El endurecimiento por dispersión implica la inclusión de partículas pequeñas y duras en el metal, lo que restringe el movimiento de las dislocaciones y, por lo tanto, aumenta las propiedades de resistencia.
Endurecimiento de metales
En la ciencia de los materiales, la dureza es la capacidad de resistir la hendidura de la superficie ( deformación plástica localizada ) y el rayado . La dureza es probablemente la propiedad del material menos definida porque puede indicar resistencia al rayado, resistencia a la abrasión, resistencia a la indentación o incluso resistencia a la deformación o deformación plástica localizada. La dureza es importante desde el punto de vista de la ingeniería porque la resistencia al desgaste por fricción o erosión por vapor, aceite y agua generalmente aumenta con la dureza.
El endurecimiento es un proceso de trabajo metalúrgico utilizado para aumentar la dureza de un metal. La dureza de un metal es directamente proporcional al límite elástico uniaxial en el lugar de la deformación impuesta. Para mejorar la dureza de un metal puro, podemos utilizar diferentes formas, que incluyen:
El endurecimiento por dispersión implica la inclusión de partículas pequeñas y duras en el metal, lo que restringe el movimiento de las dislocaciones y, por lo tanto, aumenta las propiedades de resistencia. Es, en muchos sentidos, muy similar al endurecimiento por envejecimiento. La diferencia radica en los propios precipitados: las partículas se eligen por su estabilidad térmica, es decir, su resistencia al engrosamiento o crecimiento de partículas a altas temperaturas. Las partículas dispersoides influyen en la estructura del grano. El aumento de resistencia se debe a la estructura de grano formada como resultado de la presencia de dispersoides.
References:
Ciencia de los materiales:
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. Manual de Fundamentos del DOE, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
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JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
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Metalurgia
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El endurecimiento por precipitación, también llamado endurecimiento por envejecimiento o endurecimiento por partículas, es una técnica de tratamiento térmico basada en la formación de partículas extremadamente pequeñas y uniformemente dispersas (precipitados) de una segunda fase dentro de la matriz de fase original para mejorar la resistencia y dureza de algunos aleaciones de metales.
Endurecimiento de metales
En la ciencia de los materiales, la dureza es la capacidad de resistir la hendidura de la superficie ( deformación plástica localizada ) y el rayado . La dureza es probablemente la propiedad del material menos definida porque puede indicar resistencia al rayado, resistencia a la abrasión, resistencia a la indentación o incluso resistencia a la deformación o deformación plástica localizada. La dureza es importante desde el punto de vista de la ingeniería porque la resistencia al desgaste por fricción o erosión por vapor, aceite y agua generalmente aumenta con la dureza.
El endurecimiento es un proceso de trabajo metalúrgico utilizado para aumentar la dureza de un metal. La dureza de un metal es directamente proporcional al límite elástico uniaxial en el lugar de la deformación impuesta. Para mejorar la dureza de un metal puro, podemos utilizar diferentes formas, que incluyen:
Endurecimiento por precipitación – Endurecimiento por envejecimiento
Endurecimiento por precipitación , también llamado endurecimiento por envejecimientoo endurecimiento de partículas, es una técnica de tratamiento térmico basada en la formación de partículas extremadamente pequeñas y uniformemente dispersas (precipitados) de una segunda fase dentro de la matriz de fase original para mejorar la resistencia y dureza de algunas aleaciones metálicas. Las partículas de la segunda fase presentan otro tipo de obstáculos para el movimiento de dislocación, aunque las partículas no son necesariamente átomos individuales. La presencia de una partícula de segunda fase representa una distorsión en la red de la matriz. Por lo tanto, los obstáculos que impiden el movimiento de dislocación son el campo de deformación alrededor de las partículas de la segunda fase o las propias partículas de la segunda fase o ambas. El endurecimiento por precipitación se utiliza para aumentar el límite elástico de los materiales maleables, incluidas la mayoría de las aleaciones estructurales de aluminio, magnesio, níquel, titanio y algunos aceros yaceros inoxidables . En las superaleaciones , se sabe que provoca anomalías en el límite elástico, lo que proporciona una excelente resistencia a altas temperaturas.
Las superaleaciones a base de níquel incluyen aleaciones reforzadas con solución sólida y aleaciones endurecibles por envejecimiento. Las aleaciones endurecibles por envejecimiento consisten en una matriz austenítica (fcc) dispersada con precipitación coherente de un intermetálico de Ni3 (Al, Ti) con una estructura fcc. Las superaleaciones a base de Ni son aleaciones con níquel como elemento de aleación principal que se prefieren como material de cuchilla en las aplicaciones discutidas anteriormente, en lugar de las superaleaciones a base de Co o Fe. Lo que es significativo para las superaleaciones a base de Ni es su alta resistencia, resistencia a la fluencia y a la corrosión a altas temperaturas. Es común fundir álabes de turbina en forma solidificada direccionalmente o en forma monocristalina.
En el caso de las aleaciones de aluminio , el refuerzo por precipitación puede aumentar el límite elástico del aluminio desde aproximadamente cinco hasta aproximadamente quince veces el del aluminio sin alear. Especialmente la serie 2xxx, que está aleada con cobre, puede endurecerse por precipitación hasta obtener resistencias comparables al acero. En términos de endurecimiento por envejecimiento, las aleaciones de aluminio-cobre recocidas en solución se pueden envejecer naturalmente a temperatura ambiente durante cuatro días o más para obtener propiedades máximas como dureza y resistencia. Este proceso se conoce como envejecimiento natural . El proceso de envejecimiento también puede acelerarse a cuestión de horas después del tratamiento de la solución y templado calentando la aleación sobresaturada a una temperatura específica y manteniéndola a esa temperatura durante un tiempo específico. Este proceso se llamaenvejecimiento artificial . Normalmente, la aleación de aluminio 6061 se trata térmicamente a 533°C (990°F) durante un período de tiempo suficiente, seguido de un enfriamiento rápido en agua. El proceso de endurecimiento por precipitación se puede realizar a 160°C (320°F) durante 18 h seguido de enfriamiento por aire. Este proceso se repite nuevamente a 177°C (350°F) durante 8 h seguido de enfriamiento en aire.
En el caso del berilio de cobre, la alta resistencia de esta aleación se logra también mediante el endurecimiento por precipitación . El endurecimiento por precipitación resulta de la precipitación de una fase que contiene berilio a partir de una solución sólida sobresaturada de cobre principalmente puro . El berilio de cobre es el más duro y resistente de todas las aleaciones de cobre (UTS hasta 1400 MPa), en condiciones de tratamiento térmico completo y trabajo en frío. Combina alta resistencia con cualidades no magnéticas y antichispas y es similar en propiedades mecánicas a muchos aceros aleados de alta resistencia pero, en comparación con los aceros, tiene una mejor resistencia a la corrosión.
17-4PH Acero inoxidable
Por ejemplo, el acero inoxidable 17-4 PH (AISI 630) endurecido por precipitación tiene una microestructura inicial de austenita o martensita. Los grados austeníticos se convierten en grados martensíticos mediante tratamiento térmico (por ejemplo, tratamiento térmico a través de aproximadamente 1040°C seguido de enfriamiento) antes de que se pueda realizar el endurecimiento por precipitación. El tratamiento de envejecimiento posterior a aproximadamente 475°C precipita fases ricas en Nb y Cu que aumentan la resistencia hasta por encima de 1000 MPa límite elástico. En todos los tratamientos térmicos realizados la microestructura predominante es la martensita de listones. Sin embargo, a diferencia de las aleaciones austeníticas, el tratamiento térmico fortalece los aceros PH a niveles más altos que las aleaciones martensíticas. Los aceros inoxidables de endurecimiento por precipitación están designados por la serie AISI 600. De todos los grados de acero inoxidable disponibles, generalmente ofrecen la mejor combinación de alta resistencia junto con excelente tenacidad y resistencia a la corrosión. Son tan resistentes a la corrosión como los austeníticos. Los usos comunes se encuentran en la industria aeroespacial y en algunas otras industrias de alta tecnología.
Ejemplo: aleaciones de aluminio: aleación 6061
En general, las aleaciones de aluminio de la serie 6000 se alean con magnesio y silicio. La aleación 6061 es una de las aleaciones más utilizadas en la serie 6000. Tiene buenas propiedades mecánicas, es fácil de mecanizar, es soldable y puede endurecerse por precipitación, pero no a las altas resistencias que pueden alcanzar 2000 y 7000. Tiene muy buena resistencia a la corrosión y muy buena soldabilidad aunque reducida resistencia en la zona de soldadura. Las propiedades mecánicas del 6061 dependen en gran medida del temple o tratamiento térmico del material. En comparación con la aleación 2024, la 6061 se trabaja más fácilmente y permanece resistente a la corrosión incluso cuando la superficie está desgastada.
References:
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Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. Manual de Fundamentos del DOE, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
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El endurecimiento de la carcasa o el endurecimiento de la superficie es el proceso en el que se mejora la dureza de la superficie (carcasa) de un objeto, mientras que el núcleo interno del objeto permanece elástico y resistente.
Endurecimiento de metales
En la ciencia de los materiales, la dureza es la capacidad de resistir la hendidura de la superficie ( deformación plástica localizada ) y el rayado . La dureza es probablemente la propiedad del material menos definida porque puede indicar resistencia al rayado, resistencia a la abrasión, resistencia a la indentación o incluso resistencia a la deformación o deformación plástica localizada. La dureza es importante desde el punto de vista de la ingeniería porque la resistencia al desgaste por fricción o erosión por vapor, aceite y agua generalmente aumenta con la dureza.
El endurecimiento es un proceso de trabajo metalúrgico utilizado para aumentar la dureza de un metal. La dureza de un metal es directamente proporcional al límite elástico uniaxial en el lugar de la deformación impuesta. Para mejorar la dureza de un metal puro, podemos utilizar diferentes formas, que incluyen:
Endurecimiento de la superficie – Endurecimiento de la caja
El endurecimiento de la superficie o endurecimiento de la superficie es el proceso en el que se mejora la dureza de la superficie (carcasa) de un objeto, mientras que el núcleo interno del objeto permanece elástico y resistente. Después de este proceso , se mejoran la dureza de la superficie , la resistencia al desgaste y la vida útil a la fatiga . Esto se logra mediante varios procesos, como un proceso de carburación o nitruración mediante el cual un componente se expone a una atmósfera carbonosa o nitrogenada a temperatura elevada. Como se escribió, se influyen dos características principales del material:
La dureza y la resistencia al desgaste se mejoran significativamente . En la ciencia de los materiales, la dureza es la capacidad de resistir la hendidura de la superficie ( deformación plástica localizada ) y el rayado . La dureza es probablemente la propiedad del material menos definida porque puede indicar resistencia al rayado, resistencia a la abrasión, resistencia a la indentación o incluso resistencia a la deformación o deformación plástica localizada. La dureza es importante desde el punto de vista de la ingeniería porque la resistencia al desgaste por fricción o erosión por vapor, aceite y agua generalmente aumenta con la dureza.
La tenacidad no se ve afectada negativamente . La tenacidad es la capacidad de un material para absorber energía y deformarse plásticamente sin fracturarse. Una definición de tenacidad (para alta tasa de deformación, tenacidad a la fractura ) es que es una propiedad que indica la resistencia de un material a la fractura cuando hay una grieta (u otro defecto que concentra la tensión).
Para el hierro o acero con bajo contenido de carbono, que tiene una templabilidad deficiente o nula, el proceso de cementación implica la infusión de carbono o nitrógeno adicional en la capa superficial. El endurecimiento de la caja es útil en piezas como una leva o una corona dentada que deben tener una superficie muy dura para resistir el desgaste, junto con un interior resistente para resistir el impacto que se produce durante la operación. Además, el endurecimiento de la superficie del acero tiene una ventaja sobre el endurecimiento mediante el endurecimiento (es decir, el endurecimiento del metal uniformemente en toda la pieza) porque los aceros de bajo y medio carbono menos costosos pueden endurecerse en la superficie sin los problemas de distorsión y agrietamiento asociados con el mediante el endurecimiento de secciones gruesas. Una capa superficial exterior rica en carbono o nitrógeno (o caja) se introduce por difusión atómica desde la fase gaseosa. La caja tiene normalmente del orden de 1 mm de profundidad y es más dura que el núcleo interno de material.
Clasificación de los métodos de endurecimiento de la caja
La cementación por tratamiento de superficie se puede clasificar además como tratamientos de difusión o tratamientos de calentamiento localizado. Los métodos de difusión introducen elementos de aleación que ingresan a la superficie por difusión, ya sea como agentes de solución sólida o como agentes de endurecimiento que ayudan a la formación de martensita durante el enfriamiento posterior. En este proceso, la concentración de elemento de aleación aumenta en la superficie de un componente de acero. Los métodos de difusión incluyen:
Carburación . La carburación es un proceso de endurecimiento de la caja en el que la concentración de carbono en la superficie de una aleación ferrosa (generalmente un acero con bajo contenido de carbono) aumenta por difusión del entorno circundante. La carburación produce una superficie de producto dura y altamente resistente al desgaste (profundidad de caja media) con una excelente capacidad de carga de contacto, buena resistencia a la fatiga por flexión y buena resistencia al agarrotamiento.
Nitruración . La nitruración es un proceso de cementación en el que la concentración de nitrógeno en la superficie de un ferroso aumenta por difusión del entorno circundante para crear una superficie cementada. La nitruración produce una superficie de producto dura y altamente resistente al desgaste (profundidades de caja poco profundas) con una buena capacidad de carga de contacto, buena resistencia a la fatiga por flexión y excelente resistencia al agarrotamiento.
Aburrido . El borrado, también llamado boronizado, es un proceso de difusión termoquímica similar a la nitrocarburación en el que los átomos de boro se difunden en el sustrato para producir capas superficiales duras y resistentes al desgaste. El proceso requiere una alta temperatura de tratamiento (1073-1323 K) y una larga duración (1-12 h), y se puede aplicar a una amplia gama de materiales como aceros, fundición, cermet y aleaciones no ferrosas.
Endurecimiento de titanio-carbono y nitruro de titanio . El nitruro de titanio (un material cerámico extremadamente duro) o los recubrimientos de carburo de titanio se pueden utilizar en las herramientas fabricadas con este tipo de aceros mediante un proceso de deposición física de vapor para mejorar el rendimiento y la vida útil de la herramienta. TiN tiene una dureza Vickers de 1800-2100 y tiene un color dorado metálico.
Los métodos de calentamiento localizados para el endurecimiento de la carcasa incluyen:
Endurecimiento por llama . El endurecimiento por llama es una técnica de endurecimiento de la superficie que utiliza un solo soplete con un cabezal especialmente diseñado para proporcionar un medio muy rápido de calentar el metal, que luego se enfría rápidamente, generalmente con agua. Esto crea una «caja» de martensita en la superficie, mientras que el núcleo interno del objeto permanece elástico y resistente. Es una técnica similar al endurecimiento por inducción. Se necesita un contenido de carbono de 0,3 a 0,6% en peso de C para este tipo de endurecimiento.
Endurecimiento por inducción . El endurecimiento por inducción es una técnica de endurecimiento de la superficie que utiliza bobinas de inducción para proporcionar un medio muy rápido de calentar el metal, que luego se enfría rápidamente, generalmente con agua. Esto crea una «caja» de martensita en la superficie. Se necesita un contenido de carbono de 0,3 a 0,6% en peso de C para este tipo de endurecimiento.
Endurecimiento por láser . El endurecimiento por láser es una técnica de endurecimiento de la superficie que utiliza un rayo láser para proporcionar un medio muy rápido de calentar el metal, que luego se enfría rápidamente (generalmente por autoenfriamiento). Esto crea una «caja» de martensita en la superficie, mientras que el núcleo interno del objeto permanece elástico y resistente.
Carburación: ventajas y aplicación
La carburación es un proceso de endurecimiento de la caja en el que la concentración de carbono en la superficie de una aleación ferrosa (generalmente un acero con bajo contenido de carbono) aumenta por difusión del entorno circundante. La carburación produce una superficie de producto dura y altamente resistente al desgaste (profundidad de caja media) con una excelente capacidad de carga de contacto, buena resistencia a la fatiga por flexión y buena resistencia al agarre. La carburación se usa generalmente para aceros con bajo contenido de carbono , que se calientan a una temperatura suficiente para hacer que el acero sea austenítico, seguido de temple y revenido para formar una microestructura martensítica.. De modo que una caja martensítica con alto contenido de carbono con buena resistencia al desgaste y la fatiga se superpone a un núcleo de acero resistente con bajo contenido de carbono. En su primera aplicación, las piezas simplemente se colocaron en un recipiente adecuado y se cubrieron con una capa gruesa de polvo de carbón (carburización del paquete). Hoy en día, la pieza de acero está expuesta, a una temperatura elevada (generalmente por encima de 850°C), a una atmósfera rica en un gas hidrocarburo, como el metano (CH4). En la carburación con gas, la variante comercialmente más importante de carburación, la fuente de carbono es una atmósfera de horno rica en carbono producida a partir de hidrocarburos gaseosos, por ejemplo, metano (CH4), propano (C3H3) y butano (C4H10), o de líquidos de hidrocarburos vaporizados. El calor mejora la difusión del carbono en la superficie del acero y en las regiones del subsuelo. La profundidad de difusión (profundidad de la caja) sigue una dependencia tiempo-temperatura tal que:
Profundidad de la caja ∝ D. √ Hora
donde el factor de difusividad, D , depende de la temperatura, la composición química del acero y el gradiente de concentración de carbono en la superficie. En términos de temperatura, el factor de difusividad aumenta exponencialmente en función de la temperatura absoluta. Esta tasa de difusión aumenta mucho al aumentar la temperatura; la tasa de adición de carbono a 925°C es aproximadamente un 40% mayor que a 870°C. La profundidad de cualquier caja carburizada es función del tiempo y la temperatura.
Nitruración
La nitruración es un proceso de cementación en el que la concentración de nitrógeno en la superficie de un ferroso aumenta por difusión del entorno circundante para crear una superficie cementada. La nitruración produce una superficie de producto dura y altamente resistente al desgaste (profundidades de caja poco profundas) con una buena capacidad de carga de contacto, buena resistencia a la fatiga por flexión y excelente resistencia al agarrotamiento. A diferencia de la carburación, en la nitruración se añade nitrógeno a la ferrita en lugar de la austenita. Por lo tanto, la nitruración no implica el calentamiento en el campo de la fase austenita y un enfriamiento posterior para formar martensita. La temperatura es significativamente más baja y normalmente se usa un rango de 500 a 550°C. Estos procesos se utilizan con mayor frecuencia en aceros de baja aleación y bajo contenido de carbono.. También se utilizan en aceros con contenido de carbono medio y alto, titanio, aluminio y molibdeno. El endurecimiento más significativo se logra con una clase de aceros aleados (tipo aleación de nitrilo) que contienen aproximadamente un 1% de Al. Las aplicaciones típicas incluyen la producción de componentes de máquinas, ejes, ejes, engranajes, cigüeñales, árboles de levas, seguidores de levas, piezas de válvulas, tornillos de extrusión, herramientas de fundición a presión o matrices de forja.
Carbonitruración
Carbonitruraciónes un tratamiento térmico de cementación que introduce carbono y nitrógeno en la austenita del acero realizado de 1073 K a 1173 K. Este tratamiento es similar a la carburación en que se cambia la composición de la austenita y se produce una alta dureza superficial mediante enfriamiento para formar martensita. La carbonitruración se aplica a menudo al acero bajo en carbono, económico y fácil de mecanizar para impartir las propiedades superficiales de los grados de acero más costosos y difíciles de trabajar sin necesidad de un temple drástico, lo que resulta en menos distorsión y reduce el peligro de agrietamiento del trabajo. La dureza superficial de las piezas carbonitruradas varía de 55 a 62 HRC. La carbonitruración (alrededor de 850°C / 1550°F) se lleva a cabo a temperaturas sustancialmente más altas que la nitruración simple (alrededor de 530°C / 990°F) pero ligeramente más bajas que las utilizadas para la carburación (alrededor de 950°C / 1700°F) y por tiempos más cortos. A menudo se realiza en piezas de transmisión de potencia, como dientes de engranajes, levas, ejes, cojinetes, que están sometidos a condiciones de funcionamiento de fatiga estructural y superficial.
Aburrido
El borrado , también llamado boronizado, es un proceso de difusión termoquímica similar a la nitrocarburación en el que los átomos de boro se difunden en el sustrato para producir capas superficiales duras y resistentes al desgaste. El proceso requiere una alta temperatura de tratamiento (1073-1323 K) y una larga duración (1-12 h), y se puede aplicar a una amplia gama de materiales como aceros, fundición, cermet y aleaciones no ferrosas. La superficie resultante contiene boruros metálicos, como boruros de hierro, boruros de níquel y boruros de cobalto. Como materiales puros, estos boruros tienen una dureza y una resistencia al desgaste extremadamente altas.
Sus propiedades favorables se manifiestan incluso cuando son una pequeña fracción del sólido a granel. Las propiedades de las capas de boruro suelen ser superiores a las formadas por nitruración y carburación, particularmente en términos de su dureza. La mayoría de las superficies de acero borrado tendrán durezas de capa de boruro de hierro que van desde 1200-1600 HV . Superaleaciones a base de níquelcomo Inconel y Hastalloys normalmente tendrán una dureza de capa de boruro de níquel de 1700-2300 HV. La dureza de la capa de boruro se puede retener a temperaturas más altas que, por ejemplo, la de los estuches nitrurados. Por otro lado, tanto la carburación con gas como la nitruración por plasma tienen la ventaja sobre la boronización porque esos dos procesos ofrecen costes de funcionamiento y mantenimiento reducidos, requieren tiempos de procesamiento más cortos y son relativamente fáciles de operar. El borrado se utiliza normalmente para muchas aplicaciones de alto rendimiento, como la automoción, máquinas herramienta, aeroespacial, herramientas hidráulicas, industrias agrícolas y de defensa, etc.
Recubrimientos de nitruro de titanio y carburo de titanio
El acero de alta velocidad (HSS) es un acero para herramientas con alta dureza, alta resistencia al desgaste y alta resistencia al calor. El acero de alta velocidad se utiliza a menudo en hojas de sierras eléctricas y brocas.
El nitruro de titanio (un material cerámico extremadamente duro) o los recubrimientos de carburo de titanio se pueden utilizar en las herramientas fabricadas con este tipo de aceros mediante un proceso de deposición física de vapor para mejorar el rendimiento y la vida útil de la herramienta.
TiN tiene una dureza Vickers de 1800-2100 y tiene un color dorado metálico. Un uso bien conocido del recubrimiento de TiN es la retención de bordes y la resistencia a la corrosión en máquinas herramienta, como brocas y fresas, que a menudo mejoran su vida útil en un factor de tres o más.
El TiC es un material cerámico refractario extremadamente duro (Mohs 9–9,5), similar al carburo de tungsteno. También se utiliza como revestimiento de superficie resistente a la abrasión en piezas metálicas, como brocas de herramientas y mecanismos de relojes. El carburo de titanio también se utiliza como revestimiento de protección térmica para la reentrada atmosférica de naves espaciales.
Por ejemplo, acero de molibdeno de alta velocidad : AISI M2 es el HSS industrial «estándar» y más utilizado. Este tipo de acero se puede recubrir con nitruro de titanio. Los aceros de molibdeno de alta velocidad están designados como aceros del Grupo M según el sistema de clasificación AISI. M2 HSS tiene carburos pequeños y distribuidos uniformemente que le dan una alta resistencia al desgaste, aunque su sensibilidad a la descarburación es un poco alta. Por lo general, se usa para fabricar una variedad de herramientas, como brocas, machos de roscar y escariadores. El contenido de carbono y aleación está equilibrado a niveles suficientes para proporcionar una alta respuesta de endurecimiento alcanzable, excelente resistencia al desgaste, alta resistencia a los efectos de ablandamiento de la temperatura elevada y buena tenacidad para un uso eficaz en aplicaciones de corte industrial.
Endurecimiento por induccion
El endurecimiento por inducción es una técnica de endurecimiento de la superficie que utiliza bobinas de inducción para proporcionar un medio muy rápido de calentar el metal, que luego se enfría rápidamente, generalmente con agua. Esto crea una «caja» de martensita en la superficie. Se necesita un contenido de carbono de 0,3 a 0,6% en peso de C para este tipo de endurecimiento. La martensita es una estructura metaestable muy dura con una estructura cristalina tetragonal centrada en el cuerpo (BCT). La martensita se forma en aceros cuando la velocidad de enfriamiento de la austenita es tan alta que los átomos de carbono no tienen tiempo para difundirse fuera de la estructura cristalina en cantidades suficientemente grandes para formar cementita (Fe3C). El endurecimiento por inducción produce una superficie dura y altamente resistente al desgaste (profundidades de caja profundas) con buena capacidad de carga de contacto y buena resistencia a la fatiga por flexión. El material tiene una buena resistencia a la incautación.
El calentamiento se logra colocando una pieza de acero en el campo magnético generado por la corriente alterna de alta frecuencia que pasa a través de un inductor, generalmente una bobina de cobre refrigerada por agua. Estas llamadas corrientes parásitas disipan energía y producen calor al fluir contra la resistencia de un conductor imperfecto. Con el calentamiento por inducción, el acero se puede calentar muy rápidamente hasta que esté al rojo vivo en la superficie, antes de que el calor pueda penetrar cualquier distancia en el metal. Luego, la superficie se enfría, endureciéndolo, y se utiliza a menudo sin más templado. Esto hace que la superficie sea muy resistente al desgaste, y el núcleo del componente no se ve afectado por el tratamiento y sus propiedades físicas son las de la barra a partir de la cual se mecanizó, mientras que la dureza de la caja puede estar dentro del rango de 37/58 HRC. Los aceros de medio carbono de baja aleación endurecidos en la superficie por inducción se utilizan ampliamente para aplicaciones críticas de automoción y máquinas que requieren una alta resistencia al desgaste. Un uso común del endurecimiento por inducción es el endurecimiento de las superficies de los cojinetes, o «muñones», en los cigüeñales de los automóviles o las varillas de los cilindros hidráulicos. El comportamiento de resistencia al desgaste de las piezas endurecidas por inducción depende de la profundidad de endurecimiento y de la magnitud y distribución de la tensión de compresión residual en la capa superficial.
Endurecimiento de llama
El endurecimiento por llama es una técnica de endurecimiento de la superficie que utiliza un solo soplete con un cabezal especialmente diseñado para proporcionar un medio muy rápido de calentar el metal, que luego se enfría rápidamente, generalmente con agua. Esto crea una «caja» de martensita en la superficie, mientras que el núcleo interno del objeto permanece elástico y resistente. Es una técnica similar al endurecimiento por inducción. Se necesita un contenido de carbono de 0,3 a 0,6% en peso de C para este tipo de endurecimiento.
La martensita es una estructura metaestable muy dura con una estructura cristalina tetragonal centrada en el cuerpo (BCT). La martensita se forma en los aceros cuando la velocidad de enfriamiento de la austenita es tan alta que los átomos de carbono no tienen tiempo para difundirse fuera de la estructura cristalina en cantidades suficientemente grandes para formar cementita (Fe3C). El endurecimiento por llama produce una superficie dura y altamente resistente al desgaste (profundidades de caja profundas) con buena capacidad de carga de contacto y buena resistencia a la fatiga por flexión. Se puede utilizar para el endurecimiento de aceros de bajo costo y se requiere una baja inversión de capital.
Un uso común del endurecimiento por inducción es el endurecimiento de piezas grandes, como engranajes y vías de máquinas herramienta, con tamaños o formas que harían poco práctico el tratamiento térmico en horno. Por lo general, el engranaje se templará y templará primero a una dureza específica, lo que hará que la mayoría del engranaje sea resistente, y luego los dientes se calientan rápidamente y se templan inmediatamente, endureciendo solo la superficie. El comportamiento de resistencia al desgaste de las piezas endurecidas por inducción depende de la profundidad de endurecimiento y de la magnitud y distribución de la tensión de compresión residual en la capa superficial.
Endurecimiento por láser
El endurecimiento por láser es una técnica de endurecimiento de la superficie que utiliza un rayo láser para proporcionar un medio muy rápido de calentar el metal, que luego se enfría rápidamente (generalmente por autoenfriamiento). Esto crea una «caja» de martensita en la superficie, mientras que el núcleo interno del objeto permanece elástico y resistente. El calor generado por la absorción de la luz láser se controla para evitar la fusión y, por lo tanto, se utiliza en la austenitización selectiva de las regiones de la superficie local. El fenómeno de auto-extinción se aplica después de retirar la fuente de calor de la zona de interacción. La energía térmica absorbida por la capa superficial se distribuye rápidamente a toda la pieza de trabajo.
La martensita es una estructura metaestable muy dura con una estructura cristalina tetragonal centrada en el cuerpo (BCT). La martensita se forma en los aceros cuando la velocidad de enfriamiento de la austenita es tan alta que los átomos de carbono no tienen tiempo para difundirse fuera de la estructura cristalina en cantidades suficientemente grandes para formar cementita (Fe3C). El endurecimiento por láser produce una superficie dura y altamente resistente al desgaste (profundidades de caja poco profundas). Las zonas superficiales delgadas que se calientan y enfrían muy rápidamente dan como resultado microestructuras martensíticas muy finas, incluso en aceros con una templabilidad relativamente baja. El endurecimiento por láser se usa ampliamente para endurecer áreas localizadas de componentes de máquinas de acero y hierro fundido. Las principales ventajas son: posibilidad de tratamiento térmico superficial selectivo de piezas complejas, deformaciones mínimas de las piezas procesadas, el proceso es rápido, limpio y controlado por ordenador.
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Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. y Mancini, HL (2004). Introducción a la ciencia de los materiales. Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
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Metalurgia
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La temperatura crítica del acero define la transición de fase entre dos fases del acero. A medida que el acero se calienta por encima de la temperatura crítica, aproximadamente 1335°F (724°C), experimenta un cambio de fase, recristalizándose como austenita.
Temperatura crítica del acero
La temperatura crítica del acero define la transición de fase entre dos fases del acero. A medida que el acero se calienta por encima de la temperatura crítica , aproximadamente 1335°F (724°C), experimenta un cambio de fase, recristalizándose como austenita. Hay dos tipos de temperatura crítica:
Baja temperatura crítica (Ac1). La temperatura a la que la austenita comienza a transformarse de ferrita.
Temperatura crítica superior (Ac3). La temperatura a la que la austenita se transforma completamente de ferrita.
En el sistema Fe-C, hay un punto eutectoide a aproximadamente 0,8% en peso C, 723°C. La fase justo por encima de la temperatura eutectoide para los aceros al carbono simples se conoce como austenita o gamma.
References:
Ciencia de los materiales:
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. Manual de Fundamentos del DOE, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Departamento de Energía de EE . UU., Ciencia de Materiales. Manual de fundamentos del DOE, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: comprender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. y Mancini, HL (2004). Introducción a la ciencia de los materiales. Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
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Diagrama de fase [/lgc_column ]
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En el diagrama de fases del sistema hierro-carbono, el porcentaje de carbono presente y la temperatura definen la fase de la aleación hierro-carbono y por tanto sus características físicas y propiedades mecánicas. El porcentaje de carbono determina el tipo de aleación ferrosa: hierro, acero o hierro fundido.
Una aleación es una mezcla de dos o más materiales, al menos uno de los cuales es un metal. Las aleaciones pueden tener una microestructura que consiste en soluciones sólidas , donde los átomos secundarios se introducen como sustituyentes o intersticiales en una red cristalina . Una aleación también puede ser una mezcla de fases metálicas (dos o más soluciones, formando una microestructura de diferentes cristales dentro del metal).
Pero todas las aleaciones pueden existir en diferentes fases. Las fases son estados físicamente homogéneos de una aleación. Una fase tiene una composición química precisa: una cierta disposición y enlace entre los átomos. Esta estructura de átomos imparte diferentes propiedades a diferentes fases. Los diagramas de fase son representaciones gráficas de las fases presentes en una aleación en diferentes condiciones de temperatura, presión o composición química.
Diagrama de fases del sistema hierro-carbono
Las aleaciones ferrosas más simples se conocen como aceros y consisten en hierro (Fe) aleado con carbono (C) (alrededor del 0,1% al 1%, según el tipo). Agregar una pequeña cantidad de carbono no metálico al hierro cambia su gran ductilidad por una mayor resistencia . Debido a su muy alta resistencia, pero aún sustancial dureza , y su capacidad de ser alterado en gran medida por el tratamiento térmico, el acero es una de las aleaciones ferrosas más útiles y comunes en el uso moderno. En la figura, está el hierro-carburo de hierro (Fe-Fe3C) diagrama de fases. El porcentaje de carbono presente y la temperatura definen la fase de la aleación hierro-carbono y por tanto sus características físicas y propiedades mecánicas. El porcentaje de carbono determina el tipo de aleación ferrosa: hierro, acero o fundición.
En la figura, está el diagrama de fases de hierro-carburo de hierro (Fe-Fe3C). El porcentaje de carbono presente y la temperatura definen la fase de la aleación hierro-carbono y por tanto sus características físicas y propiedades mecánicas. El porcentaje de carbono determina el tipo de aleación ferrosa: hierro, acero o fundición. Fuente: wikipedia.org Läpple, Volker – Wärmebehandlung des Stahls Grundlagen. Licencia: CC BY-SA 4.0
Fases comunes en aceros y hierros
El tratamiento térmico de aceros requiere una comprensión tanto de las fases de equilibrio como de las fases metaestables que ocurren durante el calentamiento y / o enfriamiento. Para los aceros, las fases de equilibrio estable incluyen:
Ferrita . La ferrita o α-ferrita es una fase de estructura cúbica de hierro centrada en el cuerpo que existe por debajo de las temperaturas de 912°C para concentraciones bajas de carbono en el hierro. La α-ferrita solo puede disolver hasta un 0,02 por ciento de carbono a 727°C. Esto se debe a la configuración de la red de hierro que forma una estructura cristalina BCC. La fase principal del acero con bajo contenido de carbono o acero dulce y la mayoría de los hierros fundidos a temperatura ambiente es el α-Fe ferromagnético.
Austenita . La austenita, también conocida como hierro en fase gamma (γ-Fe), es una fase de estructura cúbica de hierro no magnética centrada en la cara. La austenita en las aleaciones de hierro y carbono generalmente solo está presente por encima de la temperatura eutectoide crítica (723°C) y por debajo de 1500°C, dependiendo del contenido de carbono. Sin embargo, puede conservarse a temperatura ambiente mediante la adición de aleaciones como níquel o manganeso. El carbono juega un papel importante en el tratamiento térmico, ya que amplía el rango de temperatura de estabilidad de la austenita. Un mayor contenido de carbono reduce la temperatura necesaria para austenitizar el acero, de modo que los átomos de hierro se reorganizan para formar una estructura de celosía fcc. La austenita está presente en el tipo de acero inoxidable más utilizado, que es muy conocido por su resistencia a la corrosión.
Grafito . Agregar una pequeña cantidad de carbono no metálico al hierro cambia su gran ductilidad por una mayor resistencia .
Cementita . La cementita (Fe3C) es un compuesto metaestable y, en algunas circunstancias, puede disociarse o descomponerse para formar α-ferrita y grafito, según la reacción: Fe3C → 3Fe (α) + C (grafito). La cementita en su forma pura es una cerámica y es dura y quebradiza, lo que la hace adecuada para el refuerzo de aceros. Sus propiedades mecánicas están en función de su microestructura, que depende de cómo se mezcle con la ferrita.
Las fases metaestables son:
Pearlita . En metalurgia, la perlita es una estructura metálica en capas de dos fases, que se componen de capas alternas de ferrita (87,5% en peso) y cementita (12,5% en peso) que se encuentra en algunos aceros y fundiciones. Se llama así por su parecido con el nácar.
Martensita . La martensita es una estructura metaestable muy dura con una estructura cristalina tetragonal centrada en el cuerpo (BCT). La martensita se forma en los aceros cuando la velocidad de enfriamiento de la austenita es tan alta que los átomos de carbono no tienen tiempo para difundirse fuera de la estructura cristalina en cantidades suficientemente grandes para formar cementita (Fe3C).
Bainita . La bainita es una microestructura en forma de placa que se forma en los aceros a partir de la austenita cuando las velocidades de enfriamiento no son lo
suficientementerápidaspara producir martensita, pero aún lo son lo suficiente para que el carbono no tenga tiempo suficiente para difundirse y formar perlita. Los aceros bainíticos son generalmente más fuertes y duros que los aceros perlíticos; sin embargo, exhiben una combinación deseable de resistencia y ductilidad.
Temperatura crítica del acero
La temperatura crítica del acero define la transición de fase entre dos fases del acero. A medida que el acero se calienta por encima de la temperatura crítica , aproximadamente 1335°F (724°C), experimenta un cambio de fase, recristalizándose como austenita. Hay dos tipos de temperatura crítica:
Baja temperatura crítica (Ac1). La temperatura a la que la austenita comienza a transformarse de ferrita.
Temperatura crítica superior (Ac3). La temperatura a la que la austenita se transforma completamente de ferrita.
En el sistema Fe-C, hay un punto eutectoide a aproximadamente 0,8% en peso C, 723°C. La fase justo por encima de la temperatura eutectoide para los aceros al carbono simples se conoce como austenita o gamma.
References:
Ciencia de los materiales:
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. Manual de Fundamentos del DOE, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Departamento de Energía de EE . UU., Ciencia de Materiales. Manual de fundamentos del DOE, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: comprender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. y Mancini, HL (2004). Introducción a la ciencia de los materiales. Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
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Ciencia de los materiales
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La ferrita o α-ferrita es una fase de estructura cúbica de hierro centrada en el cuerpo que existe por debajo de las temperaturas de 912°C para concentraciones bajas de carbono en el hierro. La fase principal del acero dulce o con bajo contenido de carbono y de la mayoría de los hierros fundidos a temperatura ambiente es el α-Fe ferromagnético.
En la figura, está el diagrama de fases de hierro-carburo de hierro (Fe-Fe3C). El porcentaje de carbono presente y la temperatura definen la fase de la aleación hierro-carbono y por tanto sus características físicas y propiedades mecánicas. El porcentaje de carbono determina el tipo de aleación ferrosa: hierro, acero o fundición. Fuente: wikipedia.org Läpple, Volker – Wärmebehandlung des Stahls Grundlagen. Licencia: CC BY-SA 4.0
La ferrita o α-ferrita es una fase de estructura cúbica de hierro centrada en el cuerpo que existe por debajo de temperaturas de 912°C para bajas concentraciones de carbono en el hierro. La α-ferrita solo puede disolver hasta un 0,02 por ciento de carbono a 727°C. Esto se debe a la configuración de la red de hierro que forma una estructura cristalina BCC. En una disposición de átomos bcc (BCC), la celda unitaria consta de ocho átomos en las esquinas de un cubo y un átomo en el centro del cuerpo del cubo. En una disposición bcc, una celda unitaria contiene (8 átomos de esquina × ⅛) + (1 átomo central × 1) = 2 átomos. El empaque es más eficiente (68%) que el cúbico simple y la estructura es común para metales alcalinos y metales de transición tempranos.
La fase principal del acero con bajo contenido de carbono o acero dulce y la mayoría de los hierros fundidos a temperatura ambiente es el α-Fe ferromagnético. Tiene una dureza de aproximadamente 80 Brinell. El acero dulce (acero al carbono con hasta aproximadamente 0,2% en peso de C) consiste principalmente en α-Fe y cantidades crecientes de cementita (Fe3C, un carburo de hierro). La mezcla adopta una estructura laminar denominada perlita. Dado que la bainita y la perlita contienen α-Fe como componente, cualquier aleación de hierro-carbono contendrá una cierta cantidad de α-Fe si se permite que alcance el equilibrio a temperatura ambiente. La cantidad de α-Fe depende del proceso de enfriamiento.
δ-ferrita
La fase δ-ferrita tiene una estructura similar, una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo (BCC), como la de la α-ferrita, pero existe solo a altas temperaturas. La fase se puede ver en la esquina superior izquierda del gráfico. Tiene un punto de fusión de 1538°C.
Acero bajo en carbono
El acero con bajo contenido de carbono , también conocido como acero dulce, es ahora la forma más común de acero porque su precio es relativamente bajo y proporciona propiedades materiales que son aceptables para muchas aplicaciones. El acero con bajo contenido de carbono contiene aproximadamente entre un 0,05 y un 0,25% de carbono, lo que lo hace maleable y dúctil . El acero dulce tiene una resistencia a la tracción relativamente baja , pero es barato y fácil de formar; la dureza de la superficie se puede aumentar mediante la carburación.
Las aplicaciones típicas del acero con bajo contenido de carbono incluyen componentes de carrocería de automóviles, formas estructurales (p. Ej., Vigas en I, canales y ángulos de hierro) y láminas que se utilizan en tuberías y edificios.
Las aplicaciones típicas incluyen componentes de carrocería de automóviles, formas estructurales (p. Ej., Vigas en I, canales y ángulos de hierro) y láminas que se utilizan en tuberías y edificios. Por ejemplo, el acero A36 es un acero estructural común en los Estados Unidos. Las láminas de acero con bajo contenido de carbono utilizadas para aplicaciones de carrocería de automóviles, por ejemplo, se someten a una variedad de operaciones de conformado, incluida la embutición profunda. Las microestructuras constan de componentes de ferrita y perlita. Como consecuencia, estas aleaciones son relativamente blandas y débiles, pero tienen una ductilidad y tenacidad sobresalientes. Además, son mecanizables, soldables y, de todos los aceros, son los menos costosos de producir. La densidad de este metal es 7861,093 kg/m³ (0,284 lb/in³) y la resistencia a la tracción es de un máximo de 500 MPa (72500 psi).
Acero inoxidable ferrítico
En los aceros inoxidables ferríticos , el carbono se mantiene en niveles bajos (C <0,08%) y el contenido de cromo puede oscilar entre el 10,50 y el 30,00%. Se denominan aleaciones ferríticas porque contienen principalmente microestructuras ferríticas a todas las temperaturas y no pueden endurecerse mediante tratamiento térmico y enfriamiento. Están clasificados con designaciones de la serie AISI 400. Mientras que algunos grados ferríticos contienen molibdeno (hasta 4,00%), solo el cromo está presente como el principal elemento metálico de aleación. Por lo general, su uso está limitado a secciones relativamente delgadas debido a la falta de tenacidad en las soldaduras. Además, tienen una resistencia a altas temperaturas relativamente pobre. Los aceros ferríticos se eligen por su resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión., lo que los convierte en una alternativa atractiva a los aceros inoxidables austeníticos en aplicaciones donde prevalece el SCC inducido por cloruros.
Otras Fases Comunes en Aceros y Hierros
El tratamiento térmico de aceros requiere una comprensión tanto de las fases de equilibrio como de las fases metaestables que ocurren durante el calentamiento y / o enfriamiento. Para los aceros, las fases de equilibrio estable incluyen:
Ferrita . La ferrita o α-ferrita es una fase de estructura cúbica de hierro centrada en el cuerpo que existe por debajo de las temperaturas de 912°C para concentraciones bajas de carbono en el hierro. La α-ferrita solo puede disolver hasta un 0,02 por ciento de carbono a 727°C. Esto se debe a la configuración de la red de hierro que forma una estructura cristalina BCC. La fase principal del acero con bajo contenido de carbono o acero dulce y la mayoría de los hierros fundidos a temperatura ambiente es el α-Fe ferromagnético.
Austenita . La austenita, también conocida como hierro en fase gamma (γ-Fe), es una fase de estructura cúbica de hierro no magnética centrada en la cara. La austenita en las aleaciones de hierro y carbono generalmente solo está presente por encima de la temperatura eutectoide crítica (723°C) y por debajo de 1500°C, dependiendo del contenido de carbono. Sin embargo, puede conservarse a temperatura ambiente mediante la adición de aleaciones como níquel o manganeso. El carbono juega un papel importante en el tratamiento térmico, ya que amplía el rango de temperatura de estabilidad de la austenita. Un mayor contenido de carbono reduce la temperatura necesaria para austenitizar el acero, de modo que los átomos de hierro se reorganizan para formar una estructura de celosía fcc. La austenita está presente en el tipo de acero inoxidable más utilizado, que es muy conocido por su resistencia a la corrosión.
Grafito . Agregar una pequeña cantidad de carbono no metálico al hierro cambia su gran ductilidad por una mayor resistencia .
Cementita . La cementita (Fe3C) es un compuesto metaestable y, en algunas circunstancias, puede disociarse o descomponerse para formar α-ferrita y grafito, según la reacción: Fe3C → 3Fe (α) + C (grafito). La cementita en su forma pura es una cerámica y es dura y quebradiza, lo que la hace adecuada para el refuerzo de aceros. Sus propiedades mecánicas están en función de su microestructura, que depende de cómo se mezcle con la ferrita.
Las fases metaestables son:
Pearlita . En metalurgia, la perlita es una estructura metálica en capas de dos fases, que se componen de capas alternas de ferrita (87,5% en peso) y cementita (12,5% en peso) que se encuentra en algunos aceros y fundiciones. Se llama así por su parecido con el nácar.
Martensita . La martensita es una estructura metaestable muy dura con una estructura cristalina tetragonal centrada en el cuerpo (BCT). La martensita se forma en los aceros cuando la velocidad de enfriamiento de la austenita es tan alta que los átomos de carbono no tienen tiempo para difundirse fuera de la estructura cristalina en cantidades suficientemente grandes para formar cementita (Fe3C).
Bainita . La bainita es una microestructura en forma de placa que se forma en los aceros a partir de la austenita cuando las velocidades de enfriamiento no son lo
suficientementerápidaspara producir martensita, pero aún lo son lo suficiente para que el carbono no tenga tiempo suficiente para difundirse y formar perlita. Los aceros bainíticos son generalmente más fuertes y duros que los aceros perlíticos; sin embargo, exhiben una combinación deseable de resistencia y ductilidad.
References:
Ciencia de los materiales:
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. Manual de Fundamentos del DOE, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Departamento de Energía de EE . UU., Ciencia de Materiales. Manual de fundamentos del DOE, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: comprender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. y Mancini, HL (2004). Introducción a la ciencia de los materiales. Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
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Para los aceros, las fases de equilibrio estable incluyen: Ferrita, cementita y austenita. Las fases metaestables son: perlita, bainita y martensita.
Diagrama de fases del sistema hierro-carbono
En la figura, está el diagrama de fases de hierro-carburo de hierro (Fe-Fe3C). El porcentaje de carbono presente y la temperatura definen la fase de la aleación hierro-carbono y por tanto sus características físicas y propiedades mecánicas. El porcentaje de carbono determina el tipo de aleación ferrosa: hierro, acero o fundición. Fuente: wikipedia.org Läpple, Volker – Wärmebehandlung des Stahls Grundlagen. Licencia: CC BY-SA 4.0
Las aleaciones ferrosas más simples se conocen como aceros y consisten en hierro (Fe) aleado con carbono (C) (alrededor del 0,1% al 1%, según el tipo). Agregar una pequeña cantidad de carbono no metálico al hierro cambia su gran ductilidad por una mayor resistencia . Debido a su muy alta resistencia, pero aún sustancial dureza , y su capacidad de ser alterado en gran medida por el tratamiento térmico, el acero es una de las aleaciones ferrosas más útiles y comunes en el uso moderno. En la figura, está el hierro-carburo de hierro (Fe-Fe3C) diagrama de fases. El porcentaje de carbono presente y la temperatura definen la fase de la aleación hierro-carbono y por tanto sus características físicas y propiedades mecánicas. El porcentaje de carbono determina el tipo de aleación ferrosa: hierro, acero o fundición.
Fases comunes en aceros y hierros
El tratamiento térmico de aceros requiere una comprensión tanto de las fases de equilibrio como de las fases metaestables que ocurren durante el calentamiento y / o enfriamiento. Para los aceros, las fases de equilibrio estable incluyen:
Ferrita . La ferrita o α-ferrita es una fase de estructura cúbica de hierro centrada en el cuerpo que existe por debajo de temperaturas de 912°C para bajas concentraciones de carbono en el hierro. La α-ferrita solo puede disolver hasta un 0,02 por ciento de carbono a 727°C. Esto se debe a la configuración de la red de hierro que forma una estructura cristalina BCC. La fase principal del acero con bajo contenido de carbono o acero dulce y la mayoría de los hierros fundidos a temperatura ambiente es el α-Fe ferromagnético.
Austenita . La austenita, también conocida como hierro en fase gamma (γ-Fe), es una fase de estructura cúbica de hierro no magnética centrada en la cara. La austenita en las aleaciones de hierro y carbono generalmente solo está presente por encima de la temperatura eutectoide crítica (723°C) y por debajo de 1500°C, dependiendo del contenido de carbono. Sin embargo, puede conservarse a temperatura ambiente mediante la adición de aleaciones como níquel o manganeso. El carbono juega un papel importante en el tratamiento térmico, ya que amplía el rango de temperatura de estabilidad de la austenita. Un mayor contenido de carbono reduce la temperatura necesaria para austenitizar el acero, de modo que los átomos de hierro se reorganizan para formar una estructura de celosía fcc. La austenita está presente en el tipo de acero inoxidable más utilizado, que es muy conocido por su resistencia a la corrosión.
Grafito . Agregar una pequeña cantidad de carbono no metálico al hierro cambia su gran ductilidad por una mayor resistencia .
Cementita . La cementita (Fe3C) es un compuesto metaestable y, en algunas circunstancias, puede disociarse o descomponerse para formar α-ferrita y grafito, según la reacción: Fe3C → 3Fe (α) + C (grafito). La cementita en su forma pura es una cerámica y es dura y quebradiza, lo que la hace adecuada para el refuerzo de aceros. Sus propiedades mecánicas están en función de su microestructura, que depende de cómo se mezcle con la ferrita.
Las fases metaestables son:
Pearlita . En metalurgia, la perlita es una estructura metálica en capas de dos fases, que se componen de capas alternas de ferrita (87,5% en peso) y cementita (12,5% en peso) que se encuentra en algunos aceros y fundiciones. Se llama así por su parecido con el nácar.
Martensita . La martensita es una estructura metaestable muy dura con una estructura cristalina tetragonal centrada en el cuerpo (BCT). La martensita se forma en los aceros cuando la velocidad de enfriamiento de la austenita es tan alta que los átomos de carbono no tienen tiempo para difundirse fuera de la estructura cristalina en cantidades suficientemente grandes para formar cementita (Fe3C).
Bainita . La bainita es una microestructura en forma de placa que se forma en los aceros a partir de la austenita cuando las velocidades de enfriamiento no son lo
suficientementerápidaspara producir martensita, pero aún lo son lo suficiente para que el carbono no tenga tiempo suficiente para difundirse y formar perlita. Los aceros bainíticos son generalmente más fuertes y duros que los aceros perlíticos; sin embargo, exhiben una combinación deseable de resistencia y ductilidad.
References:
Ciencia de los materiales:
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. Manual de Fundamentos del DOE, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Departamento de Energía de EE . UU., Ciencia de Materiales. Manual de fundamentos del DOE, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: comprender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. y Mancini, HL (2004). Introducción a la ciencia de los materiales. Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
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Diagrama de fase [/lgc_column ]
Esperamos que este artículo, Common Phases in Steels , le ayude. Si es así, danos un me gusta en la barra lateral. El objetivo principal de este sitio web es ayudar al público a conocer información importante e interesante sobre los materiales y sus propiedades.
En metalurgia, la perlita es una estructura metálica en capas de dos fases, que se componen de capas alternas de ferrita (87,5% en peso) y cementita (12,5% en peso) que se encuentra en algunos aceros y fundiciones.
En metalurgia, la perlita es una estructura metálica en capas de dos fases, que se componen de capas alternas de ferrita (87,5% en peso) y cementita (12,5% en peso) que se encuentra en algunos aceros y fundiciones. Se llama así por su parecido con el nácar. Si el acero (austenita) con una composición eutectoide de aproximadamente 0,77% C se enfría lentamente por debajo de 727°C, la fase de ferrita y cementita se separan casi simultáneamente para producir una microestructura con plaquetas distintivas. Esta microestructura distintiva del acero se llama perlita . Una fase de ferrita tiene un contenido de carbono mucho más bajo y la cementita tiene una concentración de carbono mucho más alta.
En una composición hipereutectoide (más de 0,8% de carbono), el carbono se precipitará primero como grandes inclusiones de cementita en los límites de los granos de austenita hasta que el porcentaje de carbono en los granos haya disminuido a la composición eutectoide (0,8% de carbono), en el cual punto la estructura de la perlita se forma.
En una composición hipoeutectoide, eso significa que cuando los aceros con bajo contenido de carbono (con hasta 0,30% C) o aceros con contenido de carbono medio (con 0,30 a 0,60% C) se enfrían lentamente desde la fase austenítica, se forma primero una ferrita α con bajo contenido de carbono. a lo largo de los límites del grano de austenita) hasta que la composición restante se eleve al 0,8% de carbono, momento en el que se formará la estructura de la perlita. No se formarán grandes inclusiones de cementita en los límites del acero hipoeuctoide. Lo anterior asume que el proceso de enfriamiento es muy lento, permitiendo suficiente tiempo para que el carbono migre.
Los aceros estructurales más comunes producidos tienen una microestructura mixta de ferrita-perlita. Sus aplicaciones incluyen vigas para puentes y edificios de gran altura, placas para barcos y barras de refuerzo para carreteras. Estos aceros son relativamente económicos y se producen en grandes tonelajes.
Otras Fases Comunes en Aceros y Hierros
En la figura, está el diagrama de fases de hierro-carburo de hierro (Fe-Fe3C). El porcentaje de carbono presente y la temperatura definen la fase de la aleación hierro-carbono y por tanto sus características físicas y propiedades mecánicas. El porcentaje de carbono determina el tipo de aleación ferrosa: hierro, acero o fundición. Fuente: wikipedia.org Läpple, Volker – Wärmebehandlung des Stahls Grundlagen. Licencia: CC BY-SA 4.0
El tratamiento térmico de aceros requiere una comprensión tanto de las fases de equilibrio como de las fases metaestables que ocurren durante el calentamiento y / o enfriamiento. Para los aceros, las fases de equilibrio estable incluyen:
Ferrita . La ferrita o α-ferrita es una fase de estructura cúbica de hierro centrada en el cuerpo que existe por debajo de las temperaturas de 912°C para concentraciones bajas de carbono en el hierro. La α-ferrita solo puede disolver hasta un 0,02 por ciento de carbono a 727°C. Esto se debe a la configuración de la red de hierro que forma una estructura cristalina BCC. La fase principal del acero con bajo contenido de carbono o acero dulce y la mayoría de los hierros fundidos a temperatura ambiente es el α-Fe ferromagnético.
Austenita . La austenita, también conocida como hierro en fase gamma (γ-Fe), es una fase de estructura cúbica de hierro no magnética centrada en la cara. La austenita en las aleaciones de hierro y carbono generalmente solo está presente por encima de la temperatura eutectoide crítica (723°C) y por debajo de 1500°C, dependiendo del contenido de carbono. Sin embargo, puede conservarse a temperatura ambiente mediante la adición de aleaciones como níquel o manganeso. El carbono juega un papel importante en el tratamiento térmico, ya que amplía el rango de temperatura de estabilidad de la austenita. Un mayor contenido de carbono reduce la temperatura necesaria para austenitizar el acero, de modo que los átomos de hierro se reorganizan para formar una estructura de celosía fcc. La austenita está presente en el tipo de acero inoxidable más utilizado, que es muy conocido por su resistencia a la corrosión.
Grafito . Agregar una pequeña cantidad de carbono no metálico al hierro cambia su gran ductilidad por una mayor resistencia .
Cementita . La cementita (Fe3C) es un compuesto metaestable y, en algunas circunstancias, puede disociarse o descomponerse para formar α-ferrita y grafito, según la reacción: Fe3C → 3Fe (α) + C (grafito). La cementita en su forma pura es una cerámica y es dura y quebradiza, lo que la hace adecuada para el refuerzo de aceros. Sus propiedades mecánicas están en función de su microestructura, que depende de cómo se mezcle con la ferrita.
Las fases metaestables son:
Pearlita . En metalurgia, la perlita es una estructura metálica en capas de dos fases, que se componen de capas alternas de ferrita (87,5% en peso) y cementita (12,5% en peso) que se encuentra en algunos aceros y fundiciones. Se llama así por su parecido con el nácar.
Martensita . La martensita es una estructura metaestable muy dura con una estructura cristalina tetragonal centrada en el cuerpo (BCT). La martensita se forma en los aceros cuando la velocidad de enfriamiento de la austenita es tan alta que los átomos de carbono no tienen tiempo para difundirse fuera de la estructura cristalina en cantidades suficientemente grandes para formar cementita (Fe3C).
Bainita . La bainita es una microestructura en forma de placa que se forma en los aceros a partir de la austenita cuando las velocidades de enfriamiento no son lo
suficientementerápidaspara producir martensita, pero aún lo son lo suficiente para que el carbono no tenga tiempo suficiente para difundirse y formar perlita. Los aceros bainíticos son generalmente más fuertes y duros que los aceros perlíticos; sin embargo, exhiben una combinación deseable de resistencia y ductilidad.
References:
Ciencia de los materiales:
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. Manual de Fundamentos del DOE, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Departamento de Energía de EE . UU., Ciencia de Materiales. Manual de fundamentos del DOE, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: comprender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. y Mancini, HL (2004). Introducción a la ciencia de los materiales. Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
Vea arriba:
Diagrama de fase [/lgc_column ]
Esperamos que este artículo, Pearlite , te ayude. Si es así, danos un me gusta en la barra lateral. El objetivo principal de este sitio web es ayudar al público a conocer información importante e interesante sobre los materiales y sus propiedades.
La austenita, también conocida como hierro en fase gamma (γ-Fe), es una fase de estructura cúbica de hierro no magnética centrada en las caras. La austenita en las aleaciones de hierro y carbono generalmente solo está presente por encima de la temperatura eutectoide crítica (723°C) y por debajo de 1500°C, según el contenido de carbono.
En la figura, está el diagrama de fases de hierro-carburo de hierro (Fe-Fe3C). El porcentaje de carbono presente y la temperatura definen la fase de la aleación hierro-carbono y por tanto sus características físicas y propiedades mecánicas. El porcentaje de carbono determina el tipo de aleación ferrosa: hierro, acero o fundición. Fuente: wikipedia.org Läpple, Volker – Wärmebehandlung des Stahls Grundlagen. Licencia: CC BY-SA 4.0
La austenita , también conocida como hierro en fase gamma (γ-Fe), es una fase de estructura cúbica de hierro no magnética centrada en la cara. La austenita en las aleaciones de hierro y carbono generalmente solo está presente por encima de la temperatura eutectoide crítica (723°C) y por debajo de 1500°C, dependiendo del contenido de carbono. Sin embargo, puede conservarse a temperatura ambiente mediante la adición de aleaciones como níquel o manganeso.
El carbono juega un papel importante en el tratamiento térmico, ya que amplía el rango de temperatura de estabilidad de la austenita. Un mayor contenido de carbono reduce la temperatura necesaria para austenitizar el acero, de modo que los átomos de hierro se reorganizan para formar una estructura de celosía fcc. La austenita está presente en el tipo de acero inoxidable más utilizado, que es muy conocido por su resistencia a la corrosión.
Acero inoxidable austenitico
Los aceros inoxidables austeníticos contienen entre un 16 y un 25% de cromo y también pueden contener nitrógeno en solución, los cuales contribuyen a su relativamente alta resistencia a la corrosión . Los aceros inoxidables austeníticos se clasifican con designaciones de serie AISI 200 o 300; los grados de la serie 300 son aleaciones de cromo-níquel, y los de la serie 200 representan un conjunto de composiciones en las que el manganeso y / o el nitrógeno reemplazan parte del níquel.
Los aceros inoxidables austeníticos tienen la mejor resistencia a la corrosión de todos los aceros inoxidables y tienen excelentes propiedades criogénicas y buena resistencia a altas temperaturas. Poseen una microestructura cúbica centrada en la cara (fcc) que no es magnética y se pueden soldar fácilmente. Esta estructura cristalina de austenita se logra mediante adiciones suficientes de los elementos estabilizadores de austenita.níquel, manganeso y nitrógeno. El acero inoxidable austenítico es la familia más grande de aceros inoxidables y representa aproximadamente dos tercios de toda la producción de acero inoxidable. Su límite elástico es bajo (200 a 300 MPa), lo que limita su uso para componentes estructurales y de soporte de carga. No pueden endurecerse mediante tratamiento térmico, pero tienen la útil propiedad de poder endurecerse con el trabajo a niveles de alta resistencia al tiempo que conservan un nivel útil de ductilidad y tenacidad. Los aceros inoxidables dúplex tienden a preferirse en tales situaciones debido a su alta resistencia y resistencia a la corrosión. El grado más conocido es el acero inoxidable AISI 304, que contiene metales de cromo (entre 15% y 20%) y níquel (entre 2% y 10,5%) como principales componentes distintos del hierro. El acero inoxidable 304 tiene una excelente resistencia a una amplia gama de entornos atmosféricos y muchos medios corrosivos. Estas aleaciones generalmente se caracterizan por ser dúctiles, soldables y endurecibles por conformado en frío.
Otras Fases Comunes en Aceros y Hierros
El tratamiento térmico de aceros requiere una comprensión tanto de las fases de equilibrio como de las fases metaestables que ocurren durante el calentamiento y / o enfriamiento. Para los aceros, las fases de equilibrio estable incluyen:
Ferrita . La ferrita o α-ferrita es una fase de estructura cúbica de hierro centrada en el cuerpo que existe por debajo de las temperaturas de 912°C para concentraciones bajas de carbono en el hierro. La α-ferrita solo puede disolver hasta un 0,02 por ciento de carbono a 727°C. Esto se debe a la configuración de la red de hierro que forma una estructura cristalina BCC. La fase principal del acero con bajo contenido de carbono o acero dulce y la mayoría de los hierros fundidos a temperatura ambiente es el α-Fe ferromagnético.
Austenita . La austenita, también conocida como hierro en fase gamma (γ-Fe), es una fase de estructura cúbica de hierro no magnética centrada en la cara. La austenita en las aleaciones de hierro y carbono generalmente solo está presente por encima de la temperatura eutectoide crítica (723°C) y por debajo de 1500°C, dependiendo del contenido de carbono. Sin embargo, puede conservarse a temperatura ambiente mediante la adición de aleaciones como níquel o manganeso. El carbono juega un papel importante en el tratamiento térmico, ya que amplía el rango de temperatura de estabilidad de la austenita. Un mayor contenido de carbono reduce la temperatura necesaria para austenitizar el acero, de modo que los átomos de hierro se reorganizan para formar una estructura de celosía fcc. La austenita está presente en el tipo de acero inoxidable más utilizado, que es muy conocido por su resistencia a la corrosión.
Grafito . Agregar una pequeña cantidad de carbono no metálico al hierro cambia su gran ductilidad por una mayor resistencia .
Cementita . La cementita (Fe3C) es un compuesto metaestable y, en algunas circunstancias, puede disociarse o descomponerse para formar α-ferrita y grafito, según la reacción: Fe3C → 3Fe (α) + C (grafito). La cementita en su forma pura es una cerámica y es dura y quebradiza, lo que la hace adecuada para el refuerzo de aceros. Sus propiedades mecánicas están en función de su microestructura, que depende de cómo se mezcle con la ferrita.
Las fases metaestables son:
Pearlita . En metalurgia, la perlita es una estructura metálica en capas de dos fases, que se componen de capas alternas de ferrita (87,5% en peso) y cementita (12,5% en peso) que se encuentra en algunos aceros y fundiciones. Se llama así por su parecido con el nácar.
Martensita . La martensita es una estructura metaestable muy dura con una estructura cristalina tetragonal centrada en el cuerpo (BCT). La martensita se forma en los aceros cuando la velocidad de enfriamiento de la austenita es tan alta que los átomos de carbono no tienen tiempo para difundirse fuera de la estructura cristalina en cantidades suficientemente grandes para formar cementita (Fe3C).
Bainita . La bainita es una microestructura en forma de placa que se forma en los aceros a partir de la austenita cuando las velocidades de enfriamiento no son lo
suficientementerápidaspara producir martensita, pero aún lo son lo suficiente para que el carbono no tenga tiempo suficiente para difundirse y formar perlita. Los aceros bainíticos son generalmente más fuertes y duros que los aceros perlíticos; sin embargo, exhiben una combinación deseable de resistencia y ductilidad.
References:
Ciencia de los materiales:
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. Manual de Fundamentos del DOE, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Departamento de Energía de EE . UU., Ciencia de Materiales. Manual de fundamentos del DOE, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: comprender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. y Mancini, HL (2004). Introducción a la ciencia de los materiales. Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
Vea arriba:
Diagrama de fase [/lgc_column ]
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La martensita es una estructura metaestable muy dura con una estructura cristalina tetragonal centrada en el cuerpo (BCT). La martensita se forma en los aceros cuando la velocidad de enfriamiento de la austenita es tan alta que los átomos de carbono no tienen tiempo para difundirse fuera de la estructura cristalina en cantidades suficientemente grandes para formar cementita (Fe3C).
La martensita es una estructura metaestable muy dura con una estructura cristalina tetragonal centrada en el cuerpo (BCT). La martensita se forma en los aceros cuando la velocidad de enfriamiento de la austenita es tan alta que los átomos de carbono no tienen tiempo para difundirse fuera de la estructura cristalina en cantidades suficientemente grandes para formar cementita (Fe3C). Por tanto, es producto de una transformación sin difusión . Cualquier difusión da como resultado la formación de fases de ferrita y cementita. Lleva el nombre del metalúrgico alemán Adolf Martens (1850-1914).
A diferencia de la descomposición isotérmica de los componentes de fase por difusión, la martensita no es una fase asociada con el equilibrio térmico. Por tanto, no aparece en el diagrama de fase de equilibrio hierro-carbono. Puede considerarse como un producto de transformación que es competitivo con la perlita y la bainita.
La microestructura de la martensita en los aceros tiene diferentes morfologías y puede aparecer como martensita de listones o martensita de placa. Para el acero con 0-0,6% de carbono, la martensita tiene la apariencia de una malla y se llama martensita de malla . Para acero con más del 1% de carbono, formará una estructura en forma de placa llamada martensita de placa . La placa de martensita, como su nombre indica, se forma como cristales lenticulares (en forma de lente) con un patrón en zigzag de placas más pequeñas. Entre esos dos porcentajes, la apariencia física de los granos es una mezcla de los dos. La fuerza de la martensita se reduce a medida que aumenta la cantidad de austenita retenida.
Transformación martensítica
El endurecimiento por transformación, también conocido como endurecimiento por transformación martensítica, es uno de los métodos más comunes de endurecimiento, que se utiliza principalmente para aceros (es decir, aceros al carbono y aceros inoxidables). Sin embargo, la transformación martensítica no es exclusiva de las aleaciones de hierro y carbono. Se encuentra en otros sistemas y se caracteriza, en parte, por la transformación sin difusión.
Los aceros martensíticos utilizan predominantemente niveles más altos de C y Mn junto con tratamiento térmico para aumentar la resistencia. El producto terminado tendrá una microestructura dúplex de ferrita con niveles variables de martensita degenerada. Esto permite diferentes niveles de fuerza. En metalurgia, el temple se usa más comúnmente para endurecer el acero mediante la introducción de martensita. Existe un equilibrio entre dureza y tenacidad en cualquier acero; cuanto más duro es el acero, menos tenaz o resistente a los impactos es, y cuanto más resistente a los impactos, menos duro es.
La martensita se produce a partir de austenita como resultado del enfriamiento rápido u otra forma de enfriamiento rápido. La austenita en las aleaciones de hierro y carbono generalmente solo está presente por encima de la temperatura eutectoide crítica (723°C) y por debajo de 1500°C, dependiendo del contenido de carbono. En el caso de velocidades de enfriamiento normales, a medida que la austenita se enfría, el carbono se difunde fuera de la austenita y forma carburo de hierro rico en carbono (cementita) y deja ferrita pobre en carbono. Dependiendo de la composición de la aleación, se puede formar una capa de ferrita y cementita, llamada perlita. Pero en caso de enfriamiento rápido, el carbono no tiene tiempo suficiente para difundirse y se transforma en una forma tetragonal centrada en el cuerpo muy tensa llamada martensita que está sobresaturada con carbono. Todos los átomos de carbono permanecen como impurezas intersticiales en la martensita.
Martensita templada
La capacidad relativa de una aleación ferrosa para formar martensita se denomina templabilidad. La templabilidad se mide comúnmente como la distancia debajo de una superficie templada a la que el metal exhibe una dureza específica de 50 HRC, por ejemplo, o un porcentaje específico de martensita en la microestructura. La dureza más alta de un acero perlítico es de 43 HRC, mientras que la martensita puede alcanzar 72 HRC. Martensita frescaes muy frágil si el contenido de carbono es superior a aproximadamente 0,2 a 0,3%. Es tan frágil que no se puede utilizar para la mayoría de las aplicaciones. Esta fragilidad se puede eliminar (con cierta pérdida de dureza) si el acero templado se calienta ligeramente en un proceso conocido como templado. El revenido se logra calentando un acero martensítico a una temperatura por debajo del eutectoide durante un período de tiempo específico (por ejemplo, entre 250°C y 650°C).
Este tratamiento térmico de templado permite, mediante procesos de difusión, la formación de martensita templada, según la reacción:
donde la martensita BCT monofásica, que está sobresaturada con carbono, se transforma en la martensita templada , compuesta por las fases estables de ferrita y cementita. Su microestructura es similar a la microestructura de la esferidita, pero en este caso la martensita templada contiene partículas de cementita extremadamente pequeñas y uniformemente dispersas incrustadas dentro de una matriz de ferrita continua. La martensita templada puede ser casi tan dura y fuerte como la martensita pero con una ductilidad y dureza sustancialmente mejoradas.
Acero inoxidable martensítico
Los aceros inoxidables martensíticos son similares a los aceros ferríticos en que se basan en cromo, pero tienen niveles de carbono más altos hasta el 1%. A veces se clasifican como aceros inoxidables martensíticos con bajo contenido de carbono y alto contenido de carbono. Contienen de 12 a 14% de cromo, de 0,2 a 1% de molibdeno y ninguna cantidad significativa de níquel. Cantidades más altas de carbono les permiten endurecerse y revenido de forma muy similar a como ocurre con los aceros al carbono y de baja aleación. Tienen una resistencia a la corrosión moderada , pero se consideran duros, fuertes y ligeramente quebradizos . Son magnéticosy pueden probarse de forma no destructiva mediante el método de inspección por partículas magnéticas, a diferencia del acero inoxidable austenítico. Un acero inoxidable martensítico común es el AISI 440C, que contiene de 16 a 18% de cromo y de 0,95 a 1,2% de carbono. El acero inoxidable de grado 440C se utiliza en las siguientes aplicaciones: bloques de calibre, cubiertos, rodamientos de bolas y pistas, moldes y matrices, cuchillos.
Como se escribió, los aceros inoxidables martensíticos se pueden endurecer y templar a través de múltiples formas de envejecimiento / tratamiento térmico : Los mecanismos metalúrgicos responsables de las transformaciones martensíticas que tienen lugar en estas aleaciones inoxidables durante la austenización y el temple son esencialmente los mismos que se utilizan para Endurecer aceros aleados y al carbono con menor contenido de aleación. El tratamiento térmico generalmente consta de tres pasos:
Austenitización, en la que el acero se calienta a una temperatura en el rango de 980 – 1050°C dependiendo de los grados. La austenita es una fase cúbica centrada en las caras.
Temple. Después de la austenización, los aceros deben templarse. Las aleaciones de acero inoxidable martensítico se pueden enfriar usando aire en reposo, vacío de presión positiva o enfriamiento con aceite interrumpido. La austenita se transforma en martensita, una estructura cristalina tetragonal centrada en el cuerpo duro. La martensita es muy dura y demasiado frágil para la mayoría de las aplicaciones.
Templado, es decir, calentamiento a alrededor de 500°C, mantenimiento a temperatura, luego enfriamiento por aire. El aumento de la temperatura de revenido disminuye el límite elástico y la resistencia máxima a la tracción, pero aumenta el alargamiento y la resistencia al impacto.
La resistencia de los aceros inoxidables a los efectos químicos de los agentes corrosivos se basa en la pasivación. Para que se produzca la pasivación y permanezca estable, la aleación Fe-Cr debe tener un contenido mínimo de cromo de aproximadamente 10,5% en peso, por encima del cual puede producirse pasividad y por debajo del cual es imposible. El cromo se puede utilizar como elemento de endurecimiento y se utiliza con frecuencia con un elemento de endurecimiento como el níquel para producir propiedades mecánicas superiores.
Resistencia a la tracción
La máxima resistencia a la tracción del acero inoxidable martensítico : el grado 440C es de 760 MPa.
Dureza
La dureza Brinell del acero inoxidable martensítico – Grado 440C es de aproximadamente 270 MPa.
Otras Fases Comunes en Aceros y Hierros
En la figura, está el diagrama de fases de hierro-carburo de hierro (Fe-Fe3C). El porcentaje de carbono presente y la temperatura definen la fase de la aleación hierro-carbono y por tanto sus características físicas y propiedades mecánicas. El porcentaje de carbono determina el tipo de aleación ferrosa: hierro, acero o fundición. Fuente: wikipedia.org Läpple, Volker – Wärmebehandlung des Stahls Grundlagen. Licencia: CC BY-SA 4.0
El tratamiento térmico de aceros requiere una comprensión tanto de las fases de equilibrio como de las fases metaestables que ocurren durante el calentamiento y / o enfriamiento. Para los aceros, las fases de equilibrio estable incluyen:
Ferrita . La ferrita o α-ferrita es una fase de estructura cúbica de hierro centrada en el cuerpo que existe por debajo de temperaturas de 912°C para bajas concentraciones de carbono en el hierro. La α-ferrita solo puede disolver hasta un 0,02 por ciento de carbono a 727°C. Esto se debe a la configuración de la red de hierro que forma una estructura cristalina BCC. La fase principal del acero con bajo contenido de carbono o acero dulce y la mayoría de los hierros fundidos a temperatura ambiente es el α-Fe ferromagnético.
Austenita . La austenita, también conocida como hierro en fase gamma (γ-Fe), es una fase de estructura cúbica de hierro no magnética centrada en la cara. La austenita en las aleaciones de hierro y carbono generalmente solo está presente por encima de la temperatura eutectoide crítica (723°C) y por debajo de 1500°C, dependiendo del contenido de carbono. Sin embargo, puede conservarse a temperatura ambiente mediante la adición de aleaciones como níquel o manganeso. El carbono juega un papel importante en el tratamiento térmico, ya que amplía el rango de temperatura de estabilidad de la austenita. Un mayor contenido de carbono reduce la temperatura necesaria para austenitizar el acero, de modo que los átomos de hierro se reorganizan para formar una estructura de celosía fcc. La austenita está presente en el tipo de acero inoxidable más utilizado, que es muy conocido por su resistencia a la corrosión.
Grafito . Agregar una pequeña cantidad de carbono no metálico al hierro cambia su gran ductilidad por una mayor resistencia .
Cementita . La cementita (Fe3C) es un compuesto metaestable y, en algunas circunstancias, puede disociarse o descomponerse para formar α-ferrita y grafito, según la reacción: Fe3C → 3Fe (α) + C (grafito). La cementita en su forma pura es una cerámica y es dura y quebradiza, lo que la hace adecuada para el refuerzo de aceros. Sus propiedades mecánicas están en función de su microestructura, que depende de cómo se mezcle con la ferrita.
Las fases metaestables son:
Pearlita . En metalurgia, la perlita es una estructura metálica en capas de dos fases, que se componen de capas alternas de ferrita (87,5% en peso) y cementita (12,5% en peso) que se encuentra en algunos aceros y fundiciones. Se llama así por su parecido con el nácar.
Martensita . La martensita es una estructura metaestable muy dura con una estructura cristalina tetragonal centrada en el cuerpo (BCT). La martensita se forma en los aceros cuando la velocidad de enfriamiento de la austenita es tan alta que los átomos de carbono no tienen tiempo para difundirse fuera de la estructura cristalina en cantidades suficientemente grandes para formar cementita (Fe3C).
Bainita . La bainita es una microestructura en forma de placa que se forma en los aceros a partir de la austenita cuando las velocidades de enfriamiento no son lo
suficientementerápidaspara producir martensita, pero aún lo son lo suficiente para que el carbono no tenga tiempo suficiente para difundirse y formar perlita. Los aceros bainíticos son generalmente más fuertes y duros que los aceros perlíticos; sin embargo, exhiben una combinación deseable de resistencia y ductilidad.
References:
Ciencia de los materiales:
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. Manual de Fundamentos del DOE, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Departamento de Energía de EE . UU., Ciencia de Materiales. Manual de fundamentos del DOE, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: comprender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. y Mancini, HL (2004). Introducción a la ciencia de los materiales. Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
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Endurecimiento por precipitación , también llamado endurecimiento por envejecimientoo endurecimiento de partículas, es una técnica de tratamiento térmico basada en la formación de partículas extremadamente pequeñas y uniformemente dispersas (precipitados) de una segunda fase dentro de la matriz de fase original para mejorar la resistencia y dureza de algunas aleaciones metálicas. Las partículas de la segunda fase presentan otro tipo de obstáculos para el movimiento de dislocación, aunque las partículas no son necesariamente átomos individuales. La presencia de una partícula de segunda fase representa una distorsión en la red de la matriz. Por lo tanto, los obstáculos que impiden el movimiento de dislocación son el campo de deformación alrededor de las partículas de la segunda fase o las propias partículas de la segunda fase o ambas. El endurecimiento por precipitación se utiliza para aumentar el límite elástico de los materiales maleables, incluidas la mayoría de las aleaciones estructurales de aluminio, magnesio, níquel, titanio y algunos aceros y
Los aceros inoxidables austeníticos tienen la mejor resistencia a la corrosión de todos los aceros inoxidables y tienen excelentes propiedades criogénicas y buena resistencia a altas temperaturas. Poseen una microestructura 
