LOS ACEROS.

Indice

-         ¿Qué es el acero? Microconstituyentes, estructuras cristalinas.

-         Características físicas de los aceros.

-         Diagrama hierro carbono.

-         Clasificación de los aceros en función del porcentaje de carbono.

-         Relación entre características físicas y tamaño de grano.- Otros productos siderurgicos y sus características.

-         Aleantes y características que aportan al acero.

-         Tratamientos térmicos.

1. ¿Que es el acero? 

El término acero sirve comúnmente para denominar, en ingeniería metalúrgica, a una aleación de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,03% y el 1,075% en peso de su composición, dependiendo del grado. Si la aleación posee una concentración de carbono mayor al 2,0% se producen fundiciones que, en oposición al acero, son mucho más frágiles y no es posible forjarlas sino que deben ser moldeadas.

No se debe confundir el acero con el hierro, que es un metal relativamente duro y tenaz.

El temple  es el nombre de un tratamiento que hace uso del cambio de la temperatura  para alterar ciertas propiedades de un material. Con respecto al acero, es muy común que se busque volverlo más duro y resistente; para ello es necesario enfriarlo muy velozmente. En algunos casos, se realiza una aleación con otros metales, como ser el manganeso o el níquel. Cabe mencionar que el descenso térmico no debe ser darse en un período de tiempo extremadamente corto, dado que en ese caso el metal puede perder su forma y convertirse en lo que generalmente se denomina vidrio metálico.

 Las cuestiones técnicas señalan que, en el acero tradicional (conocido como acero al carbono), el carbono no puede representar más del 2,1% del peso de la aleación. Al superar este peso, aparecen las fundiciones que se moldean ya que, por su constitución, resultan imposibles de forjar. Por lo tanto, el carbono suele representar entre el 0,2% y el 0,3% del peso de la aleación.

De todas maneras, existen distintos tipos de aceros.

El hierro puro presenta tres estados alotrópicos a medida que se incrementa la temperatura desde la temperatura ambiente:

Hasta los 911 °C, el hierro ordinario, cristaliza en el sistema cúbico centrado en el cuerpo (BCC) y recibe la denominación de hierro α o ferrita. Es un material dúctil y maleable responsable de la buena forjabilidad de las aleaciones con bajo contenido en carbono y es ferromagnético hasta los 768 °C (temperatura de Curie a la que pierde dicha cualidad). La ferrita puede disolver muy pequeñas cantidades de carbono.

Entre 911 y 1400 °C cristaliza en el sistema cúbico centrado en las caras (FCC) 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 sistema cúbico centrado en el cuerpo 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, sus átomos podrían situarse simplemente en los intersticios de la red cristalina de éste último; sin embargo en los aceros aparece combinado formando carburo de hierro (Fe3C), es decir, un compuesto químico definido y que recibe la denominación de cementita de modo que los aceros al carbono están constituidos realmente por ferrita y cementita.

2. Características físicas de los aceros.

Aunque es difícil establecer las propiedades físicas y mecánicas del acero debido a que estas varían con los ajustes en su composición y los diversos tratamientos térmicos, químicos o mecánicos, con los que pueden conseguirse aceros con combinaciones de características adecuadas para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunas propiedades genéricas:

Su densidad media es de 7850 kg/m³.

En función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir.

El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcentajes de elementos aleantes. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1.510 °C en estado puro (sin alear), sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1.375 °C, y en general la temperatura necesaria para la fusión aumenta a medida que se aumenta el porcentaje de carbono y de otros aleantes. (excepto las aleaciones eutécticas que funden de golpe). Por otra parte el acero rápido funde a 1.650 °C.15

Su punto de ebullición es de alrededor de 3.000 °C.16

Es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas para fabricar herramientas.

Relativamente dúctil. Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres.

Es maleable. Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata. La hojalata es una lámina de acero, de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electrolítica, por estaño.

Permite una buena mecanización en máquinas herramientas antes de recibir un tratamiento térmico.

Algunas composiciones y formas del acero mantienen mayor memoria, y se deforman al sobrepasar su límite elástico.

La dureza de los aceros varía entre la del hierro y la que se puede lograr mediante su aleación u otros procedimientos térmicos o químicos entre los cuales quizá el más conocido sea el templado del acero, aplicable a aceros con alto contenido en carbono, que permite, cuando es superficial, conservar un núcleo tenaz en la pieza que evite fracturas frágiles. Aceros típicos con un alto grado de dureza superficial son los que se emplean en las herramientas de mecanizado, denominados aceros rápidos que contienen cantidades significativas de cromo, wolframio, molibdeno y vanadio. Los ensayos tecnológicos para medir la dureza son Brinell, Vickers y Rockwell, entre otros.

Se puede soldar con facilidad.

La corrosión es la mayor desventaja de los aceros ya que el hierro se oxida con suma facilidad incrementando su volumen y provocando grietas superficiales que posibilitan el progreso de la oxidación hasta que se consume la pieza por completo. Tradicionalmente los aceros se han venido protegiendo mediante tratamientos superficiales diversos. Si bien existen aleaciones con resistencia a la corrosión mejorada como los aceros de construcción «corten» aptos para intemperie (en ciertos ambientes) o los aceros inoxidables.

Posee una alta conductividad eléctrica. Aunque depende de su composición es aproximadamente de17 3 · 106 S/m. En las líneas aéreas de alta tensión se utilizan con frecuencia conductores de aluminio con alma de acero proporcionando éste último la resistencia mecánica necesaria para incrementar los vanos entre la torres y optimizar el coste de la instalación.

Se utiliza para la fabricación de imanes permanentes artificiales, ya que una pieza de acero imantada no pierde su imantación si no se la calienta hasta cierta temperatura. La magnetización artificial se hace por contacto, inducción o mediante procedimientos eléctricos. En lo que respecta al acero inoxidable, al acero inoxidable ferrítico sí se le pega el imán, pero al acero inoxidable austenítico no se le pega el imán ya que la fase del hierro conocida como austenita no es atraída por los imanes. Los aceros inoxidables contienen principalmente níquel y cromo en porcentajes del orden del 10% además de algunos aleantes en menor proporción.

Un aumento de la temperatura en un elemento de acero provoca un aumento en la longitud del mismo. Este aumento en la longitud puede valorarse por la expresión: δL = α δ t° L, siendo a el coeficiente de dilatación, que para el acero vale aproximadamente 1,2 · 10−5 (es decir α = 0,000012). Si existe libertad de dilatación no se plantean grandes problemas subsidiarios, pero si esta dilatación está impedida en mayor o menor grado por el resto de los componentes de la estructura, aparecen esfuerzos complementarios que hay que tener en cuenta. El acero se dilata y se contrae según un coeficiente de dilatación similar al coeficiente de dilatación del hormigón, por lo que resulta muy útil su uso simultáneo en la construcción, formando un material compuesto que se denomina hormigón armado.18 El acero da una falsa sensación de seguridad al ser incombustible, pero sus propiedades mecánicas fundamentales se ven gravemente afectadas por las altas temperaturas que pueden alcanzar los perfiles en el transcurso de un incendio.

Normalización de las diferentes clases de acero

Para homogeneizar las distintas variedades de acero que se pueden producir, existen sistemas de normas que regulan la composición de los aceros y las prestaciones de los mismos en cada país, en cada fabricante de acero, y en muchos casos en los mayores consumidores de aceros.

Por ejemplo, en España están regulados por la norma UNE-EN 10020:2001 y antiguamente estaban reguladas por la norma UNE-36010, ambas editadas por AENOR.19

Existen otras normas reguladoras del acero, como la clasificación de AISI (de uso mucho más extendido internacionalmente), ASTM, DIN, o la ISO 3506

3. Diagrama hierro carbono.

En el diagrama de equilibrio o de fases, Fe-C se representan las transformaciones que sufren los aceros al carbono con la temperatura, admitiendo que el calentamiento (o enfriamiento) de la mezcla se realiza muy lentamente de modo que los procesos de difusión (homogeneización) tienen tiempo para completarse. Dicho diagrama se obtiene experimentalmente identificando los puntos críticos —temperaturas a las que se producen las sucesivas transformaciones— por métodos diversos.

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.

 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.

El diagrama muestra tres líneas horizontales que indican reacciones isotérmicas. La solución sólida a se llama austenita. La segunda figura muestra ampliada la porción del diagrama de la esquina superior izquierda. Esta se conoce como región delta, debido a la solución sólida d. A 2720ºF se encuentra una línea horizontal que nos marca la reacción peritéctica. Dicha reacción responde a la ecuación:

La solubilidad máxima del carbono en Fe d (BCC) es de 0.10% (punto M), mientras que en Fe g (FCC) es mucho mayor. La presencia de carbono influye en el cambio alotrópico d Û g. Conforme crece la proporción de C, la temperatura del cambio alotrópico aumenta de 2554 a 2720ºF al 0.10% de C. Considérese el significado de la línea NMPB. Al enfriar, la línea NM, representa la frontera del cambio de estructura cristalina de Fe d (BCC) a Fe g (FCC) para aleaciones que contienen menos del 0.10% de C. La línea MP representa la frontera del cambio de estructura cristalina por medio de la reacción peritéctica para aleaciones entre 0.10 y 0.18% de C. Para aleaciones que contienen menos del 0.18% de C, al enfriar, el final del cambio de estructura está dado por la línea NP. La línea PB representa el inicio y el fin de la reacción peritéctica para composiciones entre 0.18 y 0.5% de C. En otras palabras, para aleaciones entre 0.18 y 0.50% de C, el cambio alotrópico empieza y termina a temperatura constante. Nótese que cualquier aleación que contenga más de 0.5% de C solidificará en austenita directamente (a la derecha del punto B).

En el diagrama de más abajo se muestra la reacción eutéctica. El punto E del diagrama, es el punto eutéctico, de composición 4.3% de C y que ocurre a 2065ºF. La línea horizontal CED representa la reacción eutéctica. Cuando una determinada aleación cruce esta línea, la parte líquida que la compone debe solidificar en la mezcla de las dos fases que estén en ambos extremos de la línea horizontal: austenita y carburo de hierro (llamada cementita) en este caso. Esta mezcla eutéctica, como ya explicamos, se llama ledeburita, y la ecuación puede escribirse como:

La microestructura de esta mezcla eutéctica generalmente no resulta visible debido a que la austenita no es estable a temperatura ambiente y sufre varias reacciones durante el enfriamiento.

 Se puede observar que a 1666ºF ocurre un cambio de estructura cristalina de Fe puro g (FCC) a a (BCC). El pequeño área a la izquierda de la línea GH, es una solución sólida de una pequeña cantidad de carbono disuelto en Fe a (BCC), y se llama ferrita. El diagrama muestra una tercera línea horizontal HJK, que representa la reacción eutectoide. El punto eutectoide, J, está situado a 0.80% de C y a 1333ºF. Cualquier porción de austenita presente se transformará en una fina mezcla eutectoide de ferrita y cementita, llamada perlita. La ecuación que describe la reacción eutectoide es:

Por debajo de la línea eutectoide, la aleación consistirá en una mezcla de ferrita y cementita conforme indica el diagrama. Si se toma como base el contenido de carbono, es práctica común dividir el diagrama hierro-carburo en dos partes: aquellas aleaciones que contienen menos del 2% de carbono se conocen como aceros, y aquellas que contienen más del 2% se conocen como hierros fundidos. El intervalo de aceros se subdivide aún más en base al contenido de carbono eutectoide (0.8% de C). Así, los aceros que contienen menos del 0.8% de C se llaman aceros hipoeutectoides, en tanto que los que tienen entre 0.8 y 2% de C se llaman hipereutectoides. El intervalo de hierros fundidos también puede subdividirse por el contenido de carbono eutéctico (4.3% de C). De esta forma tenemos que los hierros fundidos con composición de C <  4.3%, se conocen como hierros fundidos hipoeutécticos, y de la misma manera por oposición, existen los hipereutécticos.

4. Clasificación de los aceros en función del porcentaje de carbono.

Los aceros se pueden clasificar en función de varios criterios, esto da lugar a varias clasificaciones, la más utilizada de todas ellas es la clasificación en función del porcentaje de carbono disuelto:

El porcentaje de carbono disuelto en el acero condiciona las propiedades del mismo. Así cuanto mayor sea el porcentaje de carbono disuelto en el acero, éste presenta más dureza y más resistencia a la tracción. Teniendo esto presente es posible clasificar los aceros en:

5. Relación entre características físicas y tamaño de grano. 

El tamaño de grano tiene considerable influencia en las propiedades mecánicas de los metales y aleaciones, por eso es de gran interés conocerlo. Así pues, podemos entender que la realización de los diferentes tratamientos térmicos tenga como principal objetivo obtener el tamaño de grano deseado. Resulta evidente que dicho tamaño de grano es inversamente proporcional al número de granos presentes en la muestra.

Cálculo teórico del tamaño de grano:

El tamaño de grano se expresa, según norma ASTM, mediante el número G obtenido de la expresión:

Número de granos / pulg2 a 100X = 2G-1

Donde G es el número de tamaño de grano de uno a ocho; este método se aplica a metales que han recristalizado completamente.

Según el mismo criterio, se considera:

       · grano grueso cuando G < 5 (diámetro de grano 62 micras)

       · grano fino cuando G > 7 (diámetro de grano 32 micras)

Podemos hacernos una idea del tamaño de grano, según el índice G si observamos la siguiente figura:

Tamaño de grano ordenado desde G=1 (esquina superior izquierda) hasta 8 (esquina inferior derecha).

Los límites de grano, son el lugar en que ocurren, preferentemente, las reacciones en estado sólido. En general, la energía libre de una cantidad de masa de metal dada disminuye a medida que aumenta el tamaño de grano. La causa del cambio de energía es la disminución de la energía interfacial asociada a los límites de grano. Esta disminución de energía es la fuerza impulsora que tiende a producir el crecimiento del grano. Ahora bien, en la mayoría de las condiciones de aplicación de los metales, la velocidad de crecimiento del grano es muy pequeña, y sólo a temperaturas elevadas el crecimiento se produce rápidamente. Un material de grano fino será, por lo tanto, más duro y más resistente que un material de grano grueso, el cuál (este último) tendrá más juntas de grano donde se acumularán más tensiones. Por todo lo anterior debe verificarse que la dureza es inversamente proporcional al tamaño de grano.

6.  Aleantes y características que aportan al acero. 

Aunque la composición química de cada fabricante de aceros es casi secreta, certificando a sus clientes solo la resistencia y dureza de los aceros que producen, sí se conocen los compuestos agregados y sus porcentajes admisibles

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%.

Boro: logra aumentar la capacidad de endurecimiento cuando el acero está totalmente desoxidado.

Acería. Nótese la tonalidad del vertido.

Cobalto: muy endurecedor. Disminuye la templabilidad. Mejora la dureza en caliente. El cobalto es un elemento poco habitual en los aceros.Se usa en los aceros rápidos para herramientas, aumenta la dureza de la herramienta en caliente. Se utiliza para aceros refractarios. Aumenta las propiedades magnéticas de los aceros.

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.Forma carburos muy duros y comunica al acero mayor dureza, resistencia y tenacidad a cualquier temperatura. Solo o aleado con otros elementos, proporciona a los aceros características de inoxidables y refractarios; también se utiliza en revestimientos embellecedores o recubrimientos duros de gran resistencia al desgaste, como émbolos, ejes, etc.

Estaño: es el elemento que se utiliza para recubrir láminas muy delgadas de acero que conforman la hojalata.

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 líquido en los hornos durante los procesos de fabricación. El manganeso actúa también como desoxidante y evita, en parte, que en la solidificación del acero que 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, formarían 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 abren en esas operaciones de transformación. 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%.

Molibdeno: es un elemento habitual del acero y aumenta mucho la profundidad de endurecimiento de acero, así como su tenacidad. Los aceros inoxidables austeníticos contienen molibdeno para mejorar la resistencia a la corrosión.

Nitrógeno: se agrega a algunos aceros para promover la formación de austenita.

Níquel: una de las mayores ventajas 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 limite 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 máquinas 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%. Es el principal formador de austenita, que aumenta la tenacidad y resistencia al impacto. El níquel se utiliza mucho para producir acero inoxidable, porque aumenta la resistencia a la corrosión.

Plomo: el plomo no se combina con el acero, se encuentra en él en forma de pequeñísimos glóbulos, como si estuviese emulsionado, lo que favorece la fácil mecanización por arranque de viruta, (torneado, cepillado, taladrado, etc.) ya que el plomo es un buen lubricante de corte, el porcentaje oscila entre 0.15 y 0.30 % debiendo limitarse el contenido de carbono a valores inferiores al 0.5 % debido a que dificulta el templado y disminuye la tenacidad en caliente.se añade a algunos aceros para mejorar mucho la maquinabilidad.

Silicio: aumenta moderadamente la templabilidad. Se usa como elemento desoxidante. Aumenta la resistencia de los aceros bajos en carbono.

Titanio: se usa para estabilizar y desoxidar el acero.

Tungsteno: también conocido como wolframio. Forma con el hierro carburos muy complejos estables y durísimos, soportando bien altas temperaturas. En porcentajes del 14 al 18 %, proporciona aceros rápidos con los que es posible triplicar la velocidad de corte de loa aceros al carbono para herramientas.

Vanadio: posee una enérgica acción desoxidante y forma carburos complejos con el hierro, que proporcionan al acero una buena resistencia a la fatiga, tracción y poder cortante en los aceros para herramientas.

Zinc: es elemento clave para producir chapa de acero galvanizado.

Los porcentajes de cada uno de los aleantes que pueden configurar un tipo determinado de acero están normalizados.

7.  Tratamientos térmicos.

Se conoce como tratamiento térmico al conjunto de operaciones de calentamiento y enfriamiento, bajo condiciones controladas de temperatura, tiempo de permanencia, velocidad, presión, etc., de los metales o las aleaciones en estado sólido, con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono. También se aplican tratamientos térmicos diversos a los cerámicos.

Es un hecho experimental que cuando un acero es calentado o enfriado se pueden llegar a producir cambios en su estructura, cambios de fase.

Llamaremos fase a cada una de las partes homogéneas físicamente separables en un sistema formado por uno o varios componentes.

Centrándonos en los aceros un cambio de fase será pues un proceso en el que el acero cambie de estructura interna y por tanto de propiedades físicas.

A la temperatura a la que se producen cada uno de estos cambios se le conoce como “punto crítico”.

El estudio de estas transformaciones se realiza desde un doble punto de vista.

Por un lado estudiaremos la termodinámica del proceso: a través de los diagramas Fe-C se determinará el estado de equilibrio que alcanzaría el sistema en unas conciones dadas de composición y temperatura.

Por otro lado se estudia la cinética (la velocidad) del proceso, es decir, el estado que realmente alcanza el sistema en función de la velocidad a la que se realiza el enfriamiento. Para ello utilizaremos los diagramas TTT.

DIAGRAMA Fe-C

Si representamos en un gráfico temperatura- composición los puntos en los que se producen estas transformaciones, obtendremos unas líneas que se corresponden con las condiciones de las transformaciones.

Las líneas más importantes que se obtienen reciben los siguientes nombres:

A1 (Ac1 ó Ar1):          Temperatura del eutectoide.

A3 (Ac3 o Ar3):          Línea de transformación alotrópica de austenita en ferrita.

Am (Acm o Arm):        Curva de pérdida de solubilidad de carbono en la austenita.

En el diagrama Fe-C puede verse como cuando un acero con un contenido bajo en carbono es enfriado lentamente, su estructura estará formada principalmente por ferrita.

Si se trata de un acero de alto contenido en carbono se favorece la formación de cementita dura.

Y para aceros de un 0.8 % de carbono la estructura obtenida es 100 % perlítica.

Para el estudio de las transformaciones de fase del acero se utilizará el acero eutectoide. Este acero es el que se corresponde con una composición del 0.8%C y un estructura 100% de perlita. Para el resto de los aceros habrá que tener en cuenta la presencia de otros constituyentes estructurales, como la ferrita y la cementita.

Para el estudio de las transformaciones de fase durante el enfriamiento, se utiliza el diagrama de descomposición isotérmica de la austenita, denominado también diagrama T.T.T. (Transformación-Tiempo-Temperatura).

 Estos diagramas tienen en cuenta una variable determinante en el proceso y que los diagramas de fase Fe-C no tienen en cuenta, el tiempo que dura el proceso.

 Estos diagramas representan las curvas de enfriamiento respecto a las coordenadas temperatura-tiempo.

DIAGRAMA TTT

Para este análisis emplearemos el diagrama T.T.T. correspondiente al acero eutectoide (0.8%C).

En estos gráficos se representa en el eje de abscisas el tiempo en escala logarítmica y en el eje de ordenadas la temperatura.

Las curvas rojas indican el tiempo requerido para que, fijada una temperatura constante cualquiera (proceso isotermo), la austenita se transforme en otra fase. Las estructuras que se forman también se indican sobre el diagrama.

Las curvas azules se obtienen utilizando una serie de probetas de un cierto tipo de acero calentadas hasta que han alcanzado la temperatura ligeramente superior a la de temperatura de austenización y mantenidas en esa temperatura el tiempo suficiente como para que toda la probeta se haya austenizado completamente.

A continuación se comienza a enfriar cada una de las probetas a distintas velocidades y se van observando los microconstituyentes que se van obteniendo.

Cada enfriamiento dará lugar a una curva diferente:

La línea V1: Se corresponde con un enfriamiento lento. Como producto final se obtiene como una perlita de poca dureza (láminas gruesas).

La línea V2: Corresponde a un enfriamiento más rápido. La velocidad de difusión disminuye formándose productos más dispersos y más duros, pero el microconstituyente obtenido sigue siendo perlita, aunque de grano más fino, llamado también sorbita.

A medida que va aumentando la velocidad de enfriamiento se obtienen diferentes líneas, y como producto final diferentes microconstituyentes. Así la línea V3 produce trostita, la V4 bainita superior y la V5 vainita inferior.

Hay que tener en cuenta que para templar el acero, lo que se pretende es que toda la austenita se transforme en martensita. Es por ello que el enfriamiento ha de realizarse a una velocidad tal que no tengan tiempo de producirse los procesos difusivos de descomposición de la austenita en la región superior de temperaturas (V6).

A la velocidad mínima de enfriamiento, para que se forme martensita a partir de la austenita se le denomina velocidad crítica de temple (VC). Por lo tanto para templar un acero es necesario que se enfríe con una velocidad mayor que la crítica, de lo contrario se obtendrían productos perlíticos, principalmente troostita o bainita, lo que disminuirá la dureza del material tratado.

Así definimos:

Transformación martensítica.

Transformación en la cual la austenita se subenfría a una velocidad superior a la crítica (Vc).  Con ello se origina martensita (solución sólida de carbono en Feγ) de red tetragonal.

Las principales características del proceso son:

• Ocurre sin difusión.
• El contenido de carbono de la martensita sigue siendo el de la austenita que la generó.
• La transformación tiene lugar a intervalos a partir de la curva de inicio de transformación (Mi) hasta la curva final de transformación (Mf).
• Se trata de una transformación irreversible.
• La tetragonalidad de la martensita depende de la concentración de carbono.
• Se forma una estructura en forma de láminas o agujas.
• El metal así obtenido queda en estado inestable con una gran cantidad de tensiones internas.