Con el fin de producir acero, se necesita obviamente, primero hacer hierro.
A diferencia de los metales nobles como el oro, plata o platino, el hierro no se
encuentra como un elemento puro, casi siempre lo encontramos en forma de un
óxido.
Sin embargo, a diferencia de otros metales encontrados en forma de óxidos
la temperatura producida por las técnicas tradicionales no era suficiente para
reducir el óxido de hierro, ya que el punto de fusión de este mineral es de
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1535°C, muy por encima de la temperatura que los antiguos podían producir.
La fecha exacta en la que la gente descubrió por primera vez cómo fundir
mineral de hierro y producir el metal utilizado no se conoce. Los arqueólogos han
encontrado las primeras herramientas de hierro que se usaban en Egipto en el
año 3000 AC. Los objetos de hierro de la ornamentación se utilizaron incluso
antes, los antiguos griegos se sabe que utilizaron técnicas de tratamiento térmico
para endurecer sus armas de hierro. Estas aleaciones de hierro eran formas de
hierro forjado.
El hierro forjado se obtuvo a partir de minerales de los meteoritos, al
calentar una masa de mineral de hierro y carbón de leña en un horno de forja
utilizando una corriente forzada de aire. Esto genera el calor suficiente para
reducir el mineral de hierro a una caliente y brillante masa esponjosa de hierro
metálico, llena de escoria. La escoria contiene impurezas metálicas y cenizas de
carbón. Esta esponja de hierro brillante y caliente se retiraba del horno y se
golpeaba para separar las impurezas de escoria y soldar la masa para obtener la
forma más pura de hierro. El hierro producido de esta manera casi siempre
contenía partículas de escoria y otras impurezas, pero en ocasiones esta técnica
de manera accidental producía lo que ahora conocemos como acero. Así estos
fabricantes de hierro aprendieron a fabricar acero por recalentamiento de hierro
forjado y carbón vegetal en cajas de arcilla durante varios días, hasta que el hierro
absorbía suficiente carbono para convertirse en un verdadero acero.
El hierro más bien puro se obtiene por un proceso de reducción, el carbono
y otras impurezas difunden desde el exterior, en el hierro en estado líquido,
gracias a la propiedad conocida como solubilidad.
Los primeros herreros forjaban el hierro a altas temperaturas, alrededor de
800 oC, obteniendo " hierro forjado " es decir, un trozo de hierro bastante puro,
que consiste en pequeñas piezas soldadas entre sí, con un montón de pequeñas
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inclusiones dejadas por de los martillazos que rompía los pedazos grandes de
escoria.
Era
necesario un cuidado extremo, desde la selección del mineral de
hierro, el proceso de reducción y el de martillado o forja. Si no se tenía cuidado,
el hierro se re-oxidaba de nuevo, lo que realmente constituía una "quemada". El
exceso de carbono (superior al 2%) no es soluble en la matriz de hierro, por lo
que se precipita en forma de hojuelas, produciéndose entonces hierro fundido, el
cual es frágil.
Más tarde, con hornos más grandes y mayor experiencia, se obtuvieron
aleaciones con alto contenido de carbono.
Esto generó una amplia gama de aleaciones de hierro-carbono, en lugar de
hierro forjado de “hierro puro”.
El arte de la fabricación del hierro y el acero, desarrollado a lo largo de
más de 2000 años, no puede ser explicada en unas pocas líneas; tendríamos que
empezar por el dios griego Hefesto, hasta los modernos acereros de nuestros
días.
El secreto a voces para obtener un buen acero es bastante simple,
mirándolo retrospectivamente, sólo se necesita la adecuada concentración de C
en la estructura del Fe bcc a temperatura ambiente,
impurezas útiles
especialmente S y P y otros elementos de aleación.
Sabemos que al aumentar la temperatura del hierro a 910 0C, la fase
ferrita BCC (o Cúbico Centrado en el Cuerpo) se transforma en la fase austenita
FCC. (Cúbico Centrado en las Caras). El carbono se siente mucho más a gusto
en la fase austenita, ya que su solubilidad es mayor que en la ferrita.
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Si se mantiene esta temperatura por algún tiempo, entonces , ¿qué sucede
en el enfriamiento?, bueno depende, si el hierro se enfría lentamente, la austenita
cambiará a ferrita, pero si existe más carbono en la austenita que la ferrita pueda
disolver, el carbono se precipita, formando una nueva fase llamada cementita, que
presentará una estructura muy dura y frágil. Ahora tenemos las partículas de
cementita contenidas en ferrita fcc, por lo general en una estructura muy típica y
las dos fases se presentan como una pila de platos. Este tipo de estructura se
denomina perlita y a través del microscopio, tiene un brillo como perlas.
Si el tiempo de enfriamiento fue demasiado breve para permitir la formación
de Fe-C precipitado, ahora tenemos una sobresaturación de C en la fase de ferrita
que luego tendrá una estructura dura. Una especie de mezcla entre las fases fcc y
bcc conocida como: "martensita".
La
martensita tiene cinco veces la "fuerza" del hierro forjado!.
Por desgracia, si existe martensita, la aleación tiende a ser frágil.
El comienzo de la revolución industrial se vio seriamente obstaculizada por
la falta de un proceso a gran escala para la producción de un buen acero; las
necesidades de fabricar rieles más resistentes para la industria ferroviaria los
cuales se fabricaban con
hierro forjado o hierro fundido, tenían que ser
renovados cada 6 meses, ya que se deformaban bajo la carga, haciendo que los
accidentes eran frecuentes y a menudo catastróficos.
La producción de grandes cantidades de hierro era común entonces, el
proceso metalúrgico utilizaba grandes cantidades de aire de soplo en el fuego con
la ayuda de fuelles mecánicos accionados por motores de vapor. La producción
británica era líder, produciendo 2,5 millones de toneladas de hierro en 1850, pero
la producción de acero era todavía un negocio complicado y costoso, lo que
representa un pequeño porcentaje de la producción total.
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También se sabía a ciencia cierta desde 1786 que el acero tenía que ver
con el carbono, la primera persona en sospecharlo fue Tobern Bergmann en 1774
(otras fuentes, sin embargo, se refieren a Vandemonte, Berthollet y Monge de
Francia).
Sin embargo, todos los esfuerzos para producir hierro con el contenido de
carbono adecuado fueron en vano. A veces las cosas funcionaban, a veces no y
no existía un proceso a gran escala, fiable y reproducible. Y por lo tanto los
grandes puentes, rascacielos, vías férreas seguras, los grandes barcos, motores
eficientes, etc. Comunes en nuestros días no se podían fabricar.
Fue Henry Bessemer, quien se interesó en fabricar un buen acero para
producir cañones grandes, porque él acababa de inventar un nuevo tipo de
proyectil.
Bessemer estaba buscando fabricar grandes cantidades de acero a bajos
costos, entonces fue la primera persona que tuvo la idea genial de fabricar acero
a gran escala. La forma de "sacar" el carbón excedente fue pensada en inyectar
grandes cantidades de oxígeno a la fundición de hierro fundido. Lo que constituyó
un proceso de reducción transformando CO en CO2 , disminuyendo el contenido
de carbono.
El Sr. Bessemer, ya tenía cierta fama como el inventor del lápiz "plomo"
(que en realidad contiene grafito), después de publicar su investigación el 12 de
agosto 1856 se hizo muy famoso y muy rico, rápidamente, todo el mundo quería
utilizar su proceso de aceración.
Sin embargo el proceso Bessemer en exámenes de "laboratorio" demostró
que su acero era frágil y no es apto para cualquier cosa. Bessemer cayó de su
pedestal pero aun así, fue un científico e ingeniero de materiales.
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El proceso de Bessemer en realidad no había contemplado la presencia de
fosforo y azufre en cantidades no aptas y eso era lo que suministraba la fragilidad
del acero producido, de igual manera el revestimiento de su convertidor era de
carácter acido, por lo que posteriormente se utilizó piedra caliza como
revestimiento interno de los convertidores.
El fosforo tenía que ser eliminado mediante la adición de CaO, para ser
enviado a la escoria.
El Sr. Mushet, otro inglés, encontró la solución a los problemas de
Bessemer, agregando a la fundición manganeso. El Mn reacciona con el exceso
de O y forma escoria. También neutraliza al azufre, convirtiéndolo en sulfuro de
manganeso que fluye a la escoria en lugar de quedarse en la fundición en forma
de sulfuro de hierro, que es un eutéctico de bajo punto de fusión, causante de la
fragilidad del acero.
Después de depurar el proceso de Bessemer la producción de acero se
convirtió en algo de suma importancia, entonces
Siemens en Alemania y en
Francia, Martin, desarrollaron el proceso de "Siemens-Martin", logrando que la
producción mundial del acero creciera exponencialmente.
Históricamente las materias primas para fabricar acero son Arrabio
obtenido en los altos hornos, mediante la fusión de minerales de hierro, utilizando
combustibles fósiles y fundentes, el Arrabio es metal líquido a alta temperatura.
La otra materia prima para la fabricación de acero es el
Hierro de
Reducción Directa conocido como hierro esponja, que se obtiene en los reactores
del proceso HyL lll, y otros procesos, material reducido mediante un gas reductor
rico en H y que se obtiene a temperatura ambiente en forma de pelletz también
conocido como hierro esponja.
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Sea cual fuere la materia prima para fabricar acero, el refinamiento debe
hacerse en hornos a fin de asegurar la calidad en cuanto a composición y
requerimientos del acero.
El objetivo principal del horno para fabricación de acero es quitar al hierro
de primera fusión la mayor parte del carbono. Luego se agrega una cantidad
medida de carbono al acero fundido para proporcionarle las propiedades
deseadas. También se utiliza desperdicio de acero o chatarra y se agregan otros
elementos para mejorar las propiedades del acero. El proceso más antiguo para
fabricar acero en grandes cantidades es el proceso Bessemer, que empleaba un
horno de gran altura en forma de pera, denominado convertidor Bessemer, que
podía inclinarse en sentido lateral para la carga y el vertido. Al hacer pasar
grandes cantidades de aire a través del metal fundido, el oxígeno del aire se
combinaba químicamente con las impurezas y las eliminaba.
En el proceso básico de oxígeno, el acero también se refina en un horno en
forma de pera que se puede inclinar en sentido lateral. Sin embargo, el aire se
sustituye por un chorro de oxígeno casi puro a alta presión. Cuando el horno se
ha cargado y colocado en posición vertical, se hace descender en su interior una
lanza de oxígeno. La punta de la lanza, refrigerada por agua, suele estar situada a
unos 2 m por encima de la carga, aunque esta distancia se puede variar según
interese. A continuación se inyectan en el horno miles de metros cúbicos de
oxígeno a velocidades supersónicas. El oxígeno se combina con el carbono y
otros elementos no deseados e inicia una reacción de agitación que quema con
rapidez las impurezas del arrabio y lo transforma en acero. El proceso de refinado
tarda 50 minutos o menos, y es posible fabricar unas 275 toneladas de acero en
una hora.
En algunos hornos el calor para fundir y refinar el acero procede de la
electricidad y no de la combustión de gas. Como las condiciones de refinado de
estos hornos se pueden regular más estrictamente que las de los hornos de crisol
abierto o los hornos básicos de oxígeno, los hornos eléctricos son sobre todo
útiles para producir acero inoxidable y aceros aleados que deben ser fabricados
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según unas especificaciones muy exigentes. El refinado se produce en una
cámara hermética, donde la temperatura y otras condiciones se controlan de
forma rigurosa mediante dispositivos automáticos. En las primeras fases de este
proceso de refinado se inyecta oxígeno de alta pureza a través de una lanza, lo
que aumenta la temperatura del horno y disminuye el tiempo necesario para
producir el acero. La cantidad de oxígeno que entra en el horno puede regularse
con precisión en todo momento, lo que evita reacciones de oxidación no
deseadas.
En la mayoría de los casos, la carga está formada casi exclusivamente por
material de chatarra. Antes de poder utilizarla, la chatarra debe ser analizada y
clasificada, porque su contenido en aleaciones afecta a la composición del metal
refinado. También se añaden otros materiales, como pequeñas cantidades de
mineral de hierro (hierro esponja) y cal seca, para contribuir a eliminar el carbono
y otras impurezas. Los elementos adicionales para la aleación se introducen con
la carga o después, cuando se vierte a la cuchara el acero refinado.
Una vez cargado el horno se hacen descender unos electrodos hasta la
superficie del metal. La corriente eléctrica fluye por uno de los electrodos, forma
un arco eléctrico hasta la carga metálica, recorre el metal y vuelve a formar un
arco hasta el siguiente electrodo. La resistencia del metal al flujo de corriente
genera calor, que, junto con el producido por el arco eléctrico, funde el metal con
rapidez. Hay otros tipos de horno eléctrico donde se emplea una espiral para
generar calor.
.
Figura 1. Esquema de un horno eléctrico para aceración.
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Aunque el costo de la fabricación de acero en el horno de arco eléctrico, es
generalmente más alto que el de los demás métodos de fabricación de acero, se
obtiene una calidad de acero superior. Éste suministra el mejor método para
controlar la temperatura y las adiciones de aleación. Además su costo puede
justificarse para la fabricación de acero en localidades donde no se cuenta con
altos hornos ni con hierros de primera fusión, o en lugares en donde las
necesidades intermitentes de acero en cantidades pequeñas, no justifiquen una
instalación de hogar abierto. Además es muy usado ya que no contamina la
atmósfera como muchos otros. Actualmente, el horno eléctrico produce un 40 %
de la producción mundial del acero.
El acero es, básicamente, una aleación de hierro y de carbono. El
contenido del carbono en el acero es relativamente bajo. La mayoría de los
aceros tienen menos de 9 átomos de carbono por cada 100 de hierro en el acero.
Como el carbono es más ligero que el hierro, el porcentaje de masa de
carbono en el acero es casi siempre menos del 2%. La forma convencional de
expresar el contenido de los elementos en las aleaciones es por el porcentaje de
la masa total con que cada uno contribuye.
El carbono tiene una gran influencia en el comportamiento mecánico de los
aceros. La resistencia de un acero simple con 0.5% de carbono es más de dos
veces a la de otro con 0.1%. Además, si el contenido de carbono llega al 1%, la
resistencia casi se triplica con respecto al nivel de referencia del 0.1%.
El carbono, sin embargo, generalmente reduce la ductilidad del acero. La
ductilidad es una medida de la capacidad de un material para deformarse, en
forma permanente, sin llegar a la ruptura.
Un acero con 0.1%. de carbono es cuatro veces más dúctil que otro con
1% de carbono y dos veces más que un tercero con 0.5% de carbono. La
ductilidad se expresa como un porcentaje. Éste se determina estirando una barra
de acero hasta llevarla a la fractura para después calcular el incremento
porcentual de su longitud.
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Por su contenido de carbono, los aceros se clasifican en bajo, medio y alto
carbono. Las fronteras que separan a estos tipos de acero no están claramente
definidas, aunque se entiende que los aceros de bajo carbono tienen menos del
0.25% de carbono en su aleación. Ellos son fácilmente deformables, cortables,
maquinabIes, soldables; en una palabra, son muy "trabajables".
Los aceros de medio carbono, entre 0.25% y 0.6%, se emplean cuando se
quiere mayor resistencia, pues siguen manteniendo un buen comportamiento
dúctil aunque su soldadura ya requiere cuidados especiales. Los aceros de alto
carbono, entre 0.6% y 1.2%, son de muy alta resistencia, pero su fragilidad ya es
notoria y son difíciles de soldar.
1.2 Sistema Fe-C.
De acuerdo a su naturaleza los cuerpos pueden ser amorfos a cristalinos.
En los cuerpos amorfos el paso del estado de agregación líquido al sólido es
gradual. Por ejemplo el vidrio sólido, si se calienta va ablandándose y pasa poco a
poco al estado líquido.
La transición inversa será completamente suave, el vidrio líquido en la
medida que baja la temperatura se va haciendo cada vez más espeso hasta que
finalmente se “solidifica”. En el vidrio no existe una temperatura de transición del
estado líquido al “sólido”, tampoco existen las temperaturas (puntos) de cambio
brusco de propiedades.
El vidrio sólido transparente ordinario es un líquido espeso subenfriado.
Este estado es amorfo, y se caracteriza por la carencia de una temperatura de
fusión determinada, y por la inexistencia de una disposición regular de los átomos
en forma de red cristalina.
Ahora bien los metales no son cuerpos amorfos sino cristalinos o sea sus
átomos están dispuestos en un espacio de acuerdo a un orden geométrico
determinado que se repite con determinada regularidad formando una red
cristalina. Esta red podemos figurárnosla en forma de una red espacial en cuyos
nodos se encuentran los átomos unidos por líneas imaginarias, en otras palabras,
es el conjunto de planos cristalográficos situados paralelamente y a una misma
distancia.
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La distribución atómica en sólidos cristalinos puede describirse mediante
una red espacial donde se especifican las posiciones atómicas por medio de una
celdilla unidad que se repite y que posee las propiedades del metal
correspondiente.
1.2.1 Estructura cristalina de los metales.
Existen siete sistemas cristalinos basados en la geometría de las
longitudes axiales y ángulos interaxiales de la celdilla unidad, con catorce
subretículos basados en la distribución interna de ésta.
En los metales las celdillas unidad de las estructuras cristalinas más
comunes son: cúbica centrada en el cuerpo (bcc), cúbica centrada en las caras
(fcc) y hexagonal compacta (hcp) que es una variación compacta de la estructura
hexagonal simple.
La estructura Cúbica Centrada en el Cuerpo (BCC) tiene un átomo en cada
una de las ocho (como la celda unitaria cúbica), además de un átomo en el
centro del cubo. Cada uno de los átomos de los vértices es la esquina de otro
cubo de modo que los átomos de los vértices son compartidos entre las ocho
celdas unitarias. Se dice que tienen un número de coordinación de 8. La celda
unidad BCC cuenta con un total neto de dos átomos, uno en el centro y ocho
octavos de átomos de las esquinas como se muestra en la imagen central. La
imagen siguiente se destaca una celda unidad en una sección más grande de la
red.
Figura 2. Celda Unitaria Cúbica a Cuerpo Centrado.
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El arreglo bcc tiene una menor densidad que en los arreglos FCC o hcp. El
volumen de los átomos en una celda por el volumen total de una célula se llama el
factor de empaquetamiento. La celda unidad BCC cuenta con un factor de
empaquetamiento de 0,68.
El Fe tiene una estructura bcc. Los metales que tienen una estructura bcc
suelen ser más duros y menos maleables que los metales de empaquetamiento
compacto como el oro. Cuando el metal se deforma, los planos de los átomos
debe deslizarse unos sobre otros, y esto es más difícil en la estructura bcc. Cabe
señalar que existen otros mecanismos importantes para el endurecimiento de
materiales, tales como la introducción de impurezas o defectos que hacen más
difícil deslizamiento. Estos mecanismos de endurecimiento se discutirán más
adelante.
La estructura Cúbica Centrada en la Cara (FCC), tiene átomos ubicados
en cada una de las esquinas y en los centros de cada una de las caras. Cada
uno de los átomos de los vértices es la esquina de otro cubo de modo que los
átomos de los vértices son compartidos entre las ocho celdas unitarias. Además,
cada una de sus caras se comparte con un átomo adyacente. Se dice que tienen
un número de coordinación de 12. La celda unidad FCC dispone de un total neto
de cuatro átomos; ocho octavas a partir de átomos esquinas y seis mitades de los
átomos de la cara, como se muestra en la imagen.
Figura 3. Estructura Cúbica Centrada en las Caras (FCC)
En la estructura FCC (y la estructura hcp) los átomos están más juntos de
lo que pueden estar en la estructura bcc. Los átomos de una capa ocupan el
15
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espacio vacío entre los átomos de la capa adyacente. Para imaginar el arreglo es
necesario pensar en una caja llena de bolas que están alineadas en columnas y
filas. Cuando unas bolas adicionales se colocan en el cuadro, no se aprecia
directamente en la parte superior de las bolas en la primera capa, sino que se
colocan en el hueco creado entre cuatro bolas de la capa inferior. A medida que
más bolas se añadieron se realiza el arreglo para llenar todos los huecos. El
factor de empaquetamiento (el volumen de los átomos en una celda por el
volumen total de una célula) es de 0,74 para los cristales de la FCC.
Estructura Hexagonal Compacta (HPC), la estructura hexagonal de capas
alternas se desplaza para que sus átomos estén alineados con los huecos de la
capa anterior. Los átomos se disponen al igual que en la estructura de la FCC. Sin
embargo, en vez de ser una estructura cúbica, el patrón es hexagonal.
La estructura hcp tiene tres capas de átomos. En cada parte superior e
inferior de capa, hay seis átomos que se disponen en forma de un hexágono y un
séptimo átomo que se encuentra en el centro del hexágono. La capa intermedia
tiene tres átomos.
Como se muestra en la imagen, hay seis átomos en la celda unidad hcp.
Cada uno de los 12 átomos en las esquinas de la capa superior e inferior
comparten al sexto átomo, los dos átomos en el centro del hexágono tanto de las
capas superiores e inferiores de cada átomo comparten un ½ y cada uno de los
tres átomos en la capa media comparten un átomo.
El número de coordinación de los átomos de esta estructura es de 12. Hay
seis vecinos más cercanos en la misma capa de empaquetado máximo, tres en la
capa de arriba y las tres de la capa de abajo. El factor de empaquetamiento es de
0,74, que es lo mismo que la celda unitaria de la FCC. La estructura hcp es muy
común que los metales elementales.
16
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Figura 4. Estructura Hexagonal Compacta Empaquetada (HCP)
1.2.2. Microconstituyentes de los aceros no aleados.
En los aceros no aleados se encuentran presentes micro constituyentes
formados por estas estructuras, tal es el caso de la Ferrita, Martensita y Perlita.
La ferrita es una solución sólida intersticial de carbono en una red cúbica
centrada en el cuerpo de hierro. Admite hasta un 0,021 % C en solución a la
temperatura eutectoide. Es el constituyente más blando del acero. Su resistencia
es de 28 Kg/mm2 (2,7 MPa). Es ferromagnético siendo su temperatura de Curie
768ºC. A partir de esta temperatura hasta los 910ºC su comportamiento es
paramagnético, por lo que antigua y equivocadamente se le creyó otra fase
denominándosele hierro beta.
La morfología y estructura granular de la ferrita es muy variada pudiéndose
encontrar hasta 24 términos descriptivos de la misma. Sin embargo, son dos las
morfologías que conviene destacar (Fig. 5): Morfología equiaxial y (fig. 6):
estructura de Widmanstätten.
La morfología equiaxial corresponde a granos poligonales de ejes
aproximadamente iguales, que resultan a veces atacados diferentemente en
función de su orientación cristalográfica respecto a la superficie de observación.
En la estructura de Widmanstätten un enfriamiento rápido desde altas
temperaturas obliga a un crecimiento de la ferrita según ciertas direcciones
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preferenciales, resultando granos alargados en dichas direcciones del grano de
austenita previo.
Figura. 5 Morfología equiaxial, x100
Figura. 6 estructura de Widmanstätten., x100
Cementita, es el carburo de hierro Fe3C con un contenido fijo de carbono
del 6,67%. Es el constituyente más duro del acero alcanzando una dureza de 68
HRC. También la morfología de la cementita es muy variada siendo destacables
algunas estructuras típicas. Se encuentra en los aceros como:
· Cementita secundaria
· Cementita eutectoide
· Cementita terciaria
En los aceros, la cementita libre, no asociada con otras fases suele
aparecer en los aceros hipereutectoides, como cementita secundaria, formando
una red continua enmarcando una estructura granular formada por colonias de
perlita. También, aparece como consecuencia de una precipitación en estado
sólido en aceros con muy poco carbono, como consecuencia de la disminución de
la solubilidad del mismo, por debajo de la temperatura de transformación
eutectoide. Se conoce como cementita terciaria.
La cementita no libre, únicamente aparece asociada a la ferrita, como
láminas finas alternadas de una y otra, cuyo agregado se conoce como perlita.
18
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Son también destacables las formas que la cementita adopta como la
esferoidita.
Figura 7. Estructura de la Cementita.
La Perlita es un microconstituyente bifásico. Está formado por granos
alargados (considerando las tres direcciones son láminas) de cementita en una
matriz ferrítica. Cuando esta estructura laminar es muy fina (las láminas son muy
delgadas) la perlita se ve al microscopio óptico como negra. Sin embargo ambas
fases, ferrita y cementita en condiciones normales de ataque son blancas. El color
oscuro o negro lo producen el gran número de límites de grano existentes entre la
matriz ferrítica y las láminas de cementita. Se comprende que cuanto más anchas
sean las láminas (se habla entonces de perlita abierta o basta) la tonalidad se irá
aclarando hasta poder distinguirse las distintas láminas, no por ello la perlita
pierde su carácter de microconstituyente.
Otra forma en que puede aparecer esta fina mezcla de ferrita y cementita
es la esferoidita. El nombre no está aceptado universalmente y muchos
metalurgistas denominan a esta estructura cementita globular. Cuando la
transformación eutectoide se realiza lentamente o cuando tras la formación de
perlita se da un tratamiento de esferoidización la cementita no aparece en forma
laminar, sino en forma globular de menor contenido energético (menor relación
superficie/volumen).
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Figura 8 Estructura de la Perlita X400.
Los microconstituyentes de los aceros no aleados templados, son la
martensita, y estructuras intermedias tales como la sorbita, troostita y bainita.
La martensita es una fase metaestable de estructura tetragonal, obtenida
por un enfriamiento brusco de una solución sólida intersticial y que se forma
mediante un movimiento de cizalladura en la red. Osmod (1902) la describía así:
"(al observar al microscopio)... pueden verse agujas o fibras rectilíneas aún más
finas orientadas en direcciones paralelas y separadas o no por una matriz de
apariencia granular o vermicular". Debe añadirse que dichas agujas aparecen sólo
claramente cuando el porcentaje de carbono es alto siendo en otro caso la
apariencia más parecida a hebras de paja amontonada. Su dureza depende del
porcentaje de carbono que tenga en solución y está comprendida entre 25 y 67
HRC, aproximadamente.
Figura 9. Estrcutura de la Martensita x400
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Estos microconstituyentes aparecen cuando el enfriamiento del acero
desde la temperatura eutectoide no es tan rápido como para producir el temple ni
tan lento como para dar lugar a estructuras conteniendo perlita. La sorbita y
troostita son consideradas como estructuras bifásicas donde la ferrita y la
cementita apenas son discernibles. La bainita es el único microconstituyente
relativamente fácil de identificar y al que se considera de más importancia en la
bibliografía, tanto en la forma bainita superior o arborescente y como bainita
inferior o acicular. Los mecanismos de formación de la bainita son aún hoy día
discutidos aunque coinciden en señalar la existencia de ferrita sobresaturada de
carbono y de cementita que adopta morfologías parecidas a las descritas por
Widmanstätten.
Además de los microconstituyentes comentados, los aceros no aleados
presentan en sus microestructuras otros elementos de interés. Entre los que se
encuentran más comúnmente, las impurezas, óxidos e inclusiones resultado de la
deficiente desoxidación y refino de los mismos. Los óxidos se producen en la
superficie de la pieza generalmente, aunque pueden existir ciertos procesos de
oxidación interna que los hacen aparecer de color gris pálido a gris oscuro según
el tiempo de pulido empleado. Entre las inclusiones destacan las de silicatos y las
de sulfuros, principalmente de Mn, que aparecen como granos alargados en la
dirección
de
laminación,
con
coloraciones
oscuras
y
gris
paloma,
respectivamente. La observación de estos microconstituyentes es conveniente
realizarla previamente al ataque de la probeta metalográfica.
1.3. Teoría de las aleaciones.
Para poder entender a cabalidad los procesos de cristalización y
transformaciones de fase, los especialistas se auxilian de los diagramas de
equilibrio. Estos describen los procesos que transcurren durante los enfriamientos
y calentamientos de un sistema aleante dado. Es decir que si se quiere
pronosticar las estructuras que se obtendrán durante un tratamiento térmico dado
usando el diagrama de estado de la aleación se podrá realizar este pronóstico.
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Esto será posible siempre y cuando el enfriamiento o el calentamiento sean
de equilibrio. Para poder entender a cabalidad los procesos de cristalización y
transformaciones de fase, los especialistas se auxilian de los diagramas de
equilibrio. Estos describen los procesos que transcurren durante los enfriamientos
y calentamientos de un sistema aleante dado.
El acero es una aleación de hierro con una pequeña proporción de
carbono, que comunica al hierro propiedades especiales tales como dureza y
elasticidad. En general, también se pueden fabricar aceros con otros
componentes como manganeso, níquel o cromo. El hierro es un constituyente
fundamental de algunas de las más importantes aleaciones de la ingeniería. El
hierro es un metal alotrópico, por lo que puede existir en más de una estructura
reticular dependiendo fundamentalmente de la temperatura. Como ya se
mencionó es uno de las metales más útiles debido a su gran abundancia en la
corteza terrestre (constituyendo más del 5% de esta, aunque rara vez se
encuentra en estado puro, lo más normal es hallarlo combinado con otros
elementos en forma de óxidos, carbonatos o sulfuros) y a que se obtiene con gran
facilidad y con una gran pureza comercial. Posee propiedades físicas y mecánicas
muy apreciadas y de la más amplia variedad.
1.3.1 Diagrama de fases Hierro- Carbono.
El hierro técnicamente puro, es decir, con menos de 0.008% de carbono,
es un metal blanco azulado, dúctil y maleable, cuyo peso específico es 7.87.
Funde de 1536.5ºC a 1539ºC reblandeciéndose antes de llegar a esta
temperatura, lo que permite forjarlo y moldearlo con facilidad. El hierro es un buen
conductor de la electricidad y se imanta fácilmente.
El hierro cristaliza en la variedad alfa hasta la temperatura de 768ºC. La
red espacial a la que pertenece es la red cúbica centrada en el cuerpo (BCC). La
distancia entre átomos es de 2.86 Å. El hierro alfa no disuelve prácticamente en
22
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carbono, no llegando al 0.008% a temperatura ambiente, teniendo como punto de
máxima solubilidad a T=723ºC (0,02%).
La variedad beta existe de 768ºC a 910ºC. Cristalográficamente es igual a
la alfa, y únicamente la distancia entre átomos es algo mayor: 2.9 Å a 800ºC y
2905ºC a 900ºC.
La variedad gamma se presenta de 910ºC a 1400ºC. Cristaliza en la
estructura FCC. El cubo de hierro gamma tiene más volumen que el de hierro alfa.
El hierro gamma disuelve fácilmente en carbono, creciendo la solubilidad desde
0.85% a 723ºC hasta 1.76% a 1130ºC para decrecer hasta el 0.12% a 1487ºC.
Esta variedad de Fe es amagnético.
La variedad delta se inicia a los 1400ºC, observándose, entonces una
reducción en el parámetro hasta 2.93Å, y un retorno a la estructura BCC. Su
máxima solubilidad de carbono es 0.007% a 1487ºC. Esta variedad es poco
interesante desde el punto de vista industrial. A partir de 1537ºC se inicia la fusión
del Fe puro.
El hierro puro apenas tiene aplicaciones industriales, pero formando
aleaciones con el carbono (además de otros elementos), es el metal más utilizado
en la industria moderna. A la temperatura ambiente, salvo una pequeña parte
disuelta en la ferrita, todo el carbono que contienen las aleaciones Fe-C está en
forma de carburo de hierro (CFe3). Por eso, las aleaciones Fe-C se denominan
también aleaciones hierro-carburo de hierro.
Las aleaciones con contenido de C comprendido entre 0.03% y 1.76%
tienen características muy bien definidas y se denominan aceros. Los aceros de
cualquier proporción de carbono dentro de los límites citados pueden alearse con
otros elementos, formando los denominados aceros aleados o aceros especiales.
23
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Algunos aceros aleados pueden contener excepcionalmente hasta el 2.5%
de C.
Los aceros generalmente son forjables, y es ésta una cualidad muy
importante que los distingue. Si la proporción de C es superior a 1.76% las
aleaciones de Fe-C se denominan fundiciones, siendo la máxima proporción de C
aleado del 6.67%, que corresponde a la cementita pura. Las fundiciones, en
general, no son forjables.
La temperatura a que tienen lugar los cambios alotrópicos en el hierro
estará influida por los elementos que forman parte de la aleación, de los cuales el
más importante es el carbono. La figura que mostramos a continuación muestra la
porción de interés del sistema de aleación Fe-C. Contiene la parte entre Fe puro y
un compuesto intersticial, llamado carburo de hierro, que contiene un 6.67% de C
en peso. Esta porción se llamará diagrama de equilibrio hierro-carburo de hierro.
Figura 10 Diagrama Hierro-Carbono.
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Antes de estudiar este diagrama es importante notar que no se trata de un
verdadero diagrama de equilibrio, pues un verdadero equilibrio implicaría que no
hubiera cambio de fase con el tiempo. Sin embargo, es un hecho que el
compuesto carburo de hierro se descompondrá de una manera muy lenta en
hierro y carbono (grafito), lo cual requerirá un período de tiempo muy largo a
temperatura ambiente. El carburo de hierro se dice entonces metaestable; por
tanto, el diagrama hierro-carburo de hierro, aunque técnicamente representa
condiciones metaestables , puede considerarse como representante de cambios
en equilibrio, bajo condiciones de calentamiento y enfriamiento relativamente
lentas.
En el diagrama aparecen tres líneas horizontales, las cuales indican
reacciones isotérmicas. La parte del diagrama situada en el ángulo superior
izquierdo de la figura se denomina región delta. En ella se reconocerá la
horizontal correspondiente a la temperatura de 1493ºC como la típica línea de una
reacción peritéctica. La ecuación de esta reacción puede escribirse en la forma.
La máxima solubilidad del carbono en el hierro delta (de red cúbica
centrado en el cuerpo) es 0,10 % de C, mientras que el Fe gamma (de red cúbica
centrado en las caras) disuelve al carbono en una proporción mucho mayor. En
cuanto al valor industrial de esta región es muy pequeño ya que no se efectúa
ningún tratamiento térmico en este intervalo de temperaturas.
La siguiente línea horizontal corresponde a una temperatura de 1129ºC,
esta temperatura es la de solidificación del eutéctico. y la reacción que en ella se
desarrolla es:
25
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La mezcla eutéctica, por lo general, no se ve al microscopio, ya que a la
temperatura ambiente la fase gamma no es estable y experimenta otra
transformación durante el enfriamiento.
La última línea horizontal, se presenta a los 722ºC, esta línea corresponde
a la temperatura de formación del eutectoide, y al alcanzarse en un enfriamiento
lento la fase gamma debe desaparecer. La ecuación de la reacción eutectoide
que se desarrolla puede expresarse por:
En función del contenido de carbono suele dividirse el diagrama de hierrocarbono en dos partes: una que comprende las aleaciones con menos del 2 % de
carbono y que se llaman aceros, y otra integrada por las aleaciones con más de
un 2 % de carbono, las cuales se llaman fundiciones. A su vez, la región de los
aceros se subdivide en otras dos: una formada por los aceros cuyo contenido en
carbono es inferior al correspondiente a la composición eutectoide (0,77 %C) los
cuales se llaman aceros hipoeutectoides y la otra compuesta por los aceros cuyo
contenido se encuentra entre 0,77 y 2 %, y que se conocen por aceros
hipereutectoides.
Figura 11. Aceros y Fundiciones en el diagrama H-C.
26
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CAPÍTULO 2
INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACION EN LOS ACEROS.
2.1. Clasificación de los elementos de aleación en los aceros.
El efecto de los elementos de aleación influyen de manera especial en el
proceso de producción siderúrgica y de ahí que una correcta respuesta del acero
a un tratamiento térmico óptimo, dependa desde luego de la manera como se
realice este tratamiento y la correcta proporción de los elementos aleantes.
Estrictamente desde el punto de vista térmico los elementos de aleación
del acero se suman para mejorar la respuesta del material a un tratamiento
térmico, lo cual incrementa las propiedades mecánicas y físicas del mismo. Los
elementos de Aleación se agregan para cumplir una o más de las siguientes
razones:
Para aumentar el grado de templabilidad.
Para ayudar a reducir el tamaño de grano.
Aumentar la Resistencia a la tracción para mejorar la ductilidad.
Para evitar el agrietamiento.
Para mejorar la dureza.
Para lograr una mejor resistencia al desgaste.
Para mejorar la resistencia a la corrosión.
2.1.1. Influencia de los elementos de aleación en los aceros.
Los elementos de aleación que más frecuentemente suelen utilizarse para
la fabricación de aceros aleados son: níquel, manganeso, cromo, vanadio,
wolframio, molibdeno, cobalto, silicio, cobre, titanio, circonio, plomo, Selenio,
aluminio, boro y Niobio.
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La influencia que ejercen esos elementos es muy variada, y, empleados en
proporciones convenientes, se obtienen aceros con ciertas características que, en
cambio, no se pueden alcanzar con los aceros ordinarios al carbono.
Utilizando aceros aleados es posible fabricar piezas de gran espesor, con
resistencias muy elevadas en el interior de las mismas. En elementos de
máquinas y motores se llegan a alcanzar grandes durezas con gran tenacidad. Es
posible fabricar mecanismos que mantengan elevadas resistencias, aún a altas
temperaturas. Hay aceros inoxidables que sirven para fabricar elementos
decorativos, piezas de maquinas y herramientas, que resisten perfectamente a la
acción de los agentes corrosivos. Es posible preparar troqueles de formas muy
complicadas que no se deformen ni agrieten en el temple, etc.
La tendencia que tienen ciertos elementos a disolverse en la ferrita o
formar soluciones sólidas con el hierro alfa, y la tendencia que en cambio tienen
otros a formar carburos.
la influencia de los elementos de aleación en los diagramas de equilibrio de
los aceros (Elevación o descenso de las temperaturas críticas de los diagramas
de equilibrio y las temperaturas Ac y Ar correspondientes a calentamientos y
enfriamientos relativamente lentos, modificaciones en el contenido de carbono del
acero eutectoide, Tendencia a ensanchar o disminuir los campos austeníticos o
ferríticos correspondientes a los diagramas de equilibrio, y otras influencias
también relacionadas con el diagrama hierro-carbono, como la tendencia a
grafitizar el carbono, a modificar el tamaño del grano, etc.

La influencia de los elementos aleados sobre la templabilidad.

La influencia que tienen en retardar el ablandamiento que se produce en el
revenido.
Existen otras influencias diversas, como mejoras en la resistencia a la
corrosión, resistencia al calor, resistencia a la abrasión, etc.
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2.1.2 El Carbono.
En general, el carbono es el aleante más importante de los aceros. El
aumento de contenido de carbono aumenta la dureza y la resistencia y mejora la
templabilidad. Pero también aumenta la fragilidad y reduce la soldabilidad debido
a su tendencia a formar martensita. Esto significa que el contenido de carbono
puede ser tanto una bendición como una maldición cuando se trata de acero de
tipo comercial.
Y aunque existen los aceros que tienen hasta 2 por ciento de contenido de
carbono, que son la excepción. La mayor parte del acero contiene menos del 0,35
por ciento de carbono. Para poner esto en perspectiva, tenga en cuenta que es
35/100 de 1 por ciento.
Ahora, cualquier tipo de acero en el rango de contenido de 0,35 a 1,86 %
de carbono se puede endurecer mediante un ciclo de tratamiento térmico. La
mayoría de los aceros comerciales se clasifican en tres grupos:
Aceros típicos al carbono.
Aceros de baja aleación.
Aceros de alta aleación.
El aumento del contenido de carbono en las aleaciones de acero hace que
el material sea más duro. Esto se debe a que el carbono se encuentra en los
sitios intersticiales de la estructura reticular y dificulta el movimiento de las
dislocaciónes. Esto también aumenta la resistencia del material pero disminuye la
ductilidad.
2.1.3 Manganeso.
El manganeso es considerado, junto con el carbono, un aleante de suma
importancia y elemental para el acero.
El manganeso constituye uno de los principales elementos de aleación,
juega un
papel importante
en la desoxidación del acero y la formación de
sulfuros por lo que es particularmente beneficioso en los aceros de alto contenido
29
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en azufre, su interacción con el carbono se utiliza para controlar las inclusiones. El
manganeso es benéfico en todas las gamas de acero al carbono.
El manganeso aparece prácticamente en todos los aceros, debido,
principalmente, a que se añade como elemento de adición para neutralizar la
perniciosa influencia del azufre y del oxigeno, que siempre suelen contener los
aceros cuando se encuentran en estado liquido en los hornos durante los
procesos de fabricación. El manganeso actúa también como desoxidante y evita,
en parte, que en la solidificación del acero se desprendan gases que den lugar a
porosidades perjudiciales en el material.
Si los aceros no tuvieran manganeso, no se podrían laminar ni forjar,
porque el azufre que suele encontrarse en mayor o menor cantidad en los aceros,
formaría sulfuros de hierro, que son cuerpos de muy bajo punto de fusión (981º
aprox.) que a las temperaturas de trabajo en caliente (forja o laminación) funden,
y al encontrarse contorneando los granos de acero crean zonas de debilidad y las
piezas y barras se agrietan durante el rolado.
Los aceros ordinarios y los aceros aleados en los que el manganeso no es
elemento fundamental, suelen contener generalmente porcentajes de manganeso
variables de 0.30 a 0.80%.
Los aceros al manganeso de uso más frecuente son:
a) Aceros al manganeso de gran resistencia, que generalmente pertenecen
al grupo de aceros de media aleación, en los que al emplearse el
manganeso en cantidades variables de 0.80 a 1.60%, con contenidos en
carbono de 0.30 a 0.050%, se consigue mejorar la templabilidad y obtener
excelentes combinaciones de características mecánicas aun en piezas de
cierto espesor.
b) Aceros indeformables al manganeso con 1 a 3% de Mn y 1% de
carbono, aproximadamente, en los que la presencia de un alto porcentaje
de manganeso, hace posible el temple con simple enfriamiento en aceite, o
30
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el aire, con lo que las deformaciones de las herramientas son muy
pequeñas.
c) Aceros austeniticos al manganeso con 12% de Mn y 1% de carbono,
aproximadamente, que a la temperatura ambiente son austeniticos y tienen
gran
resistencia
al
desgaste,
empleándose
principalmente,
para
cruzamientos de vías, mordazas de maquinas trituradoras, excavadoras,
etc.
El
alto contenido de carbono en los aceros, tiende a
ductilidad de los
disminuir
la
aceros, por lo que la adición de manganeso aumenta la
soldabilidad. El manganeso también aumenta la tasa de penetración de carbono
durante el proceso de cementación.
Los
efectos
del
manganeso
pueden
resumirse
como
sigue:
1. Reduce la temperatura a la que comienza a descomponerse la austenita,
amplía la región metaestable.
2 Favorece la formación de bainita inferior y superior en transformaciones
isotérmica.
3 Es el elemento de aleación más eficaz para disminuir la martensita.
4
En cantidades no controladas también favorece la formación de
martensita
5 Aumenta la tasa de endurecimiento por trabajo enfrío.
6 Reduce la temperatura de transformación, logrando un adecuado
refinamiento de grano.
7 Aumenta la facilidad de soldadura, tiene un efecto positivo sobre el
problema de fisuración, cuando el grado de templabilidad es alto.
8 No aumenta la susceptibilidad del acero a la fractura debido a la
absorción de hidrógeno.
31
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9 Mejora el límite de fatiga.
10. Reduce el número de ciclos para falla bajo condiciones de alto
esfuerzo.
11 puede presentarse en cinco formas de carburo (Mn23C5, Mn15C4, Mn3C y
Mn7C3 Mn5C2), la principal es Mn3C, que forma una serie continua de
soluciones sólidas con Fe3C, reduciendo la solubilidad de carbono en un
hierro.
12 Previene la formación de cementita en los límites de grano.
13 Aumenta la capacidad de embutición profunda en aceros en base a su
refinamiento de grano.
14 En combinación con el nitrógeno, tiene un efecto de endurecimiento
mejorarando las propiedades a alta temperatura.
15 Presenta
una fuerte influencia en la morfología de la perlita de los
aceros de alto carbono.
16 Aumenta la resistencia en los aceros bainíticos mediante la reducción
de tamaño de grano y endurecimiento por dispersión.
17 Reduce las reacciones en martensita revenida.
18 Ayuda a la interfase de precipitación.
19 Elimina el riesgo de fragilidad de las grietas en caliente., mediante la
eliminación del azufre.
20 Tiene una gran influencia en la anisotropía en los aceros forjados
debido a su facilidad de formar sulfuro de manganeso durante el trabajo en
caliente.
21 Aumenta la estabilidad de la austenita.
22 Tiene el tamaño atómico similar al hierro (Mn = 3.58Å, Fe = 3,44 Å).
32
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23 Permite temperaturas más bajas de solución para los tratamientos de
endurecimiento por precipitación en aleaciones austeníticas debido a que
incrementa la solubilidad de carbono.
24 Produce compuestos intermetálicos adecuados para el endurecimiento
de Aceros austeníticos trabajados por precipitación.
25 Juega un papel importante en el control de la precipitación isotérmica de
la austenita,
26 Mejora la resistencia a la corrosión en atmósferas ácidas.
27
Mejora la resistencia al desgaste en los aceros austeníticos con
contenido de manganeso entre 12-14% .
28
Mejora la respuesta de los aceros de baja aleación a tratamientos
termomecánicos.
29 Reduce la tendencia a la segregación durante la colada.
El Manganeso es un elemento gammágeno, favorece el temple del acero,
es preciso limitar su contenido, excepto en los casos especiales en que se busque
obtener dureza o resistencia al desgaste. Rara vez pasa del 2,0% en los aceros
soldables.
El manganeso es un desoxidante enérgico y constituye un ingrediente de
los electrodos o las varillas de aporte como elemento favorable por sus
reacciones con el metal líquido.
El manganeso tiene gran
influencia en la dureza de la zona de
sobrecalentamiento de una soldadura por arco, y en consecuencia, en la
soldabilidad metalúrgica. El poder de temple del acero crece muy rápidamente,
incluso con pequeñas concentraciones de manganeso (de 1,25 a 1,50%) al
aumentar el contenido de carbono.
33
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2.14. Níquel
Una de las ventajas más grandes que reporta el empleo del níquel, es
evitar el crecimiento del grano en los tratamientos térmicos, lo que sirve para
producir en ellos gran tenacidad. El níquel además hace descender los puntos
críticos y por ello los tratamientos pueden hacerse a temperaturas ligeramente
más bajas que la que corresponde a los aceros ordinarios. Experimentalmente se
observa que con los aceros aleados con níquel se obtiene para una misma
dureza,
un
límite de
elasticidad
ligeramente más elevado
y mayores
alargamientos y resistencias que con los aceros al carbono o de baja aleación. En
la actualidad se ha restringido mucho su empleo, pero sigue siendo un elemento
de aleación indiscutible para los aceros de construcción empleados en la
fabricación de piezas para maquinas y motores de gran responsabilidad, se
destacan sobre todo en los aceros cromo-níquel y cromo-níquel-molibdeno.
El níquel es un elemento de extraordinaria importancia en la fabricación de
aceros inoxidables y resistentes a altas temperaturas, en los que además de
cromo se emplean porcentajes de níquel variables de 8 a 20%.
Los aceros al níquel más utilizados son los siguientes:
a) Aceros al níquel con 2, 3 y 5%. Con 0.10 a 0.25% de carbono se utilizan
para cementación, y con 0.25 a 0.40% de carbono para piezas de gran
resistencia.
b) Aceros cromo-níquel-molibdeno con porcentajes de níquel variables
desde 1 a 5%; con bajos porcentajes de carbono (0.10 a 0.22%) se
emplean para cementación y con porcentajes de 0.25 a 0.40% de carbono
se emplean para piezas de gran resistencia. En estos aceros los
porcentajes de estos elementos aleados suelen estar en relación
aproximada de 1% de cromo y 3% de níquel.
c) Aceros de media aleación níquel-molibdeno y níquel-manganeso. Se
suelen emplear para piezas de gran resistencia y para piezas cementadas
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con porcentajes de carbono variables de 0.25 a 0.40% en el primer caso y
de 0.10 a 0.25% en el segundo, variando el contenido en níquel de 1 a 2%,
el de manganeso de 1 a 1.5% y el molibdeno de 0.15 a 0.40%.
d) Aceros inoxidables y resistentes al calor cromo-níqueles, con 8 a 25% de
níquel que son de estructura austenitica.
e) Otros aceros de menor importancia son los aceros cromo-níquel para
estampación en caliente y para herramientas.
2.1.5 Cromo.
Es uno de los elementos especiales más empleados para la fabricación de
aceros aleados, usándose indistintamente en los aceros de construcción, en los
de herramientas, en los inoxidables y los de resistencia en caliente. Se emplea en
cantidades diversas desde 0.30 a 30, según los casos y sirve para aumentar la
dureza y la resistencia a la tracción de los aceros, mejora la templabilidad, impide
las deformaciones en el temple, aumenta la resistencia al desgaste, la
inoxidabilidad, etc.
Los aceros con cromo de mayor utilidad son:
a) Aceros de construcción, de gran resistencia mecánica de 0.50 a 1.50%
de cromo y 0.30 a 0.45% de carbono, aleados según los casos, con níquel
y molibdeno para piezas de gran espesor, con resistencias variables de 70
a 150 Kg/mm2.
b) Aceros de cementación con 0.50 a 1.50% de cromo y 0.10 a 0.25% de
carbono , aleados con níquel y molibdeno.
c) Aceros de nitruración cromo-aluminio-molibdeno.
d) Aceros para muelles cromo-vanadio y cromo-silicio.
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e) Aceros de herramientas con 0.30 a 1.50% de cromo y 0.070 a 1.50% de
carbono. En ellos el cromo mejora la penetración de temple, la resistencia
al desgaste, permite el temple en aceite y evita deformaciones y grietas.
f) Aceros indeformables con 5 a 12% de cromo.
g) Aceros rápidos y de trabajos en caliente.
h) Aceros inoxidables martensiticos con 12 y 17% de cromo, aceros
austeniticos con 14 a 25% de cromo en cantidades de níquel variables de 8
a 25% y aceros inoxidables con 27% de cromo.
El cromo se disuelve en la ferrita y muestra una fuerte tendencia a formar
carburos de cromo y carburos complejos.
2.1.6. Molibdeno.
Mejora notablemente la resistencia a la tracción, la templabilidad y la
resistencia al creep de los aceros. Añadiendo solo pequeñas cantidades de
molibdeno a los aceros cromo-níqueles, se disminuye o elimina casi
completamente la fragilidad Krupp, que se presenta cuando estos aceros son
revenidos en la zona de 450º a 550º.
El molibdeno a aumenta también la resistencia de los aceros en caliente y
reemplaza al wolframio en la fabricación de los aceros rápidos, pudiéndose
emplear para las mismas aplicaciones aproximadamente una parte de molibdeno
por cada dos de wolframio.
El molibdeno se disuelve en la ferrita, pero tiene una fuerte tendencia a
formar carburos. Es un potente estabilizador de los carburos complejos y tiende a
retarde el ablandamiento de los aceros, durante el revenido.
Los aceros de molibdeno más utilizados son:
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a) Aceros de manganeso-molibdeno, cromo-molibdeno y cromo-níquelmolibdeno de bajo contenido de carbono para cementación, y de 0.15 a
0.40% de carbono para piezas de gran resistencia.
b) Aceros rápidos con 6 a 10% de molibdeno; son de utilización
relativamente parecida a los aceros rápidos al wolframio, pero en ellos el
wolframio es sustituido por el molibdeno.
c) Aceros de 0.50 a 6% de molibdeno que se emplean principalmente para
construcciones metálicas, tuberías e instalaciones en refinerías de petróleo,
en las que llegan a calentasen de 100º a 300º y deben resistir bien el efecto
de esos calentamientos relativamente moderados.
2.1.7. Wolframio (tungsteno).
Es un elemento muy utilizado para la fabricación de aceros de
herramientas, empleándose en especial en los aceros rápidos, aceros para
herramientas de corte y aceros para trabajos en caliente. Sirve para mantener la
dureza de los aceros a elevada temperatura y evitan que se desafilen o ablanden
las herramientas, aunque lleguen a calentarse a 500º o 600º. También se usa
para la fabricación de aceros para imanes.
El wolframio se disuelve ligeramente en la ferrita y tiene una gran tendencia
a formar carburos. Los carburos de wolframio tienen gran estabilidad.
Los aceros más utilizados de wolframio son:
a) Los aceros rápidos con 18% de wolframio y cantidades variables de
cromo, vanadio y molibdeno y 0.701% aproximadamente de carbono.
b) Aceros para trabajos en caliente con 9 a 15% de wolframio y 0.30 a
0.40% de carbono. Para algunos usos de menos responsabilidad se
emplean aceros de más baja aleación con 1 a 5% de wolframio.
c) Aceros para la fabricación de herramientas varias con 1 a 14% de
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wolframio y otros elementos: cromo, manganeso, vanadio, etc., que se
emplean para trabajos de corte.
d) Aceros
inoxidables cromo-níqueles con
wolframio, de gran
resistencia mecánica a elevada temperatura.
2.1.8. Vanadio.
Se emplea principalmente para la fabricación de aceros de herramientas,
tiende a afinar el grano y a disminuir la templabilidad. Es un elemento desoxidante
muy fuerte y tiene una gran tendencia a formar carburos.
El vanadio tiene una gran tendencia muy fuerte a formar carburos, por esta
razón, basta con añadir pequeñas cantidades, y pocos aceros, excepto los de
herramientas, contienen más de 0.02% de vanadio. Una característica de los
aceros con vanadio, es su gran resistencia al ablandamiento por revenido.
Los aceros con vanadio más utilizados son:
a) Aceros rápidos que suelen contener de 0.50 a 1% de vanadio.
b)
Aceros
de
herramientas
de
diversas
clases.
Para
troqueles
indeformables, etc., que suelen tener de 0.10 a 0.30% de vanadio.
c) Aceros para muelles cromo-vanadio.
2.1.9. Silicio.
Este elemento aparece en todos los aceros, lo mismo que el manganeso,
porque se añade intencionadamente durante el proceso de fabricación. Se
emplea como elemento desoxidante complementario del manganeso con objeto
de evitar que aparezcan en el acero los poros y otros defectos internos. Los
aceros pueden tener porcentajes variables de 0.20 a 0.34% de Si.
Se emplean aceros de 1 a 4.5% de Si y bajo porcentaje de carbono para la
fabricación de chapas magnéticas, ya que esos aceros, en presencia de campos
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magnéticos variables, dan lugar solo a perdidas magnéticas muy pequeñas,
debido a que el silicio aumenta mucho su resistividad.
Mejora ligeramente la templabilidad y la resistencia de los aceros a
disminuir la tenacidad, y en ciertos casos mejora también su resistencia a la
oxidación.
2.1.10. Cobalto.
Se emplea casi exclusivamente en los aceros rápidos de más alta calidad.
Este elemento al ser incorporado en los aceros, se combina con la ferrita,
aumentando su dureza y su resistencia. Es uno de los pocos elementos aleados
que mueva el punto eutectoide hacia la derecha y reduce la templabilidad de los
aceros.
El cobalto se suele emplear en los aceros rápidos al wolframio de máxima
calidad en porcentajes variables de 3 a 10%.
2.1.11. Aluminio.
Se emplea como elemento de aleación en los aceros de nitruracion, que
suele tener 1% aproximadamente de aluminio. Como desoxidante se suele
emplear frecuentemente en la fabricación de muchos aceros. Todos los aceros
aleados en calidad contienen aluminio en porcentajes pequeñísimos, variables
generalmente desde 0.001 a 0.008%.
2.1.12. Titanio.
Se suele añadir pequeñas cantidades de titanio a algunos aceros muy
especiales para desoxidar y afinar el grano. El titanio tiene gran tendencia a
formar carburos y a combinarse con el nitrógeno. En los aceros inoxidables
cromo-níquel, actúa como estabilizador de los carburos y evita la corrosión
intercristalina.
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2.1.13. Cobre.
El cobre se suele emplear para mejorar la resistencia a la corrosión de
ciertos aceros de 0.15 a 0.30% de carbono, que se usan para grandes
construcciones metálicas. Se suele emplear contenidos en cobre variables de
0.40 a 0.50%.
2.1.14. Boro.
Se ha visto que en cantidades pequeñisimas de boro del orden de 0.0001 a
0.0006%, mejoran notablemente la templabilidad, siendo en este aspecto el más
efectivo de los elementos aleados y el de mayor poder templante de todos.
Influencia de elementos extraños en las características mecánicas de los aceros
de bajo contenido en carbono.
2.1.15. Azufre y Fósforo.
La presencia de fósforo y azufre, salvo en muy pocas ocasiones, es
perjudicial para la calidad de los aceros, procurándose eliminar esos elementos
en los procesos de fabricación. En general se recomienda que en los aceros
ordinarios el contenido de cada uno de esos elementos no pase del 0.06%, y en
los aceros de calidad se suele exigir porcentajes de fósforo y azufre inferiores a
0.03%.
El azufre cuando se presenta como sulfuro de hierro, provoca durante los
procesos de forja o laminación del acero poca resistencia y a veces se agrieta por
iniciarse la fusión de éste, que se encuentra en el acero en forma de retícula en la
microestructura del acero. Por el contrario cuando aparece como sulfuro de
manganeso, tiene una temperatura de fusión muy elevada, y no da paso a la
fragilidad en caliente; en ambos casos el alargamiento y la resistencia del acero
queda muy disminuido.
El fósforo se encuentra siempre disuelto en los granos de ferrita a los que
comunica gran fragilidad.
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2.1.16. Carbón equivalente.
Carbón equivalente y su relación con el manganeso; este término fue
desarrollado como una fórmula para normalizar la composición química del acero
en un solo número que nos indica como la composición química podría afectar el
endurecimiento o templabilidad del material, lo que nos serviría para seleccionar
la temperatura de precalentamiento más adecuada.
Hay muchas fórmulas, para este término para aceros de baja aleación,
incluso microaleados por ejemplo:
[CE] = %C + ( %Mn + %Si ) + ( %Cr + %Mo + %V ) + ( %Ni + %Cu )
6
5
15
[C] = C% + Mn % + Si %
4
4
Indica que, desde el punto de vista de la soldabilidad metalúrgica, el
manganeso posee un poder templante cuatro veces menor que el carbono. En
general, es necesario precalentar los aceros que contienen bastante manganeso
y carbono, cuando el equivalente de carbono excede del 0,45%. La relación
Mn/C puede constituir así mismo, un criterio de calidad de acero y de su
comportamiento en lo que respecta a la soldadura, si bien hasta ahora no se ha
determinado cual ha de ser el valor de esta relación, podemos pensar que debe
ser por lo menos igual a 4 para que el manganeso desempeñe plenamente su
papel.
2.1.17. Influencia de los elementos de aleación en la ferrita.
La solución de los elementos de aleación en el Fe se efectúa como
resultado de la sustitución de los átomos de hierro por átomos de estos
elementos. Los átomos de los elementos de aleación que se diferencian de los del
hierro por sus dimensiones y estructura, crean en la red tensiones que provocan
la variación de su naturaleza. Todos los elementos que se disuelven en la ferrita
hacen que varíen los parámetros de la red de esta en un grado mayor, cuanto
más se diferencian las dimensiones del átomo de hierro y del elemento de
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aleación. Los elementos de cuyo radio atómico es menor que el del hierro,
disminuyen los parámetros de la red, y los del radio atómico mayor, los aumentan.
Es natural que la variación de las dimensiones de la red a ocasione un
cambio de las propiedades de la ferrita: se eleva su resistencia y disminuye la
plasticidad. En la figura se muestran los cambios de las propiedades de la ferrita
(dureza y resiliencia) cuando se disuelven en ella diversos elementos.
Como se ve por el diagrama, el cromo, el molibdeno y el wolframio
endurecen la ferrita menos que el níquel, el silicio, y el manganeso. El molibdeno
y el silicio (cuando estos últimos están presentes con más del 1%) hacen
disminuir la tenacidad de la ferrita, el cromo menos y el níquel nada.
Figura 12. Influencia de los elementos de aleación en las propiedades de la ferrita:
a) dureza; b) resiliencia.
Tiene gran importancia la influencia que ejercen los elementos de aleación
en el umbral de fragilidad en frío. La existencia de cromo en el hierro contribuye a
que se produzca cierta elevación de dicho umbral, mientras que el níquel hace
que baje bruscamente, disminuyendo con ello la tendencia del hierro a las roturas
frágiles..
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Por tanto de los seis elementos de aleación más difundidos que se han
enumerado el níquel tienen un valor especial. El níquel que endurece con
bastante intensidad la ferrita, no disminuye su tenacidad y hace que disminuya su
umbral de fragilidad en frío, mientras que los otros elementos, si no disminuyen la
tenacidad, endurecen la ferrita débilmente (el cromo) o la endurecen mucho, pero
hacen que descienda bruscamente su tenacidad (manganeso y silicio).
2.1.18. La fase carburo en los aceros aleados.
En los aceros sólo forman carburos los metales que en el sistema periódico
se encuentran a la izquierda del hierro. Estos metales lo mismo que el hierro
pertenecen a los metales del grupo de transición, pero tienen menos ocupado el
subnivel electrónico d. Cuanto más a la izquierda se encuentre en el sistema
periódico el elemento formador de carburos, tanto menos ocupado estará su
subnivel d. De acuerdo con lo expresado formarán carburos en el acero los
elementos siguientes: titanio, vanadio, cromo, manganeso, circonio, niobio,
molibdeno, hafnio, tantalio, y wolframio.
Se ha establecido que en los aceros pueden formarse los carburos
siguientes:
Ø Carburos del grupo I: M3C, M23C6, M7C3, M6C. Tienen estructura
cristalina compleja. El representante típico es la cementita.
Ø Carburos del grupo II (fases de inserción): MC, M2C. Tienen red
cristalina simple y cristalizan con un déficit considerable de carbono.
La letra M representa el elemento formador de carburo que origina el
carburo indicado. Sin embargo los carburos indicados no existen puros en los
aceros. Los carburos de todos los elementos de aleación contienen hierro en
disolución, y si en el acero existen varios elementos capaces de formar carburos,
también contendrán estos elementos. Así en el acero al cromo – manganeso en
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vez de carburo puro Cr23C6 se forma el carburo (Cr, Mn,Fe)23C6, que lleva en
disolución hierro y manganeso.
Como los carburos tienen la misma fórmula química se disuelven
mutuamente, resulta por ejemplo, que si en un acero hay titanio y niobio no se
formarán dos tipos de carburos separados, sino un carburo común, en el cual “en
iguales condiciones” entra el titanio y el niobio.
Conviene advertir que las fases de inserción son difícilmente solubles en la
austenita. Esto significa que durante el calentamiento (incluso si es muy elevado),
pueden no pasar a la solución sólida. En esto se distinguen de los carburos del
grupo I, que durante el calentamiento se disuelven fácilmente en la austenita.
Todas las fases de carburo poseen alta temperatura de fusión y gran
dureza. Las fases de inserción superan en este sentido a los carburos del grupo I.
2.1.19. Influencia de los elementos de aleación en la cinética de la
descomposición de la austenita.
La cinética de la descomposición de la
austenita determina el
comportamiento de del acero durante el tratamiento térmico. Y la influencia de los
elementos de aleación en la cinética de las transformaciones de la austenita es
muy grande.
Los elementos que solo se disuelven en la ferrita o la cementita sin formar
carburos especiales sólo ejercen una influencia cuantitativa en los procesos de
transformación. Aceleran la transformación (a este tipo solo pertenece el cobalto)
o la retardan (la mayoría de los elementos, entre ellos el manganeso, el cobre, el
níquel y otros).
Los elementos que forman carburos introducen variaciones no solo
cuantitativas sino cualitativas en la cinética de la transformación isotérmica. Así
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los elementos que de aleación que forman carburos solubles en la austenita, a
diferentes temperaturas influyen de distinto modo en la velocidad de
descomposición de la austenita: a 700 – 500ºC (formación de la perlita) retardan
la transformación; a 400 – 500ºC la retardan mucho, y a 400 – 300ºC (formación
de la bainita) la aceleran.
Así pues en los aceros aleados con elementos formadores de carburos
(cromo, molibdeno, wolframio) se observan dos máximos de la velocidad de
descomposición de la austenita (dos narices en las curvas de descomposición),
separados por una región de gran estabilidad de la austenita subenfriada. La
descomposición isotérmica de la austenita tiene dos intervalos de transformación
perfectamente definidos: la transformación en estructuras laminares (perlítica) y la
transformación en estructuras aciculares (bainítica).
En la Figura siguiente, se da una representación esquemática del diagrama
de la transformación isotérmica (se muestra únicamente al principio de la
transformación).
Figura 13. Esquema de los diagramas de la descomposición isotérmica de la
austenita. a) acero al carbono (1) acero ligado con elementos que no forman
carburos (2); b) acero al carbono (1) y acero ligado con elementos que forman
carburos.
La propiedad más importante prácticamente de los elementos de aleación
es la de ser capaces de retardar la velocidad de descomposición de la austenita
en la región de la transformación perlítica, lo que se expresa por el
desplazamiento de la línea hacia la derecha en el diagrama de descomposición
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isotérmica de la austenita. Esto contribuye a que la templabilidad sea mayor y al
subenfriamiento de la austenita hasta el intervalo de la transformación
martensítica siendo más lento el enfriamiento, por ejemplo, cuando se enfría en
aceite o al aire, lo que naturalmente va ligado a la disminución de la velocidad
crítica de temple.
2.1.20. Influencia de los elementos de aleación en la transformación martensítica.
Los elementos de aleación no influyen en la cinética de la transformación
martensítica, la cual por lo visto es igual en todos los aceros. Su influencia se
manifiesta aquí exclusivamente en la posición del intervalo de temperaturas de
esta transformación y esto, a su vez, se refleja también en la cantidad de
austenita residual que se fija en el acero templado. Algunos elementos elevan el
punto martensítico y disminuyen la cantidad de austenita residual (aluminio,
cobalto), otros no ejercen influencia en él (silicio), pero la mayoría hace que
descienda el punto martensítico y que aumente la cantidad de austenita residual.
En el diagrama puede verse que en el 5% de Mn baja el punto martensítico
hasta 0ºC, por consiguiente, con este contenido (u otro mayor) de este elemento
de aleación puede fijarse el estado austenítico por enfriamiento.
Figura 14. Influencia de los elementos de aleación en la temperatura de
transformación martensítica (a), y en la cantidad de austenita residual (b). Los
aceros contienen 1% de carbono.
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2.1.21. Influencia de los elementos de aleación en el crecimiento del grano.
Todos los elementos de aleación disminuyen la tendencia del grano de
austenita al crecimiento. Excepciones de la regla son el manganeso y el boro, los
cuales contribuyen a que crezca el grano. Los demás elementos, que afinan el
grano, ejercen diversa influencia en: el níquel, el cobalto, el silicio y el cobre
(elementos que no forman carburos) influyen relativamente poco en el crecimiento
del grano; el cromo, el molibdeno, el wolframio, el vanadio, y el titanio afinan
mucho el grano (estos elementos se han enumerado en el orden en que aumenta
la intensidad de su acción). Esta diferencia es consecuencia directa de la distinta
estabilidad de los carburos (y nitruros) de estos elementos.
Los carburos excesivos, no disueltos en la austenita, impiden el crecimiento
del grano de la austenita. Por esto en el acero, si hay en él aunque sea solamente
una pequeña parte cantidad de carburos no disueltos, conserva la estructura de
grano fino hasta temperaturas de calentamiento muy elevadas.
2.1.22.
Influencia de los elementos de aleación en las transformaciones del
revenido.
Los elementos de aleación retardan el proceso de descomposición de la
martensita. Ciertos elementos, como el níquel o el manganeso influyen de un
modo insignificante, mientras que la mayoría de (cromo, molibdeno, silicio, etc) lo
hacen considerablemente.
Esto se debe a que los procesos que se desarrollan durante el revenido
tienen carácter difusivo, y la mayoría de los elementos de aleación retardan la
transformación de los carburos, sobre todo en la etapa de coagulación.
Para obtener iguales resultados, el acero aleado con elementos como el
cromo, molibdeno, silicio y otros, tiene que ser calentado durante una temperatura
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más alta o hay que aumentar la duración del revenido en comparación con el
revenido del acero al carbono.
Esto se debe a que los procesos que se desarrollan durante el revenido
tienen carácter difusivo, y la mayoría de los elementos de aleación retardan la
transformación de los carburos, sobre todo en la etapa de coagulación.
Para obtener iguales resultados, el acero aleado con elementos como el
cromo, molibdeno, silicio y otros, tiene que ser calentado durante una temperatura
más alta o hay que aumentar la duración del revenido en comparación con el
revenido del acero al carbono.
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CAPÍTULO 3
TRATAMIENTOS TÉRMICOS INDUSTRIALES
3.1 Transformaciones durante el tratamiento térmico de los aceros.
El estudio de los procesos de Tratamiento Térmico del acero comenzó por
D.Chernov en 1868. El postulado de Chernov acerca de que las propiedades de
los aceros se determinan por la estructura y que esta depende de la temperatura
de calentamiento y de la rapidez del enfriamiento, fue generalmente reconocido y
durante los decenios siguientes, los investigadores establecieron la relación entre
la estructura y las condiciones de su formación (principalmente la temperatura de
calentamiento y la velocidad de enfriamiento).
En los años 20 y 30 de este siglo investigadores como el soviético
S.Steinberg, los norteamericanos Mell y Bain y los alemanes Weber, Hannerman
y Esser, con sus numerosas y profundas investigaciones establecieron la cinética
de las transformaciones del acero en sus diferentes composiciones químicas.
3.2. Transformaciones durante el calentamiento del acero.
Para el análisis de las transformaciones durante el calentamiento de los
aceros, se tomará la parte del diagrama Fe-C correspondiente a las aleaciones
por debajo de 1147ºC de temperatura y por debajo de 2,14% de Carbono, como
se muestra en la siguiente figura. A las curvas de transformaciones de fase se le
asignarán las siguientes nomenclaturas:
A1 (Ac1 ó Ar1): Línea de la reacción eutectoide.
A3 (Ac3 o Ar3): Línea de transformación alotrópica de austenita en
ferrita.
Am (Acm o Arm): Curva de pérdida de solubilidad de la austenita.,
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Figura 15. Zona del Diagrama Fe – C correspondiente a la reacción eutectoide
con las curvas de transformación de fases empleadas en el tratamiento térmico
del acero.
Para el estudio de las transformaciones de fase del acero se utilizará el
acero eutectoide es decir, aquel que tiene 0,8%C y 100% de perlita. Durante las
transformaciones de fase del resto de los aceros, habrá que tener en cuenta la
presencia de otros constituyentes estructurales como lo son la ferrita y la
cementita.
El comienzo de la transformación de Perlita en Austenita solo puede
efectuarse, si el calentamiento es muy lento. En las condiciones normales de
calentamiento la transformación se retrasa y se obtiene un sobrecalentamiento.
La perlita sobrecalentada por encima del punto crítico se transforma, a
velocidad distinta en dependencia del grado de sobrecalentamiento en la
austenita.
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Figura 16 Diagrama de transformación de fase de la perlita durante el
calentamiento.
La posición de las curvas muestra que mientras más altas son las
temperaturas la transformación ocurre en un intervalo menor de tiempo y tanto
más elevada es la temperatura de transformación. El tiempo entre el inicio y final
de la transformación se denomina de incubación.
La transformación se caracteriza por la formación de austenita y la
desaparición de la perlita. Para homogeneizar la composición química después
que ocurra la transformación es necesario dar un tiempo de mantenimiento para
que mediante los procesos difusivos la composición en carbono de la misma sea
la misma en toda la austenita. Téngase en cuenta que la austenita se origina de la
ferrita que tiene 0,02%C y de la cementita que presenta 6,67%C. La composición
en carbono de ambas fases es muy disímil. Este tiempo de mantenimiento debe
tenerse siempre en cuenta desde el punto de vista tecnológico.
3.3. Efectos del tamaño de grano.
El tamaño de grano tiene un notable efecto en las propiedades mecánicas
del metal. Los efectos del crecimiento de grano provocados por el tratamiento
térmico son fácilmente predecibles. La temperatura, los elementos aleantes y el
tiempo de impregnación térmica afectan el tamaño del grano.
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En metales, por lo general, es preferible un tamaño de grano pequeño que
uno grande. Los metales de grano pequeño tienen mayor resistencia a la tracción,
mayor dureza y se distorsionan menos durante el temple, así como también son
menos susceptibles al agrietamiento. El grano fino es mejor para herramientas y
dados. Sin embargo, en los aceros el grano grueso incrementa la endurecibilidad,
la cual es deseable a menudo para la carburización y también para el acero que
se someterá a largos procesos de trabajo en frío.
Todos
los
metales
experimentan
crecimiento
de
grano
a
altas
temperaturas. Sin embargo, existen algunos aceros que pueden alcanzar
temperaturas relativamente altas (alrededor de 1800 °F o 982 °C) con muy poco
crecimiento de grano, pero conforme aumenta la temperatura, existe un rápido
crecimiento de grano. Estos aceros se conocen como aceros de grano fino. En un
mismo acero puede producirse una gama amplia de tamaños de grano.
Existen diversos métodos para determinar el tamaño de grano, como se
ven en un microscopio. El método que se explica aquí es el que utiliza con
frecuencia los fabricantes. El tamaño de grano se determina por medio de la
cuenta de los granos en cada pulgada cuadrada bajo un aumento de 100X. El
tamaño de grano especificado es por lo general, el tamaño de grano austenítico.
Un acero que se temple apropiadamente debe exhibir un grano fino.
El crecimiento de grano anormal o heterogéneo en austenita puede ser un
resultado no deseado de procesos de manufactura de aceros que impliquen
austenización. Las propiedades mecánicas de materiales que presentan una
distribución bimodal de tamaño de grano austenítico podrían degradarse, A este
respecto, el estudio de la zona afectada por el calor es un tópico de relevancia en
soldadura y, en general, se torna importante el control de las condiciones de
tratamiento térmico en austenita para evitar heterogeneidades en el tamaño de
grano. En este sentido, la influencia de la velocidad de calentamiento a la
austenita en la distribución de tamaño de grano austenítico particularmente, en la
formación de una estructura heterogénea de tamaño de grano, ha sido informada
en la literatura referida a aceros al carbono, aceros microaleados al Ti y V o Nb, y
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aceros martensítico ferríticos 9% Cr. En algunos casos, se ha encontrado un valor
crítico para la velocidad de calentamiento, por sobre el cual se desarrolla una
distribución heterogénea de tamaño de grano austenítico en condiciones fijas de
temperatura y tiempo de mantenimiento en austenita.
En aceros estabilizados por adición de elementos aleantes que refinan los
granos austeníticos por precipitación de segundas fases y anclaje subsiguiente
de los bordes de grano, se han establecido relaciones empíricas entre el tamaño
medio crítico del grano austenítico, Dcrit, la fracción en volumen de las partículas
que anclan, f, y el diámetro crítico de dichas partículas, r, dadas por expresiones
del tipo
Donde φ es una constante para un dado acero Así, la velocidad de
calentamiento VH y la temperatura de austenización TA jugarían un rol en el
crecimiento de grano heterogéneo a través de su influencia sobre f o r, lo cual
llevaría a su vez a variaciones locales de Dcrit.
Una vez finalizada la transformación de perlita en austenita se forma una
gran cantidad de granos pequeños de austenita. El tamaño de estos granos
caracteriza la magnitud llamada grano inicial de la austenita.
El calentamiento ulterior o el mantenimiento a la temperatura dada, una vez
terminada la transformación provoca el crecimiento de los granos de austenita.
Este es un proceso que se desarrolla espontáneamente. En ese sentido se
distinguen dos tipos de acero.
Aceros
de
grano
fino
hereditario
(poco
propensos
al
crecimiento).
Acero de grano fino hereditario (muy propensos al crecimiento).
El tamaño de grano obtenido en el acero como resultado de un tratamiento
térmico se llama grano real. Los granos crecen durante el calentamiento y no
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disminuyen de tamaño durante el enfriamiento. Por esto la temperatura máxima
de calentamiento del acero en estado austenítico y su granulación hereditaria
determinan el tamaño definitivo del grano.
3.4. Diagrama T:T:T ó Curva “S”.
Se denomina curva TTT al diagrama que relaciona el tiempo y la
temperatura requeridos para una transformación isotérmica.
Los diagramas TTT son gráficas que representan la temperatura frente al
tiempo (normalmente en escala logarítmica).
Son muy útiles para entender las transformaciones de un Acero que se
enfría isotérmicamente. Así por ejemplo, en el caso del acero, y más
concretamente para la fase Austenita, que es inestable debajo de la temperatura
de transformación eutectoide, se necesita saber cuánto tiempo requerirá para
empezar a transformarse a una temperatura subcrítica específica, cuánto tiempo
precisará para estar completamente trasformada y cuál será la naturaleza del
producto de esta transformación.
Se elaboran con el porcentaje de transformación frente al logaritmo de las
medidas de tiempo.
En una curva TTT distinguimos:
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Figura 16. DiagraT.T.T.
Por debajo de Ms la evolución es independiente del tiempo, sólo depende
de la temperatura, es atérmica.
La nariz perlítica nos da el mínimo tiempo de retardo y nos define la
velocidad crítica de temple del acero, que es la mínima velocidad que nos permite
alcanzar una estructura 100% Martensítica, sin haber sido sometido a ninguna
otra transformación en el enfriamiento.
Llamamos tiempo de retardo o periodo de incubación al tiempo necesario
para que comience la transformación isoterma de la austerita, es distinto para
cada temperatura.
El diagrama TTT más simple es el del acero al carbono eutectoide al
carbono ya que no hay constituyentes proeutectoides en la microestructura.
En las figuras observamos la diferencia entre un diagrama de un Acero
Hipoeutectoide y otro Hipereutectoide.
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γe
γe
γe
γe
γ+α
γ+ CF3
α+P
γ+P+α
γi
γ+P+CF3
CF3+P
γi
γ+B
B
γ+M
γ+B
B
γ+M
M
M
Figura 17. Dos ejemplos de diagrama TTT
En los diagramas distinguimos tres zonas:
1.
La de la izquierda de las curvas, donde la Austenita todavía no ha
comenzado a transformarse.
2.
La comprendida entre las dos curvas, donde la Austenita está en
periodo de transformación.
3.
La de la derecha, donde la Austenita se encuentra completamente
transformada.
Para obtener estos diagramas, se calienta un conjunto de probetas iguales
a la temperatura de austenización, y se mantienen allí hasta que se transforman
en austerita. Conseguido esto, se enfrían bruscamente en baños de sales o metal
fundido hasta la temperatura deseada, que permanecerá constante mientras dure
el ensayo; a intervalos de tiempo determinados se sacan las probetas del baño y
se enfrían bruscamente hasta temperatura ambiente.
Mediante el examen
microscópico de las mismas, se determina la cantidad de austerita transformada
en función del tiempo y con ello, el principio y el final de la transformación. Se
obtiene así el diagrama que nos da la cantidad de Austenita transformada en
función del tiempo, a temperatura constante.
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Existen diversos factores que influyen sobre las curvas TTT, desplazando
las mismas hacia la derecha o hacia la izquierda en el diagrama, es decir,
retardando o adelantando el comienzo de la transformación martensítica, o
desplazando hacia arriba o hacia abajo las líneas de principio y fin de la
transformación martensítica. Estos factores son, entre otros:
1.
El contenido en Carbono de la aleación: a mayor contenido mayor
será el desplazamiento hacia la derecha de las curvas inicial y
final de transformación; y hacia abajo las isotermas que indican el
principio y el fin de la transformación martensítica.
2.
Temperatura de Austenización: cuanto mayor sea, mayor será el
tamaño de grano, y mayor por tanto el desplazamiento de las
curvas hacia la derecha y hacia abajo.
3.
Elementos Aleantes: distinguimos entre dos tipos:
a. Ganmágenos: aquellos que se disuelven preferentemente en la
Austenita como son el Níquel y el Manganeso, que expanden por
tanto el campo de existencia de la Austenita desplazando hacia
abajo las isotermas.
b. Alfágenos: se disuelven preferentemente en la fase α (Ferrita),
son por ejemplo el Cromo, el Molibdeno, el Vanadio y el
Wolframio; y desplazan las isotermas hacia arriba.
c. Carburígenos: son elementos (habitualmente Alfágenos) que
tienden a formar carburos. Producen una segunda zona de
temperaturas de transformaciones rápidas al nivel de la
transformación de la austerita en Bainita.
Todos los elementos de aleación, excepto el cobalto, aumentan los tiempos
de transformación isoterma de la austenita.
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Existe una fórmula, la “Fórmula de Andrews” que nos da la influencia de los
elementos aleantes en la temperatura Ms, en grados Celsius:
Ms(ºC)=500-350(%C)-40(%Mn)-35(%V)-20(%Cr)-17(%Ni)-10(%Cu)-5(%W)+15(%Co)+30(%Al)
A partir de estos diagramas podemos determinar el tratamiento bajo el cual
debemos someter a un material para obtener la estructura y las propiedades
deseadas, y como deben ser los tiempos y las temperaturas de dichos
tratamientos.
Además de las curvas TTT, podemos hablar de las curvas TTT de
enfriamiento continuo, que no pueden ser deducidas a partir de las anteriores y
que presentan unos tiempos mayores debido a que en el caso de enfriamiento
continuo se pasa mayor cantidad de tiempo a altas temperaturas, mientras que en
el caso isotérmico el material llega instantáneamente a la temperatura de
transformación. En estos últimos se indica en la parte inferior una escala de
dureza.
Para el análisis de un acero eutectoide (0,8%C), observemos el siguiente
diagrama.
Figura 18. Diagrama de descomposición isotérmica de la austenita (T.T.T.)
De la línea V1 que caracteriza el enfriamiento lento, se obtienen como
producto final la perlita de poca dureza (de láminas gruesas). Cuando el
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enfriamiento es más rápido (V2 y V3) la velocidad de difusión disminuye
formándose productos más disperso y más duros.
Para templar el acero hay que enfriarlo con una velocidad tal que no tenga
tiempo de producirse los procesos difusivos de descomposición de la austenita en
la región superior de temperaturas. La velocidad mínima de enfriamiento,
necesaria para que se forme la martensita a partir de la austenita se denomina
velocidad crítica de temple (VC). Para templar un acero es necesario que se
enfríe con una velocidad mayor que la crítica. Si el enfriamiento es menor que la
crítica se obtendrán productos perlíticos, principalmente troostita, lo que
disminuirá la dureza del acero.
3.5. Transformación martensítica.
Si la austenita se subenfría hasta la temperatura en la que la red de la
austenita a pesar de la presencia de carbono disuelto en ella, es inestable, pero la
velocidad de difusión del carbono, debido a la temperatura, es tan pequeña que
se efectúa la reestructuración de la red sin que precipite el carbono.
Fe  → Fe 
Sus principales características son:
Ocurre sin difusión.
Origina martensita (solución sólida de carbono en hierro a) de red
tetragonal.
El contenido de carbono de la martensita es igual al contenido de carbono
de la austenita que la originó.
La tetragonalidad de la martensita es proporcional al contenido de carbono.
Se forma una estructura acicular (en forma de láminas o agujas).
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La transformación transcurre a intervalos a partir de la curva de inicio de
transformación (Mi) hasta la curva final de transformación (Mf).
Generalmente (Mf) se encuentran por debajo de 0ºC por lo que en la
estructura del acero siempre queda un pequeño por ciento de austenita que no se
transforma denominado austenita residual.
Es una transformación irreversible. Es decir, no se obtiene a partir de la
martensita, martensita nuevamente.
El metal queda en estado inestable con gran cantidad de tensiones
internas.
3.6. Transformaciones estructurales de la austenita.
En condiciones de enfriamiento lento los cambios de fase que tienen lugar
en los aceros pueden predecirse mediante el diagrama de equilibrio Fe-C. Pero si
las transformaciones no se producen en equilibrio se obtendrán otras fases y
constituyentes, que adquieren gran importancia cuando se trata de modificar las
propiedades mediante los tratamientos térmicos. Variando la velocidad de
enfriamiento se observan los siguientes fenómenos:
Disminución de las temperaturas de comienzo de formación de ferrita (Ar3)
y eutectoide (Ar1)
La transformación eutectoide ya no ocurre a temperatura constante y su
concentración de carbono es menor a 0,8 %.
Disminución de la cantidad de ferrita libre, hasta desaparecer.
Afinamiento de la perlita.
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Formación de troostita (intermedio de temple).
Crecimiento acicular de la ferrita.
Cuando la difusión está limitada, formación de martensita.
Surgimiento de otra estructura (entre la perlita y la martensita), denominada
bainita, en la que la ferrita crece en forma acicular y la cementita precipita
en su interior.
Esta gama de estructuras que aparecen según las condiciones a la que
ocurre la transformación alotrópica desde la austenita, se representan en los
diagramas temperatura/tiempo/transformación o diagramas TTT.
3.7. Efecto de la composición.
La composición química de un acero y en especial el contenido de los
elementos aleantes, es el factor que influye más decisivamente en la forma y
situación de la curva de la “S”, Además, para una composición dada, el tamaño de
grano y la homogeneidad de la austenita, ejercen también una gran influencia.
La mayoría de los elementos aleantes retardan la transformación
isotérmica de la austenita; por lo tanto, las curvas TI son desplazadas a la
derecha. Los distintos elementos difieren en el tipo e importancia de los efectos; el
carbono es el más potente, pero su contenido en el acero está normalmente
determinado por otras consideraciones. El diagrama de la fig. 19 está desplazado
a la derecha respecto al de la fig. 20, que posee menos carbono.
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Figura 19 Diagrama TTT acero SAE 1080 Figura 20. Diagrama TTT acero SAE 1045
El níquel, que no forma carburos, desplaza toda la curva sustancialmente a
la derecha. Los elementos que forman carburos, especialmente el cromo y el
molibdeno, retardan la transformación perlítica en una proporción mayor que la
transformación bainítica. Esta tendencia es bien clara en el diagrama TI del acero
SAE 4140, de la Fig. 21, que posee pequeñas cantidades de Cr y Mo.
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Figura 21. Diagrama de transformación isotérmica del acero.
Estos diagramas TI, de transformación isotérmica, se utilizan para predecir
el tiempo que debe permanecer el acero a una dada temperatura hasta completar
los cambios estructurales. Pero la mayoría de los tratamientos térmicos
industriales se realizan enfriando de forma continua las piezas, desde la
temperatura de austenización; esas curvas de enfriamiento no pueden ser
colocadas directamente sobre los diagramas TI.
No obstante se ha comprobado que los fenómenos que se presentan en
ambos modos de transformación de la austenita, son bastante parecidos,
empezando en los enfriamientos continuos a temperaturas un poco más bajas. De
una forma similar a la descrita anteriormente, se han trazado los diagramas TC o
de transformación continua, cuyas curvas están ligeramente desplazadas a la
derecha y hacia abajo, respecto a las obtenidas isotérmicamente. Con ellos se
puede conocer la estructura que se obtendrá para cada velocidad de enfriamiento,
y la velocidad crítica de temple, tangente a la nariz, que es la mínima velocidad de
enfriamiento para la que se produce la transformación completa de austenita en
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martensita. En la Fig. 22 se representa el diagrama TC del acero SAE 4140. Las
curvas de enfriamiento indicadas con los números 2, 4, 8, 16 y 48, se
determinaron a lo largo de la probeta Jominy, que se describirá más adelante.
Figura 22: Diagrama de transformación continua del acero SAE 4140.
Cuando las temperaturas de comienzo y fin de la transformación
martensítica, Ms y Mf, son bajas y la nariz perlítica se encuentra desplazada a la
derecha del diagrama, se dice que el acero es más templable. En estos casos, la
velocidad crítica es menor y puede obtenerse martensita templando en medios
menos severos, como el aceite. Al mismo tiempo, la templabilidad de un acero
indica su capacidad para adquirir dureza en el temple y que ésta penetre hacia el
interior de la pieza. En general, puede afirmarse que cuando el diámetro de la
pieza supera los 25 mm, si se desea obtener más de 50% de martensita en el
núcleo es necesario emplear aceros de alta templabilidad, es decir, aceros
aleados.
Los diagramas TTT son datos que proveen los fabricantes de los aceros y
se usan para determinar las condiciones adecuadas de los tratamientos térmicos
para obtener las propiedades mecánicas especificadas en los planos de las
piezas.
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3.8. Ensayo de Jominy:
Fue desarrollado en 1940 y su divulgación ha sido extraordinaria, ya que
fácilmente se puede conocer la templabilidad de los aceros. Este ensayo permite
conocer de forma rápida algunas propiedades de los aceros como las durezas
máximas y mínimas que se pueden obtener.
La norma UNE muestra el procedimiento para realizar este ensayo.
La probeta utilizada para el ensayo es cilíndrica, de un diámetro de 25 mm,
y una longitud de 100 mm. Su forma aparece representada en la figura. Como se
puede observar presenta una acanaladura en su parte superior para que pueda
ser colgada en el equipo de prueba durante el enfriamiento.
Figura 23 Probeta para ensayo de Jominy.
Para templar esta probeta debe ser calentada a la temperatura de
austenización durante 30 minutos con un margen de más menos 5 minutos. Se
debe procurar que la atmósfera dentro del horno esté controlada y que no
aparezca cascarilla.
Una vez terminado el calentamiento, se coloca la probeta en un dispositivo
como el que aparece en la figura, donde se puede apreciar que el chorro de agua
incide directamente sobre la parte inferior de la probeta. La temperatura del agua
se debe encontrar entre 5 y 30ºC. El orificio de salida debe tener un diámetro de
12,5 mm y el chorro debe alcanzar una altura libre de 65 mm sobre el plano del
orificio de salida. El tiempo máximo que debe tardar la probeta desde el horno al
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enfriamiento debe ser de 5 segundos y la probeta debe ser enfriada durante 10
minutos como mínimo.
Figura 24. Calentamiento y ensayo de templabilidad de Jominy
Una vez terminado el enfriamiento se rectifican dos generatrices opuestas
de la probeta una profundidad mínima de 0,4 mm a lo largo de toda su longitud,
determinándose después su dureza Rockwell c. Las medidas de dureza se
realizan cada 1,6 mm, durante la primera pulgada (25,4 mm). Posteriormente se
determina la dureza cada 5 mm. Los resultados obtenidos se registran en un
gráfico standard, donde se relacionan la dureza obtenida, con la distancia al
extremo templado.
3.9. Clasificación de los Tratamientos térmicos industriales.
La gran variedad de propiedades de los aceros, desde blando y dúctil hasta
duro y frágil, es, en gran parte, consecuencia de la transformación alotrópica del
hierro y de los importantes efectos producidos por el carbono. Para controlar esas
propiedades se usan los tratamientos térmicos, que consisten en calentar y
mantener las piezas a temperaturas adecuadas durante cierto tiempo, y luego
enfriarlas convenientemente.
De esta forma se modifica la estructura microscópica, se verifican
transformaciones físicas y, en algunos casos, hay cambios en la composición
química.
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El tiempo y la temperatura son los factores principales y deben ser fijados
previamente, de acuerdo a la composición química, la forma y el tamaño de las
piezas y las propiedades finales que se desean obtener. La clasificación de
tratamientos térmicos industriales se muestra en el listado siguiente:
En la mayoría de los tratamientos térmicos, el calentamiento debe hacerse
hasta unos 30 a 50ºC por encima de la temperatura Ac3 obtenida del diagrama
Fe-C.
Figura 25. Zona AC3 en el diagrama hierro-carbono.
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Las piezas deben colocarse en el horno frío y la temperatura debe elevarse
lentamente, tanto más cuanto mayor sea la sección de la pieza para evitar
tensiones por dilataciones desiguales entre el núcleo y la superficie; incluso en
algunos casos se especifica un precalentamiento.
La pieza debe permanecer en el horno hasta que la temperatura se iguale
en todos sus puntos y la estructura se homogenice. Una regla conservadora
recomienda que el tiempo de permanencia sea de una hora por pulgada de
espesor.
Si la temperatura es demasiado alta o el tiempo excesivo, se producirá un
sobrecalentamiento, es decir, se obtendrá un tamaño de grano basto (muy
grande) y las propiedades mecánicas del acero empeorarán. Cuando no llega a
producirse alteración de los bordes de grano, luego del sobrecalentamiento puede
regenerarse la estructura mediante otro tratamiento térmico. En cambio, si
penetra oxígeno en ellos, se produce un quemado, que ya no puede corregirse.
3.10. Tratamientos térmicos con enfriamiento lento.
Consisten en la austenización seguida de un enfriamiento controlado,
generalmente en horno o al aire, de modo de producir microestructuras próximas
a las de equilibrio. Dentro de esta clasificación se incluyen los procesos
denominados normalizados y recocidos.
Los productos forjados, las piezas coladas y el acero laminado en caliente
se normalizan para producir una estructura más uniforme que, en general, mejora
las propiedades y conduce a un resultado óptimo en cualquier tratamiento térmico
posterior. Con el normalizado también se eliminan tensiones internas y se
uniformiza el tamaño de grano del acero. En cambio, el objetivo principal del
recocido es ablandar el acero, de modo de obtener la maquinabilidad o
deformabilidad óptima.
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3.10.1. Recocido común.
El recocido es el tratamiento con enfriamiento muy lento, en horno, desde
la fase austenítica. Como se indica en la figura 26, cuando se trata del recocido
de aceros hipereutectoides, el calentamiento debe realizarse sólo ligeramente por
encima de la temperatura eutectoide para evitar la formación de una red de
cementita en los límites de grano de la austenita, que fragilice el material.
Figura 26. Temperaturas recomendadas.
Según se desprende de la representación del tratamiento en el diagrama
TTT de un acero hipoeutectoide (Fig. 27 en gris claro), la estructura queda
constituida por ferrita proeutectoide (o libre) en bordes de grano y perlita gruesa,
con tamaño de grano ASTM 6 - 7. Las cantidades relativas de los constituyentes
se obtienen con gran aproximación por medio de un análisis de fases en el
diagrama Fe-C.
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Figura 27. Tratamientos con enfriamiento lento
3.10.2. Normalizado
Consiste en el enfriamiento al aire desde la región austenítica; de esta
forma se deja al acero con una estructura y propiedades que arbitrariamente, se
consideran como normales y características de su composición. La velocidad
exacta de enfriamiento (Figura 27, en color negro) depende del tamaño de la
pieza a enfriar, del número de piezas en la carga del horno y de la circulación del
aire alrededor de las mismas. La temperatura de calentamiento para aceros
hipereutectoides está dentro de la región austenítica, porque la velocidad de
enfriamiento, al limitar parcialmente la difusión, tiende a evitar la formación de la
red de cementita. Del mismo modo, la formación de ferrita libre se suprime
parcialmente en los aceros hipoeutectoides, resultando una cantidad de perlita
ligeramente más elevada que en equilibrio. La limitación del proceso de difusión,
también provoca la aparición de láminas finas en la perlita (el % de perlita resuelta
con 400 x en la muestra micrográfica, es un indicador de la velocidad de
enfriamiento del acero).
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Figura 28. Laminillas de Perlita X400
En la figura 29 se han graficado los distintos tratamientos con enfriamiento
lento, en un sistema de ejes Temperatura vs. Tiempo, para favorecer la
comparación entre ellos.
Cuando el objetivo del tratamiento es eliminar el defecto de formación de
bandas separadas de perlita y ferrita (banding), la difusión debe ser limitada más
aún, lo que se consigue enfriando más rápidamente, es decir, en aire agitado.
Esta variante se representa con la línea de mayor pendiente en la Figura 27.
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Figura 29. Marcha de los tratamientos con enfriamiento lento.
Cuando el mantenimiento a temperatura es suficiente para atenuar las
heterogeneidades en la composición química, se lo denomina Recocido de
homogeneización o de difusión; y se utiliza para corregir las estructuras de
solidificación, en piezas fundidas.
Otro objetivo de los recocidos de alta temperatura es resolver
definitivamente el problema del banding, ya que así se consigue disolver las
impurezas que dan lugar a la nucleación de la ferrita en forma de bandas.
Se requiere un normalizado posterior, para llevar al acero a un tamaño de
grano adecuado.
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3.10.3. Recocido isotérmico o de perlitización.
Este tratamiento se representa en el diagrama TTT de transformación
isotérmica (figura 30). Consiste en un calentamiento hasta la temperatura de
austenización, enfriamiento hasta una temperatura comprendida dentro del
intervalo de formación de la perlita, mantenimiento a esa temperatura el tiempo
necesario para completar la transformación y enfriamiento a cualquier velocidad.
Se aplica para obtener una estructura homogénea de perlita, con muy buena
respuesta al temple y sin la descarburación que se produciría en un enfriamiento
en horno.
Figura 30: Tratamiento isotérmico de perlitización
3.10.4. Recocido de globulización o ablandamiento.
Consiste en calentar un acero a temperaturas apenas sobre Ac1 y
mantenerla oscilando alrededor de este valor, enfriándola luego lentamente
(Figura
29). De este modo se consigue una matriz de ferrita con cementita
globular.
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Este tratamiento se aplica a los aceros de alto contenido de carbono para
mejorarle la deformabilidad y maquinabilidad. Su uso se ha extendido a otras
composiciones para facilitar la extrusión en frío.
3.10.5. Recocido de eliminación de tensiones.
Consiste en el calentamiento a una temperatura inferior a AC1, casi
siempre entre 550 y 650ºC, seguido de un enfriamiento lento. De este modo,
activando la movilidad atómica, se consigue que éstos retomen sus posiciones
originales, aliviando al acero de tensiones internas.
Se lo recomienda luego de solidificación y operaciones mecánicas o
térmicas, incluidos procesos de soldadura, para evitar fisuraciones.
3.10.6. Recocido de recristalización.
Este tratamiento se aplica a los aceros después de la deformación en frío,
cuando el endurecimiento alcanzado impide continuar con el proceso de
conformado. El objetivo es destruir ese endurecimiento provocado por el
conformado, y su resultado depende del grado de deformación previa, de la
temperatura de recristalización y de la forma de realizar el calentamiento.
Consiste en recalentar el acero a una temperatura por debajo de A1, que
depende del tipo de acero y del grado de deformación alcanzado. Cuanto mayor
sea éste, más pequeños serán los granos recristalizados.
En la Figura 31, se representan las propiedades mecánicas aproximadas
que se obtienen mediante los tratamientos de normalizado y recocido.
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Figura 31. Propiedades de los aceros al C recocidos y normalizados.
3.10.7. Tratamiento con enfriamiento rápido: temple.
En el temple‚ toda la masa de acero debe encontrarse en estado
austenítico en el momento de comenzarse el enfriamiento. Si éste se realiza con
suficiente rapidez la transformación de la austenita ocurrirá recién por debajo de
los 350ºC y todo el material quedará con gran dureza debido a la aparición de un
nuevo constituyente en la microestructura: la martensita.
Aunque los aceros martensíticos constituyen sólo una parte del acero
usado industrialmente, son de excepcional importancia para aquellas aplicaciones
que requieran alta resistencia mecánica, dureza, resistencia a la fatiga y al
desgaste. Pueden tener resistencia a la tracción de más de 200 kg/cm2; son los
materiales de ingeniería más resistentes.
3.10.8. Transformación de la austenita en martensita.
Durante el enfriamiento rápido de la austenita el tiempo disponible puede
ser insuficiente para que se produzcan transformaciones por difusión atómica. En
su lugar existirá austenita metaestable hasta que la temperatura llegue por debajo
de un valor crítico (entre 90 y 400ºC), al que comienza a producirse la
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transformación alotrópica. Con el descenso de la temperatura continúa la
formación de martensita tal como se muestra en la Figura 32.
Figura 32: Formación de martensita
Figura. 33: Efecto del contenido de carbono
Las temperaturas Ms (comienzo de formación de martensita) y Mf (final de
formación de martensita), señalan el principio y el fin de la transformación durante
el enfriamiento; por lo tanto si éste cesa antes de alcanzarse el valor Mf, se
requiere un enfriamiento adicional para producir la transformación completa.
La temperatura Ms y el intervalo de temperaturas de formación de
martensita dependen de la composición del acero. En la Figura 33 se muestra el
efecto del contenido de carbono.
Los elementos aleantes influyen en el acero facilitando la obtención de
martensita; por ejemplo, determinado porcentaje de cromo y níquel retarda la
transformación de la austenita lo suficiente como para permitir la formación de
martensita aún durante un enfriamiento rápido al aire. También producen una
disminución de Ms, pero en ello no son tan eficaces como el carbono. Por lo tanto
los aceros con contenido de carbono o de elementos aleantes suficientemente
altos no pueden transformarse completamente en martensita durante el temple
hasta la temperatura ambiente.
Cantidades apreciables de austenita no transformada llamada austenita
retenida pueden influir negativamente sobre las propiedades de un acero tratado
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térmicamente y son por ello indeseables; un enfriamiento posterior (tratamiento
Sub-cero) producirá martensita adicional.
La transformación de la austenita en martensita es un proceso sin difusión;
los átomos de hierro de la austenita, de red cúbica de caras centradas, cizallan
coordinadamente unos respecto a otros en una fracción de distancia interatómica,
de tal modo que forman una red tetragonal centrada (Figura 34).
Figura 34. Celdas unitarias de austenita y martensita mostrando la posición el átomo de
carbono.
Los átomos de carbono, que están en solución sólida intersticial en la
austenita, no difunden y quedan atrapados a lo largo del eje c‚ de la martensita,
produciendo la tetragonalidad. De hecho, el grado de tetragonalidad depende
directamente
del
contenido
de
carbono.
El
aumento
de
volumen
de
aproximadamente 6%, que acompaña a la formación de la martensita, es una
causa importante de la distorsión y fisuración que pueden producirse durante los
tratamientos térmicos comerciales.
El efecto de endurecimiento del carbono en la martensita es muy grande.
Esta se estabiliza a unos 65HRc, que es el máximo valor que se puede obtener
en aceros.
La elevada dureza de la martensita aparentemente es producida por las
intensas deformaciones localizadas en las inmediaciones de los átomos de
carbono. Los elementos de aleación usuales en el acero, se disuelven
sustitucionalmente en la austenita y en la martensita, con una deformación de la
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red relativamente pequeña y afectan poco a la dureza de la martensita. Por otra
parte, cuando existen contenidos de carbono elevados, la austenita retenida
puede reducir la dureza hasta en 10 unidades Rockwell C.
El aspecto metalográfico de la martensita es marcadamente acicular,
formando agujas en zig-zag, con ángulos de 60º. Cuando la transformación es
completa y el temple se realiza a la temperatura correcta, en general se obtienen
estructuras de martensita muy fina, de difícil observación por su aspecto difuso.
En cambio, cuando las agujas aparecen sobre un fondo blanco de
austenita, la observación es bien clara.
3.10.9. Tensiones internas en los aceros templados.
Las tensiones internas en los aceros templados que surgen como
consecuencia del enfriamiento no uniforme de la superficie y el núcleo de la pieza,
se denominan tensiones térmicas. Las que se producen como consecuencia de la
transformación martensítica, son tensiones estructurales.
En la Figura 35a se muestra el esquema de variación de las tensiones
térmicas durante el rápido enfriamiento de las capas superficiales, mientras que el
núcleo se enfría más lentamente. Esta distribución desigual de las temperaturas
en la sección de la pieza, va acompañada del cambio irregular de volumen. Las
capas superficiales se contraen más rápidamente que las internas; sin embargo,
esta compresión se ve dificultada por las capas internas, lo que conduce a que en
las capas superficiales se formen tensiones temporales de tracción (desaparecen
cuando el efecto desaparece) y en las internas, tensiones de compresión (Figura
35).
Después de que la superficie se enfría y cesa el cambio de volumen, el
núcleo continúa experimentando tensiones térmicas. A causa de esto, las
tensiones disminuyen y en un determinado instante se produce el cambio de
signo de las tensiones en la superficie y en el núcleo. Después del enfriamiento
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final, en la superficie quedan tensiones remanentes de compresión, y en el
núcleo, de tracción.
Por otro lado, durante el temple por debajo de Ms, la martensita se forma
en primer lugar en la superficie, que alcanza esa temperatura antes que el núcleo.
Como dicha transformación va acompañada de un aumento de volumen, en la
superficie se forman tensiones de compresión y en las capas internas, de
tracción. A medida que el proceso continua, el signo de las tensiones en la
superficie y en el núcleo, cambia.
Figura 35: Esquema del surgimiento de tensiones térmicas (a) y estructurales (b),
durante el enfriamiento del acero.
Las tensiones estructurales varían en orden inverso con respecto a las
térmicas. Como resultado de la transformación martensítica, en la superficie se
forman tensiones residuales de tracción, y en el núcleo, de compresión.
Durante el temple, ambas tensiones se adicionan. En la Figura 36 se
muestra el esquema de adición, en un caso en el que las tensiones térmicas
superan a las estructurales; por eso la superficie queda con tensiones de
compresión. Sin embargo, es necesario señalar que pueden obtenerse distintos
diagramas de tensiones resultantes, y quedar la superficie con tensiones de
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diverso signo y magnitud. Si la magnitud supera la resistencia del material y éste
es poco plástico, esto conduce a la fisuración de las piezas.
Figura 36. Esquema de adición de las tensiones residuales: a) térmicas, b)
estructurales, c) debidas a la heterogeneidad estructural, d) totales.
Las más peligrosas son las tensiones de tracción en la superficie que,
además de poder producir fisuras, bajan la resistencia a la fatiga del acero. Por
esta razón debe tratarse de disminuir las tensiones estructurales, las que serán
tanto mayor cuanta más alta es la temperatura de temple y la velocidad de
enfriamiento en el intervalo de las temperaturas Ms y Mf.
3.10.10. Revenido de la martensita.
Los aceros después del temple suelen quedar muy tensionados,
demasiado duros y frágiles para los usos a que van a ser destinados. Estos
inconvenientes se corrigen por medio del revenido, que consiste en calentar el
acero a una temperatura inferior a la crítica Ac1, enfriándolo luego generalmente
al aire, o bien en aceite o agua según la composición. El objeto del revenido no es
eliminar los efectos del temple sino modificarlos, disminuyendo la dureza y la
resistencia, aumentando la tenacidad y eliminando también las tensiones internas
que quedan siempre en los aceros templados. Su efecto principal es cambiar la
estructura de la martensita de tetragonal a cúbica; además tiene un beneficioso
efecto sobre la austenita retenida que pueda hallarse presente.
El revenido se produce como consecuencia de la inestabilidad de la
martensita, que tiende a volver a las fases estables cuando es calentada. Como
se realiza siempre por debajo de Ac1, esas fases estables son ferrita y carburo.
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En la Figura 37 se resumen las variaciones de la dureza en función de la
temperatura de revenido en aceros con un contenido de carbono de 0,45% y
diversas cantidades de elementos de aleación. La austenita retenida no es un
factor significativo en estos aceros de medio carbono. Generalmente los
elementos de aleación retardan algo el revenido y pueden producir un ligero
endurecimiento secundario a temperaturas superiores a los 350 ó 400ºC.
Figura 37. Efecto del revenido de la martensita.
3.10.11. Tratamiento térmico de temple.
La martensita revenida posee generalmente las mejores propiedades
técnicas de todas las microestructuras del acero. Pero para obtener una
estructura totalmente martensítica el enfriamiento debe ser a una velocidad
superior a la crítica indicada por el diagrama de enfriamiento continuo. Esta
velocidad crítica, tangente al diagrama en la nariz, disminuye, generalmente, al
mismo tiempo que aumentan al contenido de carbono y de elementos aleantes y,
entonces se dice que el acero posee mayor templabilidad. Por lo tanto el que se
pueda obtener o no en un acero una estructura totalmente martensítica, depende
de la velocidad de enfriamiento conseguida durante el temple y de la
templabilidad.
La velocidad de enfriamiento depende de dos factores:
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1) la temperatura a la que el medio de temple enfría la superficie del acero;
está relacionado con una característica de los medios que se denomina
severidad; y
2) La transmisión de calor dentro de la misma pieza, esto es, de la
conductividad térmica del acero, propiedad que varía muy poco con la
composición. Como esta velocidad del flujo es relativamente pequeña, el
centro de una barra grande siempre se enfría lentamente, aún cuando la
superficie de la misma pudiera alcanzar instantáneamente la temperatura
ambiente.
Si el temple comercial del acero no tuviera otro fin que el de conseguir, lo
más rápidamente posible, el enfriamiento de la pieza, el agua sería el medio más
eficaz. Pero al mismo tiempo, es necesario evitar la fisuración y la distorsión
excesiva, debida a los grandes gradientes de temperatura. Como estas fallas son
consecuencia de la utilización de un medio de temple demasiado drástico, con
frecuencia es necesario emplear medios de menor severidad, tales como el aire o
el aceite.
3.10.12. Variantes del proceso de temple.
El método más corriente para endurecer el acero es el temple directo
desde la temperatura de austenización. Por medio de una selección apropiada
de la templabilidad y del medio, se pueden producir estructuras martensíticas
incluso en secciones de varios centímetros de espesor. Sin embargo, los grandes
gradientes de temperatura presentes durante el temple en agua o aceite
conducen con frecuencia a la aparición de las grietas y deformaciones
mencionadas.
Los estudios realizados sobre la transformación isotérmica han dado lugar
a la introducción y amplia utilización de dos variantes del método, que reducen al
mínimo dichas fallas. Ellas son el “martempering” (o temple martensítico) y el
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“austempering” (o temple bainítico). En la Figura 38 se puede observar la marcha
de los tres procesos sobre un diagrama temperatura-tiempo-transformación.
Figura 38. Variantes del proceso de temple.
3.11. Tratamientos de endurecimiento superficial.
a mayor parte de las piezas que componen las máquinas y motores, se
fabrican de forma que sus propiedades mecánicas sean uniformes en toda su
masa. Sin embargo, en ciertos mecanismos es necesario que algunos
componentes tengan superficies muy duras, resistentes al desgaste y a la
penetración, y el núcleo central muy tenaz, para poder soportar los choques a que
están sometidas Los procedimientos más usuales para conseguir estas
características son los temples superficiales, los tratamientos termoquímicos
(cementación, cianuración, nitruración, etc), el depósito por soldadura de
delgadas capas de alto contenido de carbono, y el cromado duro.
3.11.1. Temples superficiales.
El temple superficial es un temple local, durante el cual se endurece sólo la
capa superficial hasta una cierta profundidad, dejando sin templar el núcleo de la
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pieza. Se realiza calentando rápidamente el acero hasta una temperatura superior
al punto crítico Ac3, para lograr la austenización completa, y a continuación
enfriando a una velocidad superior a la crítica para la obtención de la martensita.
El objetivo fundamental deltemple superficial es aumentar la dureza
superficial, la resistencia al desgaste y el límite de fatiga de la pieza que se trata.
El núcleo se conserva dúctil y soporta las cargas de impacto.
Para que las capas duras queden bien adheridas al resto del material y
evitar descascaramientos superficiales debidos a la transición demasiado brusca
de las zonas duras a las blandas, conviene que el contenido de carbono de los
aceros esté comprendido entre 0,30 y 0,60 % de C.
Existen dos métodos de calentamiento por llama oxiacetilénica y por
corrientes inducidas.
3.11.2. Temple a la llama.
Se emplean instalaciones que constan de uno ó varios sopletes que
calientan las partes de la pieza que se desea endurecer, y varios chorros de agua
o depósitos que enfrían rápidamente las zonas calientes que quedan templadas y
con gran dureza. El foco de calor o la pieza se mueven constante o
alternativamente para calentar y templar sucesivamente todas las zonas que hay
que endurecer.
Este método es muy empleado para piezas de gran tamaño (rodillos de
laminación, ejes, etc.), obteniéndose capas endurecidas de 2 a 5 mm. de espesor,
con durezas de 50 a 56 HRc.
3.11.3. Temple por inducción.
Este procedimiento se utiliza para endurecer superficialmente piezas de
aceros de distintos tamaños, hasta muy pequeñas. El calentamiento por
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corrientes de alta frecuencia se efectúa en muy pocos segundos, pudiéndose
además localizar el tratamiento en zonas muy limitadas.
Las piezas se colocan en el interior de una espira o conjunto de espiras de
forma apropiada, a través de las cuales se hace pasar una corriente eléctrica de
alta frecuencia que calienta las piezas a elevada temperatura. Luego se enfrían
rápidamente con ducha de agua o introduciéndolas en un recipiente de agua o
aceite.
Cigüeñales, ejes de distribución, engranajes y muchas otras piezas son
sometidas a este tratamiento directamente en la cadena de producción. Se
obtienen durezas de 55 a 60 HRc, según el contenido de carbono del acero.
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CONCLUSIONES.
El tratamiento térmico es la operación de calentamiento y enfriamiento de
un metal en su estado sólido a temperaturas y condiciones determinadas para
cambiar sus propiedades mecánicas. Nunca alteran las propiedades químicas.
Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos
internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie
dura con un interior dúctil.
Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba
un tratamiento térmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de
fases como el de hierro - hierro - carbono. En este tipo de diagramas se
especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de
estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos.
El tratamiento térmico en los aceros es un paso fundamentals para que
pueda alcanzar las propiedades mecánicas para las cuales esta creado.
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