Constituyentes de los Aceros: Estructuras y Transformaciones Metalúrgicas

Constituyentes de los Aceros

Los aceros sometidos a un proceso de enfriamiento lento están constituidos principalmente por:

• Ferrita: Solución sólida de hierro alfa con carbono (hierro alfa casi puro, 0,03% C). Es el constituyente más blando y dúctil de los aceros.
• Cementita: Compuesto intermetálico de fórmula Fe₃C (equivalente a 6,67% C). Es el constituyente más duro y frágil.
• Perlita: Solución eutectoide formada por láminas alternas de ferrita y cementita. Su estructura laminar confiere elevada dureza y resistencia mecánica.

Estructuras resultantes de enfriamientos rápidos

Cuando el proceso de enfriamiento es acelerado, aparecen nuevos componentes:

• Martensita: Constituyente típico de los aceros templados. Se forma mediante una solución sólida sobresaturada de carbono o carburo de hierro en hierro α. Se obtiene por enfriamiento rápido desde alta temperatura, lo que aumenta la dureza, resistencia y fragilidad en función del contenido de carbono. Este fenómeno ocurre porque el enfriamiento rápido de la austenita impide la difusión de los átomos de carbono, generando una estructura distinta a la mezcla de ferrita y perlita.
• Bainita: Mezcla de fases de ferrita y cementita en cuya formación intervienen procesos de difusión. Presenta una morfología de agujas o placas, dependiendo de la temperatura de transformación. Se produce mediante un enfriamiento de la austenita a una velocidad intermedia entre la formación de la perlita y la martensita.

Estudio de las transformaciones: Curvas TTT

Para comprender las distintas estructuras obtenidas al variar la temperatura y el tiempo de enfriamiento, se realiza un ensayo experimental:

1. Se calienta un conjunto de placas de acero de composición definida por encima de su temperatura crítica A₃ para asegurar su transformación completa en austenita.
2. Se introducen las placas en baños de sales a temperaturas constantes y diferenciadas.
3. Se extrae una muestra de cada baño en intervalos de tiempo específicos para templarla y observar su microestructura resultante.

Al registrar el tiempo de inicio y finalización de la transformación, se obtienen los diagramas tiempo-temperatura-transformación, conocidos como curvas TTT. Estas representan las transformaciones de la austenita en perlita, bainita y martensita en función de la velocidad de enfriamiento del material.