Transformaciones del Acero: Diagramas TTT, Tratamientos Térmicos y Microestructuras

Microestructuras del Acero y su Transformación

El acero, una aleación de hierro y carbono, presenta diversas microestructuras dependiendo de su composición y del tratamiento térmico aplicado. Algunas de las microestructuras más comunes son:

• Ferrita: Fase blanda y dúctil.
• Perlita: Mezcla de ferrita y cementita, con propiedades intermedias.
• Cementita: Compuesto duro y frágil (Fe₃C).
• Martensita: Fase muy dura y frágil, obtenida por enfriamiento rápido (temple).
• Bainita: Microestructura con dureza y tenacidad intermedias entre perlita y martensita.

Diagrama Hierro-Carbono y la Austenita

El diagrama hierro-carbono (Fe-C) es fundamental para entender las transformaciones del acero. La austenita, una fase de hierro con estructura cúbica centrada en las caras (FCC), comienza a formarse en los aceros a partir de los 723°C. Esta temperatura es crucial, ya que muchos tratamientos térmicos se basan en la austenización del acero.

Un acero hipereutectoide es aquel que contiene más de 0.77% de carbono. La cementita puede ser un constituyente que solo se encuentra en aceros hipereutectoides mediante un enfriamiento continuo.

Tratamientos Térmicos del Acero

Los tratamientos térmicos modifican las propiedades del acero mediante ciclos controlados de calentamiento y enfriamiento. Algunos de los más importantes son:

Temple

El temple consiste en calentar el acero por encima de la temperatura de austenización y enfriarlo rápidamente (en agua, aceite o aire) para obtener martensita. El objetivo principal es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Existen diferentes tipos de temple:

• Temple martensítico: Enfriamiento rápido para obtener martensita.
• Temple bainítico (Austempering): Enfriamiento rápido hasta una temperatura específica para obtener bainita.
• Temple continuo de austenización incompleta: Se calienta el acero a una temperatura inferior a la de austenización completa.

La templabilidad es la capacidad de un acero para endurecerse en profundidad mediante el temple. Se evalúa mediante las curvas de templabilidad (curvas Jominy) de ese acero.

Para pronosticar los constituyentes que encontraremos en el acero tras el templado, se utiliza el diagrama TTT (Tiempo-Temperatura-Transformación) de ese acero.

Revenido

El revenido se realiza después del temple para reducir la fragilidad y las tensiones internas del acero, aumentando su tenacidad. Consiste en calentar el acero a una temperatura inferior a la de austenización.

El bonificado es un tratamiento combinado de temple y revenido.

Recocido

El recocido tiene como objetivo ablandar el acero, aumentar su plasticidad y reducir tensiones internas (por ejemplo, después de la soldadura o la deformación). Existen varios tipos:

• Recocido de normalización: Consiste en adecuar su estado a la norma ISO.
• Recocido liberador de tensiones: Reduce las tensiones internas.

Tratamientos Termoquímicos

Los tratamientos termoquímicos modifican la composición química de la capa superficial del acero para mejorar sus propiedades. Algunos ejemplos son:

• Cementación: Aumenta la cantidad de carbono en la superficie, incrementando la dureza superficial después del temple.
• Nitruración: Se realiza en una atmósfera rica en nitrógeno a una temperatura de aproximadamente 500°C. Aumenta la dureza superficial y la resistencia al desgaste.

Otros Conceptos

• Las diferentes formas de ordenamiento atómico de algunos materiales sólidos según su temperatura se conocen como alotropía. El hierro presenta alotropía, existiendo como hierro alfa (estructura cúbica centrada en el cuerpo, BCC) y hierro gamma (austenita, FCC).
• La temperatura de templado y el tiempo de revenido influyen en la dureza final del acero. A mayor temperatura de revenido, menor dureza.
• El diámetro del acero influye en la templabilidad.