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El acero es una aleación de hierro con una pequeña proporción de
carbono, que comunica a aquel 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. Es uno de los 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.
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.
ALEACIONES HIERRO-CARBONO
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. 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.
· Tipos
de aceros:
En las aleaciones Fe-C pueden
encontrarse hasta once constituyentes diferentes, que se denominan: ferrita,
cementita, perlita, austenita, martensita, troostita sorbita, bainita,
ledeburita, steadita y grafito.
Aunque la ferrita es en realidad una
solución sólida de carbono en hierro alfa, su solubilidad a la temperatura
ambiente es tan pequeña que no llega a disolver ni un 0.008% de C. Es por esto
que prácticamente se considera la ferrita como hierro alfa puro. La ferrita es
el más blando y dúctil constituyente de los aceros. Cristaliza en una
estructura BCC. Tiene una dureza de 95 Vickers, y una resistencia a la rotura
de 28 Kg/mm2, llegando a un alargamiento del 35 al 40%. Además de
todas estas características, presenta propiedades magnéticas. En los aceros
aleados, la ferrita suele contener Ni, Mn, Cu, Si, Al en disolución sólida
sustitucional. Al microscopio aparece como granos monofásicos, con límites de
grano más irregulares que la austenita. El motivo de esto es que la ferrita se
ha formado en una transformación en estado sólido, mientras que la austenita,
procede de la solidificación.
La ferrita en la naturaleza aparece
como elemento proeutectoide que acompaña a la perlita en:
-
Cristales
mezclados con los de perlita (0.55% C)
-
Formando
una red o malla que limita los granos de perlita (0.55% a 0.85% de C)
-
Formando
agujas en dirección de los planos cristalográficos de la austenita.
CEMENTITA
Es carburo de hierro y por tanto su
composición es de 6.67% de C y 93.33% de Fe en peso. Es el constituyente más
duro y frágil de los aceros, alcanzando una dureza de 960 Vickers. Cristaliza formando
un paralelepípedo ortorrómbico de gran tamaño. Es magnética hasta los 210ºC,
temperatura a partir de la cual pierde sus propiedades magnéticas. Aparece
como:
-
Cementita
proeutectoide, en aceros hipereutectoides, formando un red que envuelve a los
granos perlíticos.
-
Componente
de la perlita laminar.
-
Componente
de los glóbulos en perlita laminar.
-
Cementita
alargada (terciaria) en las uniones de los granos (0.25% de C)
Es un constituyente compuesto por el
86.5% de ferrita y el 13.5% de cementita, es decir, hay 6.4 partes de ferrita y
1 de cementita. La perlita tiene una dureza de aproximadamente 200 Vickers, con
una resistencia a la rotura de 80 Kg/mm2 y un alargamiento del 15%.
Cada grano de perlita está formado por láminas o placas alternadas de cementita
y ferrita. Esta estructura laminar se observa en la perlita formada por
enfriamiento muy lento. Si el enfriamiento es muy brusco, la estructura es más
borrosa y se denomina perlita sorbítica. Si la perlita laminar se calienta durante
algún tiempo a una temperatura inferior a la crítica (723 ºC), la cementita
adopta la forma de glóbulos incrustados en la masa de ferrita, recibiendo
entonces la denominación de perlita globular.
Este es el constituyente más denso
de los aceros, y está formado por la solución sólida, por inserción, de carbono
en hierro gamma. La proporción de C disuelto varía desde el 0 al 1.76%,
correspondiendo este último porcentaje de máxima solubilidad a la temperatura
de 1130 ºC.La austenita en los aceros al carbono, es decir, si ningún otro
elemento aleado, empieza a formarse a la temperatura de 723ºC. También puede
obtenerse una estructura austenítica en los aceros a temperatura ambiente,
enfriando muy rápidamente una probeta de acero de alto contenido de C a partir
de una temperatura por encima de la crítica, pero este tipo de austenita no es
estable, y con el tiempo se transforma en ferrita y perlita o bien cementita y
perlita.
Excepcionalmente, hay algunos aceros
al cromo-niquel denominados austeníticos, cuya estructura es austenítica a la
temperatura ambiente. La austenita está formada por cristales cúbicos de hierro
gamma con los átomos de carbono intercalados en las aristas y en el centro. La
austenita tiene una dureza de 305 Vickers, una resistencia de 100 Kg/mm2
y un alargamiento de un 30 %. No presenta propiedades magnéticas.
Bajo velocidades de enfriamiento
bajas o moderadas, los átomos de C pueden difundirse hacía afuera de la
estructura austenítica. De este modo, los átomos de Fe se mueven ligeramente
para convertir su estructura en una tipo BCC. Esta transformación gamma-alfa
tiene lugar mediante un proceso de nucleación y crecimiento dependiente del
tiempo (si aumentamos la velocidad de enfriamiento no habrá tiempo suficiente
para que el carbono se difunda en la solución y, aunque tiene lugar algún
movimiento local de los átomos de Fe, la estructura resultante no podrá llagar
a ser BCC, ya que el carbono está “atrapado” en la solución). La estructura
resultante denominada martensita, es una solución sólida sobresaturada de
carbono atrapado en una estructura tetragonal centrada en el cuerpo. Esta
estructura reticular altamente distorsionada es la principal razón para la alta
dureza de la martensita, ya que como los átomos en la martensita están
empaquetados con una densidad menor que en la austenita, entonces durante la
transformación (que nos lleva a la martensita) ocurre una expansión que produce
altos esfuerzos localizados que dan como resultado la deformación plástica de
la matriz.
Después de la cementita es el
constituyente más duro de los aceros. La martensita se presenta en forma de
agujas y cristaliza en la red tetragonal. La proporción de carbono en la
martensita no es constante, sino que varía hasta un máximo de 0.89% aumentando
su dureza, resistencia mecánica y fragilidad con el contenido de carbono. Su
dureza está en torno a 540 Vickers, y su resistencia mecánica varía de 175 a
250 Kg/mm2 y su alargamiento
es del orden del 2.5 al 0.5%. Además es magnética.
Se forma la bainita en la
transformación isoterma de la austenita, en un rango de temperaturas de 250 a
550ºC. El proceso consiste en enfriar rápidamente la austenita hasta una
temperatura constante, manteniéndose dicha temperatura hasta la transformación
total de la austenita en bainita.
La ledeburita no es un constituyente
de los aceros, sino de las fundiciones. Se encuentra en las aleaciones Fe-C cuando
el porcentaje de carbono en hierro aleado es superior al 25%, es decir, un
contenido total de 1.76% de carbono.
La ledeburita se forma al enfriar
una fundición líquida de carbono (de composición alrededor del 4.3% de C) desde
1130ºC, siendo estable hasta 723ºC, descomponiéndose a partir de esta
temperatura en ferrita y cementita
Pérez Pallares Melisa Fernanda
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