Transformaciones y Propiedades del Acero: Diagrama Fe/C y TTT

Transformaciones en el Sistema Fe/C

1. Transformaciones Peritéctica, Eutéctica y Eutectoide

En el sistema Fe/C (Hierro/Carbono), se producen varias transformaciones de fase importantes:

• Transformación Peritéctica (1492 ºC): Una reacción donde una fase líquida (L) y una fase sólida (δ-Fe) reaccionan para formar una nueva fase sólida (γ-Austenita). Se representa como: L (0.55%C) + Feδ (0.008%C) → γ-Austenita (0.18%C).
• Transformación Eutectoide (723 ºC): Una fase sólida (γ-Austenita) se transforma en dos nuevas fases sólidas (α-Ferrita y Cementita). Se representa como: γ-Austenita (0.8%C) → α-Ferrita (0.025%C) + Cementita (Fe₃C) (6.67%C).
• No se menciona explicitamente la eutéctica, pero es relevante. La transformación eutéctica ocurre a 1148°C: L(4.3% C) -> γ(2.11% C) + Fe3C (6.67% C).

Austenita: Estabilidad y Propiedades

2. ¿Qué es la Austenita?

La austenita (γ-Fe) es una disolución sólida intersticial de carbono en hierro gamma (estructura cristalina cúbica centrada en las caras, CCC). No es un compuesto, sino una fase donde los átomos de carbono se ubican en los intersticios de la red cristalina del hierro.

Estabilidad de la Austenita

• Alta Temperatura: La austenita es estable a altas temperaturas. La máxima cantidad de carbono que puede disolverse en la austenita es de aproximadamente 2%.
• Inestabilidad a Temperatura Ambiente: Por debajo de 723 ºC, la austenita experimenta una transformación eutectoide y, por lo tanto, no es estable a temperatura ambiente en aceros al carbono simples.

Propiedades de la Austenita

• Deformabilidad: Es una fase relativamente blanda y dúctil, con buena capacidad de deformación.
• Baja Dureza: Presenta una dureza baja en comparación con otras fases del acero.
• Desgaste Aceptable: Muestra un desgaste moderado.
• No Magnética: La austenita es paramagnética (no magnética).
• Densidad: Es la fase más densa de las presentes en el sistema Fe/C.

Diagramas TTT y Microestructuras

3. Diagrama TTT para un Acero Eutectoide

El diagrama TTT (Temperatura, Tiempo, Transformación) es una herramienta fundamental para el estudio de los tratamientos térmicos de los aceros. Permite predecir la microestructura resultante después de un enfriamiento controlado desde la fase austenítica.

(Aquí se incluiría una imagen o esquema del diagrama TTT para un acero eutectoide)

Factores que afectan la forma del diagrama TTT:

• Composición Química: La presencia de elementos aleantes (además del carbono) desplaza las curvas del diagrama TTT, modificando los tiempos de transformación.
• Tamaño de Grano Austenítico: Un tamaño de grano austenítico mayor dificulta la nucleación de las nuevas fases, retrasando las transformaciones.
• Temperatura de Austenización: Afecta el tamaño de grano y la homogeneidad de la austenita.

4. Estructuras Obtenibles en un Acero Eutectoide

Utilizando el diagrama TTT, se pueden obtener diferentes microestructuras en un acero eutectoide, dependiendo de la velocidad de enfriamiento:

(Aquí se incluiría una imagen o esquema que relaciona las velocidades de enfriamiento con las microestructuras resultantes)

• Perlita: Enfriamiento lento.
• Bainita: Enfriamiento moderado.
• Martensita: Enfriamiento rápido (temple).
• Perlita fina: Enfriamiento intermedio entre perlita y bainita.

Templabilidad y Capacidad de Temple

5. Templabilidad y Capacidad de Temple

• Templabilidad: Es la capacidad de un acero para endurecerse en profundidad mediante la formación de martensita durante el temple. Indica hasta qué profundidad se logra una transformación martensítica significativa. Los elementos aleantes (como el cromo, molibdeno, manganeso) aumentan la templabilidad del acero.
• Capacidad de Temple: Se refiere a la máxima dureza que puede alcanzar un acero después del temple. Está directamente relacionada con el contenido de carbono equivalente; a mayor contenido de carbono, mayor capacidad de temple. También influyen los elementos de aleación y la severidad del medio de temple (agua, aceite, aire).
• Ensayo Jominy: El método más común para determinar la templabilidad de un acero es el ensayo Jominy. Consiste en templar una probeta normalizada del acero y medir la dureza a lo largo de su longitud, obteniendo una curva de templabilidad.