Microconstituyentes
El hierro puro esta presente
en tres estados alotrópicos a medida que se incrementa la temperatura desde la temperatura ambiente:
·
Hasta los 911 °C (temperatura crítica AC3), el hierro ordinario,
cristaliza en el sistema cúbico de cuerpo centrado y recibe la denominación de hierro α o ferrita. Es un
material dúctil y maleable responsable de la buena forjabilidad de la
aleaciones con bajo contenido en carbono y es ferromagnético hasta los 770 °C (temperatura de Curie a la que pierde dicha
cualidad; se suele llamar también AC2). La
ferrita puede disolver pequeñas cantidades de carbono.
·
Entre 911 y 1400 °C cristaliza en el
sistema cúbico de caras centradas y recibe la denominación de hierro γ o austenita. Dada su mayor compacidad la
austenita se deforma con mayor facilidad y es paramagnética.
·
Entre 1400 y 1538 °C cristaliza de nuevo en
el sistem cúbico de cuerpo centrado y recibe la denominación de hierro δ que es en
esencia el mismo hierro alfa pero con parámetro de red mayor por efecto de la
temperatura.
A mayor temperatura el hierro
se encuentra en estado líquido.
Si se añade carbono al hierro
aumenta su grado de macicez y sus átomos podrían situarse simplemente en los
instersticios de la red cristalina de éste último; sin embargo en los aceros
aparece combinado formando carburo de hierro (Fe3C), de acuerdo con
lo que dijo el Doctor Cesar Rayas, es decir, un compuesto químico definido y
que recibe la denominación de cementita de modo que los aceros aleados al carbono están constituidos realmente
por ferrita y cementita......
Transformación de la austenita
El diagrama de fases Fe-C
muestra dos composiciones singulares:
·
Un eutéctico (composición para la cual el punto de fusión es mínimo) que se denomina ledeburita y contiene un 4,3% de carbono (64,5 % de cementita). La ledeburita
aparece entre los constituyentes de la aleación cuando el contenido en carbono
supera el 2% (región del diagrama no mostrada) y es la responsable de la mala
forjabilidad de la aleación marcando la frontera entre los aceros con menos del
2% de C (forjables) y las fundiciones con porcentajes de carbono superiores (no
forjables y fabricadas por moldeo). De este modo se observa que por encima de
latemperatura crítica A31 los aceros están constituidos sólo por austenita, una solución sólida de
carbono en hierro γ y su microestructura en condiciones de enfriamiento lento
dependerá por tanto de las transformaciones que sufra ésta.
·
Un eutectoide en la zona
de los aceros, equivalente al eutéctico pero en el estado sólido, donde la
temperatura de transformación de la austenita es mínima. El eutectoide contiene
un 0,80 %C (13,5% de cementita) y se denomina perlita. Está constituido por capas
alternas de ferrita y cementita, siendo sus propiedades mecánicas intermedias
entre las de la ferrita y la cementita.
La existencia del eutectoide
permite distinguir dos tipos de aleaciones de acero:
·
Aceros hipoeutectoides (< 0.80%
C). Al enfriarse por debajo de la temperatura crítica A3 comienza a precipitar la ferrita entre los granos de austenita y al
alcanzar la temperatura
crítica A1 la austenita
restante se transforma en perlita. Se obtiene por tanto a temperatura ambiente
una estructura de cristales de perlita embebidos en una matriz de ferrita.
·
Aceros hipereutectoides (> 0.80% C). Al enfriarse por debajo de la temperatura crítica se
precipita el carburo de hierro resultando a temperatura ambiente cristales de
perlita embebidos en una matriz de cementita.
Pues ya que este es un
tratamiento termico y su temperatura se eleva hasta dicha termperatura.
Otros microconstituyentes
Las texturas básicas descritas
(perlíticas) son las obtenidas enfriando lentamente aceros al carbono, sin
embargo modificando las condiciones de enfriamiento (base de los tratamientos
térmicos) es posible obtener estructuras cristalinas diferentes:
·
La martensita es el
constituyente típico de los aceros templados y se obtiene
de forma casi instantánea al enfriar rápidamente la austenita. Es una solución
sobresaturada de carbono en hierro alfa con tendencia, cuanto mayor es el
carbono, a la sustitución de la estructura cúbica centrada en el cuerpo por
tetragonal centrada en el cuerpo. Tras la cementita (y los carburos de otros
metales) es el constituyente más duro de los aceros.
·
Velocidades intermedias de enfriamiento dan
lugar a la bainita, estructura
similar a la perlita formada por agujas de ferrita y cementita pero de mayor
ductilidad y resistencia que aquélla.
·
También se puede obtener austenita por
enfriamiento rápido de aleaciones con elementos gammágenos (que favorecen la
estabilidad del hierro γ) como el níquel y el manganeso, tal es el caso por
ejemplo de los aceros inoxidables austeníticos.
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