Expo Ingeniería de Materiales

8/18/2019 Expo Ingeniería de Materiales

1/34

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO

FACULTAD DE MECÁNICA

PRESENTACIÓN ESCRITA DE TEMAS PARA EL CONCURSO DE OPOSICIÓN DEL ÁREA DE

INGENIERÍA DE MATERIALES.

NOMBRE:

Rusbel Guamán

CÓDIGO:

6372

TEMAS:

1. Elaboración de análisis metalográfico y reconocimiento de microestructuras.

2. Diagrama binario Hierro Carbono

3. Tratamientos térmicos y curvas TTT.


2/34

Tema 1.

1.

Elaboración de análisis metalográfico y reconocimiento de microestructuras.

1.1 Introducción al análisis metalográfico

Un factor crítico en el análisis metalográfico de materiales es la preparación superficial de

la probeta. En el año de 1863 Henry Sorby realizó por primera vez una examinación

correcta de un metal pulido y atacado químicamente, bajo un microscopio. Además Sorby

identificó los microconstituyentes más importantes de los materiales ferrosos como son el

grafito, cementita, perlita y austenita. El tipo de aplicación de la microscopia para

examinación metalográfica se descubrió dos siglos más tarde que la microscopia biológica,

debido a que se requiere una reflexión de luz en la microscopia de metales debido a queson cuerpos opacos, mientras que en la microscopia biológica se usa la transmisión de luz

para su examinación.

El siguiente paso luego de la preparación superficial de la probeta es realizar un adecuado

ataque químico. Un macro ataque químico se usó para revelar la microestructura de

meteoritos pulidos como la famosa estructura Widmanstatten descubierta por Von

Widmanstatten.

Fig. 1 Macrografía de un meteorito de hierro preparada en 1808 por Von

Widmanstatten. El ataque químico fué realizado con ácido nítrico.

Los siguientes requerimientos son importantes para una exitosa preparación superficial de

una muestra metalográfica.


3/34

- Las impurezas que puedan oscurecer las características estructurales no deben

presentarse.

- Las probetas deben estar libres de impurezas o rasgos accidentales.

El siguiente paso luego de preparar las muestras metalográficas es interpretar, entender, y

usar la información contenida en la imagen. La interpretación de características

microestructurales requiere de un entendimiento de la estructura cristalina, los

mecanismos metalúrgicos de solidificación, deformación, y diagramas de fase.

1.2

Técnicas metalográficas y extracción de la probeta.

Introducción

La remoción de un espécimen de un tamaño conveniente y representativo de una pieza de

trabajo grande, es la principal operación en la preparación del especímen metalográfico, la

siguiente operación es el montaje de la probeta, lijado, pulido, ataque químico yexaminación del espécimen metalográfico.

El seccionamiento metalúrgico puede ser usado para los ensayos microestructurales o

macroestructurales.

El seccionamiento metalúrgico es importante y muy crítico, ya que siendo el ensayo

metalográfico un ensayo destructivo donde cierta cantidad de material se pierde durante

el proceso de preparación, en la metalografía clásica se pierde material correspondiente al

ancho del disco de corte, luego se pierde material debido al proceso de lijado y pulido. Por

lo cual se debe tener mucho cuidado al momento de elegir el lugar en el cual se va apracticar el ensayo metalográfico.

Además de que se pierde material debido al proceso del análisis metalográfico, al

momento de quitar una muestra de un todo, se generan esfuerzos térmicos que afectan al

funcionamiento normal de la pieza grande de la cual se extrajo la muestra.

Se debe revisar que al momento de cortar la pieza no se presenten signos de

sobrecalentamiento que puede producir un cambio en la microestructura y afectar a la

examinación final. Estas consecuencias deben comprenderse para realizar cualquier corte

de piezas, especialmente si se trata de un proceso de análisis de falla, en estos casos se

debe realizar un proceso de cálculo de esfuerzos residuales, antes de realizar cualquier

seccionamiento, las técnicas de preparación incorrectas pueden causar cambios

microestructurales que conducen a conclusiones erróneas.

Idealmente los cambios en la microestructura a partir de procesos de seccionamiento

deben ser evitados, sin embargo debido al trabajo en caliente y en frío al cual se somete


4/34

las piezas de trabajo inevitablemente ocurren en la mayoría de los métodos de

seccionamiento.

El daño que se infiere al material durante el seccionamiento depende del material, la

naturaleza del dispositivo de corte, la velocidad de corte y la velocidad de alimentación

del refrigerante. En algunos materiales la afectación debido al seccionamiento es

inconsecuente y puede ser removido durante los procesos de lijado y pulido. La

profundidad del daño varía con respecto al material y el método de seccionamiento.

Fig. 2 Las marcas de quemaduras, no son permisibles si están cerca del área de interés.

En el presente texto se van a describir los procesos de seccionamiento, algunas prácticas

generales, y una guía para seleccionar una herramienta de corte para una operación de

seccionamiento dada.

También se tratarán temas referentes a la localización de especímenes de pruebas para

trabajos de certificación, así como resolución de problemas de análisis de falla de

componentes.

PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR UN ANALISIS METALOGRÁFICO

- SELECCIÓN DEL ESPECIMEN METALOGRÁFICO

La selección del espécimen para la examinación metalográfica, debido a que si la

interpretación tiene algún nivel de responsabilidad, los especímenes deben ser

representativos del material que está siendo estudiado. Con respecto al propósito de


5/34

estudio, la examinación metalográfica puede ser dividida en tres clasificaciones:

a) Estudios generales o trabajo de rutina- los especímenes pueden ser tomados de

lugares más probables para revelar las variaciones máximas dentro del material de

estudio. Por ejemplo si se quiere analizar una tira de cable se debe tomar los

extremos del cable.

b) Estudio de fallas- los especímenes deben ser tomados lo más cerca posible del

lugar donde se produjo la falla. Antes de tomar la muestra del espécimen

metalográfico debe realizarse un estudio completo de la superficie de la fractura, o

por lo menos la superficie de la fractura debe ser documentada. En muchos casos

los especímenes deberán ser tomados de un área para realizar comparación de

estructuras y propiedades.

c) Estudios de investigación- la naturaleza del estudio indicará la localización del

espécimen, orientación, etc.

Una vez seleccionada la localización de la muestra metalográfica a ser estudiada, el tipo de

sección a ser examinada se debe decidir.

Para un hierro fundido, una sección de corte perpendicular a la superficie podrá mostrar

las variaciones en estructura desde el lado exterior hacia el lado interior de la fundición.

En el caso de metales trabajados en frío en caliente, tanto la sección transversal y

longitudinal pueden ser estudiados, investigaciones especiales pueden requerir

especímenes con preparación superficial paralelas a la superficie original del producto.

Si se trata de alambres, una sección longitudinal a través del centro del espécimen provee

ventajas versus el estudio de la sección transversal.

La sección transversal tomada perpendicularmente al eje principal del material son

usualmente usados para revelar la siguiente información.

- Variación en la estructura desde el centro a la superficie

- Distribución de las impurezas no metálicas a través de la sección.

-

Descarburización de la superficie de un material ferroso

- Profundidad de imperfecciones superficiales

- Profundidad de corrosión


6/34

- Espesor de recubrimientos de protección

- Estructura del recubrimiento de protección

La sección longitudinal tomada paralela al eje principal del material son usados para

revelar la siguiente información:

- Contenido de inclusiones en el acero

- Grado de deformación plástica, como se muestra en la distorsión del grano.

- La microestructura obtenida con el tratamiento térmico

Las localizaciones de las superficies examinadas deberían presentarse en un reporte de

resultados, y alguna micrografía ilustrativa, un método recomendado en la Norma ASTM

E3 es el que se muestra en la fugura.

Símbolo en el diagrama Designación sugerida

A Superficie rolada

B Dirección de rolado

C Borde de rolado

D Sección planar

E Sección longitudinal perpendicular a la


7/34

superficie de rolado

F Sección transversal

G Sección longitudinal radial

H Sección longitudinal tangencial

- TAMAÑO DEL ESPECIMEN METALOGRÁFICO

Por conveniencia, los especímenes a ser pulidos para una examinación metalográfica son

generalmente de 12 a 25 mm^2, o aproximadamente de 12 a 25 mm de diámetro si el

material es cilíndrico. La altura del espécimen no debe ser mayor a la necesaria para una

manipulación conveniente durante el pulido.

Los especímenes muy grandes son generalmente más difíciles de preparar.

Los especímenes que son frágiles, de formas extrañas o demasiado pequeños para ser

pulidos a mano, se pueden montar con la finalidad de asegurar una superficie satisfactoria

para el estudio microscópico.

En la figura se muestra distintas formas de montar especímenes mecánicamente.

- CORTE DEL ESPECIMEN METALOGRÁFICO

En el corte del espécimen metalográfico de la parte más importante del material, se debe

tener mucho cuidado para minimizar la alteración a la microestructura del material, a

continuación se mencionan tres tipos comunes de seccionamientos:


8/34

a) Mediante sierra- se lo realiza con una maquina con lubricación, es fácil, rápido y

relativamente frío. Puede ser usado en todos los materiales con durezas de

aproximadamente 350 HV, puede producir una superficie rugosa que debe ser

removida en la preparación posterior.

b) Un disco de corte abrasivo producirá una superficie limpia lista para un lijado fino,

este método es mucho más rápido que el corte por sierra, la elección del disco de

corte abrasivo, condiciones de refrigeración, y el grado de dureza del metal a ser

cortado influirá en la cualidad del corte.

Si se escoge condiciones de corte erróneas se dañará fácilmente el espécimen

produciendo una alteración de la microestructura. Generalmente materiales

suaves se cortan con discos de corte duros, y los materiales duros se cortan con

discos de corte suaves.

Discos de corte de óxido de aluminio se prefieren para metales ferrosos, y discos

de corte de carburo de silicio se prefieren para aleaciones no ferrosas. Los discos

de corte son esenciales para seccionar metales superiores a 350 HV.

c) El corte por cizalladura es una herramienta de corte usada para alambres, placas.

Tabla tomada de la norma ASTM E3, para la selección del tipo de disco de corte en función

del material que se requiere cortar.

- LIMPIEZA DEL ESPECIMEN METALOGRÁFICO


9/34

La limpieza durante la preparación del espécimen metalográfico es esencial, cualquier

residuo de grasa, aceite, refrigerantes o residuos de discos de corte se deben remover

para evitar un daño al momento de montar la pieza en resina.

- MONTAJE DE LOS ESPECÍMENES

Existen muchas ventajas al montar el espécimen antes del lijado y pulido, el montaje de

especímenes se hace usualmente en especímenes pequeños, frágiles, o de formas raras. O

en los casos en los que los bordes de los especímenes deberán ser examinados.

Los especímenes pueden ser montados mecánicamente, montados en plástico o una

combinación de ambos.

Montaje mecánico

El mecanismo para el montaje mecánico se presenta en la figura:

Los mecanismos pueden ser de cobre si se requiere montar acero para su examinación, la

elección de los materiales no debe interrumpir el ataque químico.

Montaje plástico

El montaje plástico es el más común para el análisis de especímenes metalográficos, se

usa el plástico como protección de la probeta de la preparación manual o automática.

El montaje plástico se puede dividir en dos clases—por termocompresión y por fundición.


10/34

a) Montaje por termocompresión

Se denomina montaje por termocompresión debido a que para montar los especímenes

en una resina termoestable se requiere someter a la resina junto con el espécimen a una

temperatura entra 140-180°C, y una presión de 27 a 30 MPa..

b) Montaje de plásticos fundibles

La resina para realizar el montaje por plásticos fundibles consiste en dos o más

componentes que deben ser mezclados justo al momento de ser usados. Este tipo de

montaje requiere de una fuente de calor para producir compactación en las resinas.

- LIJADO Y PULIDO

Muchos metales y aleaciones pueden ser preparados usando una similar secuencia de

lijado y pulido. En el caso de aleaciones duras pueden requerir una aplicación de mayor

presión que las aleaciones suaves. La diferencia importante es el pulido final, algunos

metales y aleaciones van a requerir combinaciones de papeles abrasivos y pulimentos,

pero un sorprendente número de metales y aleaciones se pueden pulir mediante el

mismo procedimiento.

Una secuencia típica para el lijado puede ser 240, 320, 400 y 600 grit, En papeles

abrasivos, el primer paso es lijar la probeta en la lija de grano grueso hasta eliminar todas

las rayas que no sean paralelas a la dirección a la cual se realiza el proceso de lijado.


11/34

Luego en el mismo papel abrasivo girar la probeta 90° para continuar con el proceso de

lijado, una vez se eliminen todas las rayas del proceso anterior se puede usar un papel

abrasivo más fino.

El proceso anterior se repite hasta llegar a la lija 2000 grid.

Una vez que se termine el proceso de lijado, se puede iniciar con el proceso de pulido en

las pulidoras, en las cuales se usa un paño de seda montado sobre una mesa giratoria,

sobre el paño se debe regar una cantidad pequeña de alúmina preparada con agua

destilada.

Aplicaciones del análisis metalográfico

- Determinación cuantitativa del tamaño de grano, forma de grano.

- Determinación cualitativa de inclusiones no metálicas.


12/34

- Determinación de fases microestructurales presentes en un metal.

1.3 Introducción a estructuras en metales.

El término estructura, se usa aquí, a aquellas características microestructurales que

pueden ser investigadas usando microscopía óptica.

Las principales características estructurales, se listan en orden de aumento de tamaño.

- Estructura atómica

- Estructura cristalina

- Microestructura,

- Porosidades

-

Inclusiones no metálicas.

Las estructuras características de metales y aleaciones son producidas por:

- Transformación en la cual una o más fases padres se convierten en una o más

nuevas fases.

- Procesos de deformación.

- Procesos térmicos

- Procesos termomecánicos

- Procesos de difusión que no terminan en transformación, como la sinterización.

Los procesos de deformación típicos son el trabajado en frío, ejemplos de procesos

térmicos es el recocido de un metal anteriormente trabajado en frío.

Estructura de granos

Los granos son cristales muy pequeños que forman un agregado tridimensional, estos

pueden ser vistos en secciones, por lo cual naturalmente están limitados a ser estudiados

en dos dimensiones. Las principales características de un grano estructural son el tamaño

de grano y la forma del grano.

Tipos de estructuras de granos

Las típicas estructuras de grano incluyen granos columnares, estructuras de grano en

forma de pinza, estructuras de grano equiaxial, estructura de granos deformes y

estructura de grano dúplex.


13/34

Estructuras de grano en forma de pinza, son granos que al momento de crecer chocan

con otro grano y su orientación cristalográfica cambia, produciendo una forma debida a

un choque.

Estructuras de grano columnar, este tipo de estructura se forma debido a procesos de

crecimiento unidireccional, especialmente durante la solidificación, la estructura columnar

es típica de lingotes de fundición.

Fig. 2 Estructura de grano columnar en una soldadura laser en acero.

Estructura de grano equiaxial, puede formarse mediante procesos severos, como la

solidificación y recristalización después o durante procesos de deformación.

Fig. 3 Morfologías estructurales durante la solidificación. a) granos equiaxiales, b) granos

equiaxiales dendríticos.


14/34

Estructura de grano deformada, es el producto de deformación en frío en aquellos casos

las formas de grano son anisotrópicas.

Fig.4 Placa de Mo a) Parcialmente recristalizada y b) completamente recristalizada.

Estructura de grano dúplex, la estructura de grano dúplex consiste en regiones en las

cuales coexisten granos grandes y muy pequeños, siendo esta una distribución bimodal de

tamaños de grano.

Fig. 5 ejemplos de granos de ferrita en un acero rolado, a) finalmente rolado a 940 °C y

b) finalmente rolado a 845°C.

Fases metalúrgicas y microconstituyentes del acero


15/34

Fig. 6 La región eutectoide Fe-Fe3C del diagrama de fase hierro-carbono.

Las morfologías de perlita, y su ocurrencia o distribución en la microestructura, puede ser

muy variada, dependiendo de la composición y el tratamiento térmico aplicado al acero.

Por lo que se va a iniciar con el simple ejemplo de un acero eutectoide, (con un contenido

de carbono del 0,8%), el cual luego de ser completamente austenizado se somete a un

enfriamiento muy lento generalmente en el horno, a través de la isoterma eutectoide de

727 °C. En este caso la fase austenita se transforma en la esperada forma de perlita con

una estructura laminar de placas de cementita en una matriz de ferrita.

Fig. 7 Apariencia clásica de perlita laminar en un acero eutectoide, luego de un lento

enfriamiento (2,5°C/min) desde la austenita.


16/34

Fases metalúrgicas y microconstituyentes.

Microconstituyente Estructura cristalina Características

Ferrita bcc Fase de equilibrio estable.

Ferrita bcc Fase de alta temperatura

Austenita fcc Fase de equilibrio estableCementita Ortorrómbica compleja Fase metaestable dura

Grafito Hexagonal Fase de equilibrio estable

Perlita Microconstituyente

metaestable, mezcla

laminar de ferrita y

cementita

Martensita bct (Solucion supersaturada

de carbono en ferrita)

Fase metaestable dura

Bainita Microconstituente

metaestable endurecido.

Formación de ferrita eutectoide y proeutectoide.

El término proeutectoide se refiere a los microconstiutyentes que se forman antes de la

isoterma eutectoide, el microconstituyente proeutectoide se forma durante el

enfriamiento.

En la figura 8a se muestra el enfriamiento en condiciones de equilibrio de un acero

hipoeutectoide, antes de alcanzar la isoterma eutectoide se produce la formación de

ferrita proeutectoide en los límites de granos de austenita. Y en el centro de los granos de

austenita cuando se enfría por debajo de la temperatura eutectoide, se produce la

formación de perlita.

En la figura 8b se muestra el enfriamiento en condiciones de equilibrio de un acero

hipereutectoide, antes de enfriarse hasta la temperatura eutectoide se forma cementita

proeutectoide en los límites de grano de austenita. Luego de enfriarse hasta por debajo de

la temperatura eutectoide se forma perlita en los en el centro de los granos que antes del

enfriamiento fueron austenita.


17/34

Fig. 8 a) esquema de formación de ferrita eutectoide y proeutectoide, y b) esquema de

formación de cementita eutectoide y proeutecotide.

Estructuras martensíticas

Dos diferentes morfologías han sido observadas en microestructuras de martensita

ferrosa, martensita en forma de placas y martensita en forma de agujas. La martensita en

forma de para tiene la forma de cristales lenticulares, una característica de la martensita

en forma de placas es un patrón en zigzag de las diminutas placas, delimitadas por

grandes placas adyacentes formadas en el inicio de la transformación.

Debido a que la velocidad de transformación de la martensita alcanza los 10^6 mm/s, es

característico de la martensita en forma de placas, que presente microfisuras. La cantidad

de movimiento de las placas hace que cuando estas se choquen se creen microfisuras.


18/34

Fig. 9 Martensita a) en forma de agujas, b) en forma de placas.

Fig. 10 Martensita en forma de placas formada en un acero con 1,86 %C, las flechasindican las microfisuras.

Martensita en forma de varillas

Otra importante morfología de la martensita, es la martensita en varillas, esta es la

estructura de los aceros mas endurecidos. Las varillas de vainita tienden a formar grupos

con la misma orientación, estos grupos son conocidos como paquetes. Como se muestra

en la fig. 11.

Fig. 11 Paquetes de varillas de martensita tomada en un microscopio de transmisión de

electrones.


19/34

Fig. 12 Martensita en varillas, varios paquetes distribuidos en distintas direcciones.

El tipo de morfología que resulte de un acero depende de la velocidad de enfriamiento ydel contenido de carbono, los aceros de bajo carbono forman martensita en forma de

varillas, mientras que los aceros de alto carbono forman martensita en forma de placas.

Además es posible obtener una estructura martensitica dúplex según el contenido de

carbono.

Fig. 13 Temperatura de inicio de transformación martensitica versus contenido de

carbono.


20/34

Estructuras bainíticas


21/34

2. DIAGRAMA BINARIO HIERRO-CARBONO

En la figura se muestra la porción de interés del sistema de aleaxion hierro-carbono, es la

parte entre el hierro puro y un compuesto intersticial llamado cementita, el cual contiene

6,67 % ce carbono por peso, per tanto esta porción del diagrama se denomina diagrama

de equilibrio hierro-carburo de hierro.


22/34

Este no es un verdadero diagrama de equilibrio, pues equilibrio implica que no existe un

cambio de fase con el tiempo.

El diagrama muestra tres líneas horizontales que indican reacciones isotérmicas, la

solución gamma se conoce como austenita.

La figura indica la porción del diagrama conocida como región delta, la línea horizontal MB

de temperatura muestra la reacción peritéctica, a 1492°C.

La ecuación de esta reacción puede escribirse como:

Liquido + hierro delta


23/34

La tercera línea horizontal HJK representa la reacción eutectoide, el punto J eutectoide

está a 0,8 %C y a 723 °C.

Cualquier austenita que cruce el punto J debe transformarse en una muy fina mezcla

eutectoide de ferrita y cementita, llamada perlita.

La ecuación puede escribirse como:

Austenitaferrita +cementita.

A las aleaciones que contienen menos del 2%C se los conoce como Aceros si el porcentaje

de carbono es mayor al 2% entonces se lo conoce como hierros fundidos.


24/34

3.

TRATAMIENTOS TÉRMICOS Y DIAGRAMAS TTT

Tratamientos térmicos de los aceros

Tratamiento térmico se define como “Una combinación de operaciones de calentamientos

y enfriamientos, de tiempos determinados y aplicadas a un metal o aleación en el estadosólido en una forma tal que producirá las propiedades deseadas. Todos los procesos

básicos de tratamientos térmicos en aceros requieren que se eleve la temperatura por

encima de la temperatura eutéctica (727 °C), para austenizar completamente al acero.

Si un acero es trabajado en frío se requiere que la rapidez de calentamiento debe ser lo

más lenta posible para evitar esfuerzos térmicos.

Un acero es definido como una aleación de hierro y carbono con un contenido de

carbono de pocas centésimas de porcentaje hasta un 2% C. En aceros aleados la suma de

porcentajes de elementos aleantes puede llegar a una cantidad de 5%, y por encima de5% de la suma de elementos aleantes en aceros de alta aleación, como los aceros para

herramientas y aceros inoxidables.

Los aceros pueden presentar una amplia variedad de propiedades dependiendo de la

composición así como las fases y microconstituyentes presentes. Las cuales dependen del

tratamiento térmico.

El diagrama de fases Fe-C

La base del entendimiento de los tratamientos térmicos en el acero es el diagrama hierro-

carbono, dentro del cual se tiene una porción de interés el cual es el diagrama hierro-

carburo de hierro. En la figura se muestra el diagrama estable hierro-grafito, y el diagrama

metaestable hierro-carburo de hierro.


25/34

Fig. 14 Diagrama metaestable de hierro-carburo de hierro.

TRATAMIENTOS TÉRMICOS BÁSICOS DEL ACERO

Recocido total

El proceso para realizar el recocido total de un acero es elevar su temperatura por encimade la línea de temperatura A3, y mantener a esta temperatura durante un tiempo

determinado para lograr una austenización completa, y luego se debe enfriar lentamente

durante el intervalo de transformación. Normalmente se deja a enfriar en el horno el cual

tiene materiales refractarios.


26/34

La temperatura adecuada para realizar el tratamiento térmico de recocido es 10°C por

encima de la línea A3, (se debe cruzar el porcentaje de carbono con la línea A3 para hallar

la temperatura de recocido.)

El recocido no debe ser un tratamiento final para aceros hipereutectoides. Mediante un

estudio metalográfico se puede determinar los porcentajes de ferrita y perlita en aceros

hipoeutectoides. Con lo cual se puede determinar aproximadamente la resistencia a la

tracción del acero examinado.

La anterior ecuación no se puede aplicar para aceros hipereutectoides(%C>0,8), ya que la

resistencia tensil esta determinada por la red de cementita en los límites de grano.

Recocido de esferoidización

Debido a que luego del recocido de un acero hipereutectoide, se forma una

microestructura de perlita en una red de cementita, se genera una maquinabilidad

deficiente, para mejorar esta maquinabilidad se puede realizar un tratamiento térmico

conocido como recocido de esferoidización. La estructura resultante del recocido de

esferoidización es una forma de carburo globular en una matriz ferritica.

Para realizar el tratamiento térmico de recocido globular se pueden seguir los pasos

siguientes:

-

Mantener durante un tiempo prolongado a una temperatura un poco por debajo

de la temperatura eutectoide.

- Calentar y enfriar repetidamente entre las temperaturas que están justamente por

debajo o por encima de la temperatura eutectoide.

- Calentar por encima de la temperatura eutectoide y enfriar lentamente en el

horno justo por debajo de la línea crítica inferior.

Mantener por un largo tiempo a temperatura elevada destruirá por completo la

estructura perlítica y la red de cementita. Para que luego la cementita se convierta en

esferas.


27/34

Fig. 15 acero al 1% de carbono esferoidizado, se muestra cementita esferoidizada en una

matriz de ferrita. (Foto tomada de Introducción a la metalurgia física de Avner)

Normalizado

La normalización se lleva a cabo al calentar aproximadamente 38°C por encima de la línea

crítica superior Acm seguido por un enfriamiento en aire quieto hasta la temperatura

ambiente.

El propósito de este tratamiento es producir un acero más duro y fuerte que el obtenidopor recocido total.

Para aceros hipereutectoides, es necesario calentar por encima de Acm a fin de disolver la

red de cementita.

La normalización puede utilizarse para mejorar la maquinabilidad, refinar el grano, etc.

Cuando ya no se enfría en condiciones de equilibrio, el diagrama hierro-carbono no puede

utilizarse para predecir las proporciones de ferrita y perlita o cementita y perlita que

existirán a temperatura ambiente. Los aceros normalizados deben mostrar un aumento en

resistencia.

En general, mientras más rápido sea el enfriamiento, menor será la temperatura de

transformación de la austenita y más fina será la perlita como indica la figura de la

derecha.El efecto neto que la normalización produce es una estructura de perlita más fina y más

abundante que la obtenida por recocido, lo cual resulta en un acero más duro y fuerte.


28/34

Temple

El propósito básico de este tratamiento es producir una estructura totalmente

martensítica.

La rapidez crítica de enfriamiento (°C por segundo) indica qué tan rápido debe enfriarse

un acero para formar sólo martensíta.

La martensita es una solución sólida sobresaturada de carbono atrapado en una

estructura tetragonal centrada en el cuerpo. La razón axial c/a aumenta con el contenido aun máximo de 1.08.

Esta estructura reticular2 altamente distorsionada es la principal razón para la alta dureza

de la martensita.

En la mayoría de los aceros la estructura martensítica aparece vaga e indeterminada, en

las aleaciones al alto carbono, la estructura acicular de la martensita está definida más

claramente.

CARACTERÍSTICAS DE LA TRANSFORMACIÓN DE MARTENSITA.

1. La transformación es sin difusión3 y no hay cambio en la composición química.

2. La transformación es de tipo aterma, es decir, se verifica sólo durante el

enfriamiento y cesa si éste se interrumpe, por lo tanto sólo depende de la disminución entemperatura y es independiente del tiempo. La cantidad de

martensita formada es no lineal.

La temperatura del inicio de formación de martensita se conoce como MS y la final como

Mf, la transformación se detendrá y no avanzará nuevamente, a menos que la

temperatura disminuya.


29/34

3. La transformación de una aleación dada no puede eliminarse, ni la temperatura MS

modificarse al cambiar la rapidez de enfriamiento.

La temperatura MS parece ser sólo una función de la composición química y se ha ideado

una fórmula para calcularla:

Ms(°F)= 1000-(650x%C)-(70x%Mn)-(35x%Ni)-(70x%Cr)-(50x%Mo)

La figura muestra la influencia del carbono en las temperaturas MS y Mf. La líneaMf por lo general no está claramente definida.

En teoría, la transformación de austenita a martensita nunca es completa, por tanto la

temperatura Mf generalmente se toma como la temperatura a la que la transformación

esté completa hasta donde uno sea capaz de determinar por medios visuales.

4. La martensita probablemente nunca esté en condiciones de equilibrio real, aunque

puede persistir de modo indefinido en o cerca de la temperatura ambiente.

5. La propiedad más significativa de la martensita es su potencial de dureza muy

grande, es siempre más dura que la austenita de la cual se forma. Se cree que la

alta dureza de la martensita es resultado de las severas distorsiones reticularesproducidas por su formación.


30/34

Parece que la máxima dureza obtenible de un acero en la condición martensítica es solo

una función del contenido de carbono.

Durante muchos años se creyó que la trasformación martensítica era única para el acero,

sin embargo, en años recientes se ha encontrado este tipo de transformación en otrossistemas de aleación como:

Fe-Ni,Cu-Zn y Cu-Al; por tanto el término martensita ya no se limita a lametalurgia del acero.

Revenido

Diagramas de transformación

Los mecanismos de funcionamiento de las transformaciones de fase son tan importantes

como los diagramas de equilibrio para los tratamientos térmicos de los aceros. Las fases

metaestables como la martensita y bainita. Tienen una extrema importancia en las

propiedades de los aceros.

Mediante los diagramas se puede describir como sucede la transformación, cuatro

diferentes tipos de diagramas se pueden distinguir entre los cuales:


31/34

- Diagramas de transformación isotérmica describiendo la formación de la austenita

(diagramas ITh)

- Diagramas de transformación isotérmica conocido además como diagramas de

transformación-tiempo-temperatura, los cuales describen la descomposición de la

austenita.

- Diagramas de calentamiento continuo

- Diagramas de enfriamiento continuo.

DIAGRAMAS TTT

El tiempo y la temperatura de la transformación de austenita tienen una profunda

influencia en los productos de transformación y las subsecuentes propiedades del acero.

Como la austenita es inestable por debajo de Ae1 es necesario saber cuánto tiempo

precisará para estar completamente transformada y cuál será la naturaleza del producto

de transformación.

Realmente hay interés en saber que efectos tiene la austenita a 704°C, pero las muestras

no pueden estudiarse a esa temperatura; por tanto, se debe relacionar de alguna manera

el examen microscópico a temperatura ambiente con lo que está sucediendo a la

temperatura elevada. Se deben tener en cuenta los dos puntos siguientes:

1. La martensita se forma sólo de la austenita casi instantáneamente a bajas

temperaturas.

2. Si la austenita se transforma a una temperatura mayor a una estructura estable a

temperatura ambiente, un rápido enfriamiento no cambiará el producto de

transformación. La primera figura muestra el diagrama de un experimento realizado**, el

mismo que muestra el porcentaje de austenita y el correspondiente porcentaje de

transformación, pudiéndose graficar dos puntos a 704°C, o sea el tiempo de inicio y fin de

la transformación. Se puede graficar el tiempo para el 50% de la transformación con líneas

punteadas.


32/34

Las principales curvas del diagrama TI se dibujan cono líneas gruesas para destacar que su

localización exacta sobre la escala tiempo no es altamente precisa.

El tiempo se grafica sobre una escala logarítmica.

La segunda figura muestra el diagrama TI para un acero eutectoide 1080.


33/34

Por arriba de Ae1 la austenita es estable. El área a la izquierda del principio de la

transformación consta de austenita inestable; el área a la derecha de la línea del fin de la

transformación es el producto al que se transformará la austenita a temperatura

constante; y el área entre el principio y el fin de la transformación marcada por A+F+C,consta de tres fases:

Austenita, ferrita y carburo, o austenita más el producto al que se transforma.

El punto al principio de la línea de transformación más alejado a la izquierda se conoce

como nariz del diagrama. En todos los diagramas, excepto para el acero eutectoide, hay

una línea adicional por encima de la región de la nariz. La temperatura Ms se indica como

línea horizontal. Las flechas que apuntan a la escala de temperatura señalan latemperatura a la que 50 y 90% de la austenita total, al templarse, se habrán transformado

a martensita.

Bibliografía

Metallography and microstructures, Vol 9, Metals Handbook, 8th ed., American Society for

Metals, 2004


34/34

Introducción a la metalurgia física de Avner , Metals Handbook, 2nd ed., Sidney Avner,

1988

Documents

Expo Ingeniería de Materiales