Comportamiento de Aceros Inoxidables y Mecanismos de Difusión en Metales

Ensayos de resistencia al impacto y transición de rotura

Se realizan ensayos de resistencia al impacto (resiliencia) a distintas temperaturas sobre dos aceros inoxidables, uno ferrítico y otro austenítico. ¿Cuál de estos materiales presentaría transición de rotura dúctil o frágil? ¿Por qué?

El acero ferrítico presentaría dicha transición. Por el contrario, el austenítico no la presenta, ya que son aceros soldables y de fácil conformación en frío debido a su estructura cristalina cúbica centrada en las caras (FCC).

Cuarto Apartado

Influencia del tamaño de grano y el efecto Hartley-Kirkendall

¿Cómo influye el tamaño de grano en la velocidad de difusión?

El tamaño de grano influye considerablemente en la velocidad de difusión: cuanto más fino es el grano, mayor será la velocidad de difusión. Esto se debe a que en el interior de los granos el coeficiente de difusión es mucho menor que en los bordes de grano, donde abundan las imperfecciones que favorecen la difusión.

¿En qué consiste el efecto Hartley-Kirkendall?

El efecto Hartley-Kirkendall es un proceso de difusión en el que, si los átomos del metal se mueven a diferentes velocidades, se produce un desplazamiento de los marcadores de referencia hacia el metal de mayor velocidad de difusión con respecto a la barra en la interfaz entre la aleación y el metal.

Variables que influyen en los coeficientes de difusión

A continuación, se enumeran las variables que influyen en los coeficientes de difusión y se comenta brevemente su efecto:

• Temperatura: Por cada aumento de 20 ºC, el coeficiente de difusión se duplica.
• Concentración: No se puede establecer una ley general para esta variable.
• Estructura cristalina: En estructuras cúbicas las velocidades son uniformes (Dx=Dy=Dz), al igual que en las estructuras hexagonales (Dx=Dy=Dz).
• Tamaño de grano: En grano fino, la velocidad de difusión es mayor que en grano grueso. La existencia de fronteras o bordes de grano implica una mayor difusión.
• Impurezas: Influyen significativamente si su nivel es muy elevado. Si no es así, el coeficiente de difusión no varía.

Procesos industriales basados en la difusión

Los principales procesos industriales que se fundamentan en la difusión son:

• Las transformaciones en estado sólido, que son el origen de los tratamientos térmicos.
• La penetración por la superficie exterior del sólido de átomos extraños, que da origen a los tratamientos termoquímicos (carburación, nitruración, sulfinización, cromización), fenómenos de corrosión e introducción de partículas eléctricas en cristales iónicos para variar su conductividad iónica.
• La obtención de elementos de elevado grado de pureza, tales como el germanio y el silicio empleados en la fabricación de semiconductores, o la introducción en los mismos de impurezas en una concentración perfectamente controlada.