lunes, 20 de junio de 2011


Las fundiciones son aleaciones hierro-carbono donde el contenido de carbono varía entre 2,14% y 6,67% (aunque estos porcentajes no son completamente rígidos). Comunmente las mas uasdas estan entre los valores de 2,5% y 4,5%, ya que las de mayor contenido de carbono carecen de valor practico en la industria. Además de hierro y carbono lleva otros elementos de aleación como siliciomanganesofósforoazufre y oxígeno.
Seguirán el diagrama de equilibrio estable (Fe-C)(o su porción Fe-Fe3C) o metaestable dependiendo de distintos factores, principalmente de si se produce o no la grafitización.
Obtienen su forma definitiva por colada, permitiendo la fabricación con relativa facilidad de piezas de grandes dimensiones y pequeñas complicadas. Son más baratas que los aceros y de fabricación más sencilla por emplearse instalaciones menos costosas y realizarse la fusión a temperaturas más bajas (además son fáciles de mecanizar). Actualmente, se fabrican fundiciones con excelentes propiedades mecánicas, haciéndole la competencia a los aceros tradicionales.
tipos de fundiciones.
  • fundiciones grises:
    • presentan el carbono en forma de grafito laminar.
    • Suelen estar aleados con silicio (elemento muy grafitizante).
    • una lenta velocidad de enfriamiento favorece la formación de una fundición gris ya que la lentitud en las reacciones favorece que se formen los constituyentes más estables: lacementita se transforma en ferrita y grafito (grafitización). Son fácilmente mecanizables ya que el grafito favorece la salida de la viruta.
La mayor parte del contenido de carbono en el hierro gris se da en forma de escamas o láminas de grafito, las cuales dan al hierro su color y sus propiedades deseables.


Clasificación de las láminas de grafito según la forma, tamaño y distribución
El hierro gris es fácil de maquinar, tiene alta capacidad de templado y buena fluidez para el colado, pero es quebradizo y de baja resistencia a la tracción.
Microestructura del hierro gris ( ferrita y perlita)
El hierro gris se utiliza bastante en aplicaciones como bases o pedestales para máquinas, herramientas, bastidores para maquinaria pesada, y bloques de cilindros para motores de vehículos, discos de frenos, herramientas agrícolas entre otras.

Clase
Resistencia
a la tracción-psi
Dureza brinell
Estructura
20
24000
130-180
F,P
30
34000
170-210
F,P,G
40
44000
210-260
P,G
50
54000
240-280
P,G
60
64000
260-300
B,G
Clasificación de las fundiciones grises según la norma ASTM A48-41.
F: ferrita; P: perlita; G: grafito; B: bainita

FUNDICION MALEABLE


Los hierros maleables son tipos especiales de hierros producidos por el tratamiento térmico de la fundición blanca. Estas fundiciones se someten a rígidos controles y dan por resultado una microestructura en la cual la mayoría del carbono está en la forma combinada de cementita, debido a su estructura la fundición blanca es dura, quebradiza y muy dificil de maquinar.

Microestructua de la fundición maleable ferrítica

La fundición blanca se produce en el horno de cubilote, su composición y rapidez de solidificación separa coladas que se transformarán con tratamiento térmico en hierro maleable. La fundición blanca también se utiliza en aplicaciones donde se necesita buena resistencia al desgaste tal como en las trituradoras y en los molinos de rodillos.





FUNDICION BLANCA


Se forma al enfriar rápidamente la fundición de hierro desde el estado líquido, siguiendo el diagrama hierro-cementita metaestable ; durante el enfriamiento, la austenita solidifica a partir de la aleación fundida en forma de dendritas. A los 1130°C el líquido alcanza la composición eutéctica (4.3%C) y se solidifica como un eutéctico de austenita y cementita llamado ledeburita. Este eutéctico aparece en su mayor parte como cementita blanca que rodea las dendritas de forma de helecho.
Microestructura de la fundición blanca

Al enfriarse las fundiciones desde 1130°C hasta 723°C el contenido de carbono de la austenita varía de 2 a 0.8%C al precipitarse cementita secundaria que se forma sobre las partículas de cementita ya presentes, a los 723°C la austenita se transforma en perlita, el eutectoide de los aceros.
La fundición blanca se utiliza en cuerpos moledores por su gran resistencia al desgaste, el enfriamiento rápido evita la grafitización de la cementita pero si se calienta de nuevo la pieza colada a una temperatura de 870°C el grafito se forma lentamente adoptando una forma característica conocida como carbono de revenido, resultando la fundición maleable. La matriz de la fundición puede ser ferrítica o perlítica si la aleación se enfría más rápidamente a partir de los 723°C al final del tratamiento de maleabilización. Las fundiciones maleables se utilizan en la fabricación de partes de maquinaria agrícola, industrial y de transporte.





fundicion nodular 




La fundición nodular,dúctil o esferoidal se produce en hornos cubilotes, con la fusión de arrabio y chatarra mezclados con coque y piedra caliza. La mayor parte del contenido de carbono en el hierro nodular, tiene forma de esferoides. Para producir la estructura nodular el hierro fundido que sale del horno se inocula con una pequeña cantidad de materiales como magnesio, cerio, o ambos. Esta microestructura produce propiedades deseables como alta ductilidad, resistencia, buen maquinado, buena fluidez para la colada, buena endurecibilidad y tenacidad. No puede ser tan dura como la fundición blanca, salvo que la sometan a un tratamiento térmico, superficial, especial.
Este tipo de fundición se caracteriza por que en ella el grafito aparece en forma de esferas minúsculas y así la continuidad de la matriz se interrumpe mucho menos que cuando se encuentra en forma laminar, esto da lugar a una resistencia a la tracción y tenacidad mayores que en la fundición gris ordinaria. La fundición nodular se diferencia de la fundición maleable en que normalmente se obtiene directamente en bruto de colada sin necesidad de tratamiento térmico posterior.
El contenido total de carbono de la fundición nodular es igual al de la fundición gris. Las partículas esferoidales de grafito se forman durante la solidificación debido a la presencia de pequeñas cantidades de magnesio o cerio, las cuales se adicionan al caldero antes de colar el metal a los moldes, la cantidad de ferrita presente en la matriz depende de la composición y de la velocidad de enfriamiento.
Microestructura de la fundición nodular ferrítico perlítica
Las fundiciones nodulares perlíticas presentan mayor resistencia pero menor ductilidad y maquinabilidad que las fundiciones nodulares ferríticas.

Clase
Resistencia
psix1000
Lím. fluencia
Dureza brinell
alargamiento
(%)
60-40-18
42000
28000
149-187
18
65-45-12
45000
32000
170-207
12
80-55-06
56000
38000
187-255
6
100-70-03
70000
47000
217-267
3
120-70-02
84000
63000
240-300
2

Clasificación de la fundición nodular teniendo en cuenta sus características mecánicas de acuerdo con la norma ASTM A-536.

CORROSION ATMOSFERICA

CORROSION


Corrosión es un ataque de un metal por reacción en su medio ambiente.
Corrosión, desgaste total o parcial que disuelve o ablanda cualquier sustancia por reacción química o electroquímica .
El término corrosión se aplica a la acción gradual de agentes naturales, como el aire o el agua salada sobre los metales.
El tema tiene gran interés practico ya que se ha comprobado en numerosos países que los perjuicios ocasionados por la corrosión representan el 1.5% y 3.5% del producto bruto nacional, sin recurrir a medios muy agresivos si no considerando solamente la atmósfera se encuentra que la mayoría de los metales en contacto con el medio ambiente forman un sistema termodinamicamente inestable con la única excepción de unos pocos metales llamados nobles(oro, platino,etc) todos los demás metales en contacto con el aire deberian reaccionar rápidamente y transformándose en óxidos
El ejemplo más familiar de corrosión es la oxidación del hierro, que consiste en una compleja reacción química en la que el hierro se combina con oxígeno y agua para formar óxido de hierro hidratado. El óxido es un sólido que mantiene la misma forma general que el metal del que se ha formado, pero con un aspecto poroso, algo más voluminoso, y relativamente débil y quebradizo.



FORMAS DE CORROSIÓN 

Se considera la apariencia del metal con corrosión. 
En general basta inspección visual para distinguir entre las formas de corrosión 
siguientes: 
Corrosión uniforme:


 La reacción actúa sobre toda la superficie expuesta (o sobre 
un área grande). 
El espesor del metal se reduce y eventualmente falla. Representa la mayor destrucción 
de metal. La vida de un equipo o estructura puede estimarse  mediante ensayos. 
Se previene con protección catódica. 
Las otras formas de corrosión son localizadas, y la zona afectada se reduce a partes de 
la estructura. 
Tienden a causar fallas prematuras o inesperadas. 
Son más difíciles de calcular. 


Corrosión galvánica o bimetálica: 


Dos metales diferentes generalmente tienen 
diferencias de potencial cuando se los coloca en una solución conductiva. Si se ponen 
en contacto los metales, entonces hay flujo de electrones entre ellos. 
El metal menos resistente a corrosión pasa a ser ánodo, el más resistente pasa a ser 
cátodo. El cátodo se corroe muy poco en este caso, pero el ánodo aumenta su 
corrosión, comparado con los metales aislados entre sí. 
Este principio puede usarse como forma de protección de una estructura. La estructura 
se usa como cátodo. Como ánodo se usa Zn o magnesio (Mg), que no son resistentes a 
corrosión. El ánodo se sacrifica. 


Corrosión localizada en aberturas

En aberturas pequeñas (pueden ser hendiduras, grietas) se acumulan pequeñas 
cantidades de solución estancada. Se deposita una sustancia (arena, polvo, corrosivo) 
que actúa como escudo  y crea las condiciones de ambiente estancado por debajo de 
él. Se puede cortar el acero inoxidable colocándole una banda de goma alrededor  y 
sumergiéndolo en agua de mar. El efecto es formar una celda donde se concentra la 
corrosión. 
Corrosión tipo perforación (pitting)
Es una forma de corrosión localizada  en grado extremo, que produce un agujero en el 
metal. Pueden hacer agujeros aislados o tan cercanos que dan la impresión visual de 
una superficie rugosa. 
Es una de las formas más destructivas, pero la perdida de material es muy poca. Es 
difícil medirlo porque la perforación queda cubierta con el óxido. A veces requieren 
tiempos largos para actuar (meses o años). Generalmente crece en la dirección de la 
gravedad. 


Corrosión intergranular
   En la mayoría de los casos, los bordes entre granos no cumplen ningún rol especial, 
pero bajo ciertas condiciones, las interfases de granos son muy reactivas y se produce 
corrosión localizada, sin que aparezca corrosión en los granos. Los granos se reparan, la aleación se desintegra  o pierde rigidez. Puede ser causada por impureza en la aleación se desintegra  o pierde rigidez. Puede ser causada por impureza en los 
contornos de los granos. Es muy severa en soldaduras de acero inoxidable que ha sido 
calentado 500 a 800C. 




Corrosión por erosión


Ocurre por el movimiento relativo entre un fluido corrosivo y la superficie de un 
metal. En general este movimiento es bastante rápido  y ocurren desgastes mecánicos 
o abrasión. El proceso remueve metal de la superficie  como iones disueltos  o forma 
productos sólidos de corrosión  que son barridos mecánicamente de la superficie 
metálica. Aparecen ranuras, ondulaciones, agujeros redondeados, pero con un patrón 
direccional dado por el movimiento del fluido. Las fallas ocurren en tiempos cortos 
(semanas) y son inesperadas porque los ensayos  de laboratorios se hacen en 
condiciones estáticas que no reflejan las condiciones de erosión del flujo. 




Corrosión bajo tensión


Es la fisuración producida por corrosión bajo tensión de tracción. Cuando hay fisuras 
por corrosión bajo tensión (SCC) el resto de la superficie no aparece afectada y 
aparecen fisuras finas que van creciendo. Las tensiones necesarias para falla por SCC 
son del orden de las de diseño. La apariencia de las fisuras es como si fuera fractura 
frágil, pueden ser entre granos o ir por dentro de granos. 
Para diferentes tipos de acero el comportamiento es similar: al aumentar σ disminuye 
el tR. ¿Hay un σmin necesario para que exista un tR? Puede ser del orden del 10% σy. 
La fuente de σ puede ser cargas externas, tensiones residuales, térmicas, de soldadura. 
Inicialmente la tasa de progreso de una fisura es constante, hasta que la sección 
transversal se reduce y aumenta σ, hasta que se produce la rotura como un proceso 
mecánico. 
  
El tiempo es importante en SCC, debido a que la mayor parte del daño mecánico 
ocurre para tiempos avanzados. 
Las deformaciones ε no aumentan significativamente durante el proceso de fisuración, 
pero llega un tiempo de exposición al agente corrosivo en el que suben (similar a una 
fisuración) y se rompe el material. 
Esto muestra que los ensayos de SCC deben hacerse hasta la rotura, porque los 
fenómenos importantes ocurren sólo en las etapas finales. 
Los mecanismos de SCC no se conocen muy bien, debido a la complejidad del 
acoplamiento del metal, la interfase y el ambiente. La información más confiable es la 
empírica. La corrosión juega un papel muy importante en el inicio de una fisura. Esto 
produce concentración de σ, que aumenta a medida que el radio del agujero o ranura 
disminuye. Puede producirse deformación plástica en el extremo de fisuras. Corrosión con fatiga
Es otro caso de corrosión bajo σ, aunque ocurre cuando hay ciclos de σ en el tiempo. 
Se observa en la zona de fatiga la aparición de productos de corrosión, en lugar de ser 
una zona casi suave como en fatiga sola. 
La fatiga con corrosión es la reducción de la resistencia a fatiga debido a la presencia 
de un medio corrosivo. La presencia de óxido en la superficie no garantiza que la falla 
sea debida a la fatiga con corrosión, puede ser fatiga simple. 
Es importante en industria aeroespacial, nuclear, off-shore, submarinos. 
Incide en la frecuencia de ciclos de σ, siendo más pronunciada cuando las frecuencias 
son bajas, lo que da más tiempo a que actúe la corrosión, dando mayor tiempo de 
contacto con el agente corrosivo. 
Se cree que la resistencia a fatiga ase reduce por el agente corrosivo porque los 
pequeños agujeros de corrosión producen concentración de tensiones. La falla trans – 
granular (por dentro de granos) y no se muestran las ramificaciones que son 
características de fisuras que progresan entre bordes de granos del material. 
Las etapas finales de fatiga con corrosión  son iguales a las de fatiga porque ese 
proceso es mecánico y no incide el agente corrosivo. 
En la mecánica de fractura se suele cambiar KIC por otro valor KIC
SCC
 que tome en 
cuenta que la corrosión reduce la resistencia del material. 
Por debajo de KIC
SCC
 no ocurre fisuración por corrosión y deja de importar. Este 
enfoque también se usa en fatiga con corrosión. Funciona bien en aceros con 
aleaciones bajas y de alta resistencia. Es menos efectivo en aceros inoxidables 
auteríticos. 





CORROSION ATMOSFERICA
UNO de los factores que determina primariamente la intensidad del fenómeno corrosivo en la atmósfera es la composición química de la misma. El S02 y el NaCl son los agentes corrosivos más comunes de la atmósfera. El NaCl se incorpora a la atmósfera desde el mar. Lejos de éste, la contaminación atmosférica depende de la presencia de industrias y núcleos de población, siendo el contaminante principal por su frecuencia de incidencia sobre el proceso corrosivo el dióxido de azufre (S02), proveniente del empleo de combustibles sólidos y líquidos que contienen azufre.
PROCESO DE CORROSIÓN ATMOSFÉRICA
La corrosión atmosférica es la causa más frecuente de la destrucción de los metales y aleaciones.
El mecanismo de corrosión es de naturaleza electroquímica. El electrolito es una capa de humedad sobre la superficie del metal cuyo espesor varía desde capas muy delgadas (invisibles) hasta capas que mojan perceptiblemente el metal. La duración del proceso de corrosión depende sobre todo del tiempo durante el cual la capa de humedad permanece sobre la superficie metálica.
Como el mecanismo de corrosión es electroquímico, su característica principal es la presencia de un proceso anódico y otro catódico, con un electrólito de resistencia óhmica determinada.
En el proceso anódico el metal se disuelve en la capa del electrolito, en la cual la concentración se eleva hasta la precipitación de un compuesto poco soluble.
En el proceso catódico, bajo la capa de humedad, la mayoría de los metales expuestos a la atmósfera se corroen por el proceso de reducción de oxígeno.
La resistencia óhmica entre las zonas anódica y catódica de las minúsculas pilas de corrosión que se distribuyen sobre el metal es grande cuando el espesor de la capa de humedad es pequeño.
La corrosión atmosférica puede ser clasificada en:
a) Corrosión seca. Se produce en los metales que tienen una energía libre de formación de óxidos negativa.
b) Corrosión húmeda. Requiere de la humedad atmosférica, y aumenta cuando la humedad excede de un valor crítico, frecuentemente por encima del 70%.
c) Corrosión por mojado. Se origina cuando se expone el metal a la lluvia o a otras fuentes de agua.
FACTORES QUE AFECTAN LOS PROCESOS DE CORROSIÓN ATMOSFÉRICA
La acción conjunta de los factores de contaminación y los meteorológicos determinan la intensidad y naturaleza de los procesos corrosivos, y cuando actúan simultáneamente, aumentan sus efectos. También es importante mencionar otros factores como las condiciones de exposición, la composición del metal y las propiedades del óxido formado, que combinados entre sí influyen en los procesos de corrosión.
Influencia de las condiciones meteorológicas en los procesos de corrosión
La característica atmosférica más importante que se relaciona directamente con el proceso de corrosión es la humedad, que es el origen del electrolito necesario en el proceso electroquímico.
La figura III.1 muestra la relación que existe entre la corrosión atmosférica y el espesor de la capa del electrolito sobre la superficie metálica. Se observa que en espesores pequeños la corrosión no existe, pues la resistencia óhmica de la capa del electrolito sobre la superficie metálica es muy grande y la disolución del metal es difícil. Al aumentar el espesor disminuyen la resistencia de la capa del electrolito y la polarización catódica, lo que origina un aumento en la velocidad de corrosión hasta que alcanza un nivel máximo, que disminuye después con el aumento del espesor. En esta zona, la reacción catódica es determinante en el proceso de corrosión; el factor óhmico y la polarización anódica pierden importancia, pues la difusión de oxígeno en la superficie metálica es muy lenta y por tanto determinante del proceso global.



Figura III.1. Influencia del espesor de la película de humedad condensada sobre la superficie metálica en la velocidad de corrosión.
Esto nos permite comprobar la importancia del conocimiento de las causas y los factores que influyen en la formación de películas de humedad sobre la superficie metálica. La causa más importante es la precipitación atmosférica (en forma de lluvia o niebla espesa).
Existe también la condensación de humedad, que se origina cuando la humedad relativa de la atmósfera sobrepasa el 100%. Es importante mencionar también la condensación por adsorción, la condensación capilar y la condensación química.
Influencia de la contarninación atmosférica en los procesos de corrosión
Cuando se alcanza el nivel de humedad necesario para la formación de pilas de corrosión, comienza a ser importante un segundo factor: de contaminación atmosférica.


PRINCIPALES AGENTES CONTAMINANTES PARA LA CORROSION ATMOSFERICA
-Atmosférica
Oxidación Corrosión, Radiación solar, Corrosión marina
-Biológica Corrosión Microbiologíca
-Mecánica Corrosión bajo tensión y relacionadas con fuerzas externas


FORMAS DE EVITAR LA CORROSION
Hay tres métodos para evitar la oxidación del hierro :

  • Mediante aleaciones del hierro que lo convierten en químicamente resistente a la corrosión




  • impregnándolo con materiales que reaccionen a las sustancias corrosivas más fácilmente que el hierro, quedando éste protegido al consumirse aquéllas




  • Recubriéndolo con una capa impermeable que impida el contacto con el aire y el agua.



  • El método de la aleación es el más satisfactorio pero también el más caro. Un buen ejemplo de ello es el acero inoxidable, una aleación de hierro con cromo o con níquel y cromo. Esta aleación está totalmente a prueba de oxidación e incluso resiste la acción de productos químicos corrosivos como el ácido nítrico concentrado y caliente.
    El segundo método, la protección con metales activos, es igualmente satisfactorio pero también costoso. El ejemplo más frecuente es el hierro galvanizado que consiste en hierro cubierto con cinc. En presencia de soluciones corrosivas se establece un potencial eléctrico entre el hierro y el cinc, que disuelve éste y protege al hierro mientras dure el cinc.
    El tercer método, la protección de la superficie con una capa impermeable, es el más barato y por ello el más común.
    Este método es válido mientras no aparezcan grietas en la capa exterior, en cuyo caso la oxidación se produce como si no existiera dicha capa. Si la capa protectora es un metal inactivo, como el cromo o el estaño, se establece un potencial eléctrico que protege la capa, pero que provoca la oxidación acelerada del hierro.
    Los recubrimientos más apreciados son los esmaltes horneados, y los menos costosos son las pinturas de minio de plomo. Algunos metales como el aluminio, aunque son muy activos químicamente, no suelen sufrir corrosión en condiciones atmosféricas normales.
    Generalmente el aluminio se corroe con facilidad, formando en la superficie del metal una fina capa continua y transparente que lo protege de una corrosión acelerada.
    El plomo y el cinc, aunque son menos activos que el aluminio, están protegidos por una película semejante de óxido.
    El cobre, comparativamente inactivo, se corroe lentamente con el agua y el aire en presencia de ácidos débiles como la disolución de dióxido de carbono en agua —que posee propiedades ácidas—, produciendo carbonato de cobre básico, verde y poroso.
    Los productos de corrosión verdes, conocidos como cardenillo o pátina, aparecen en aleaciones de cobre como el bronce y el latón, o en el cobre puro, y se aprecian con frecuencia en estatuas y techos ornamentales.
    Los metales llamados nobles son tan inactivos químicamente que no sufren corrosión atmosférica. Entre ellos se encuentran los antes indicados, el oro, la plata y el platino.
    La combinación de agua, aire y sulfuro de hidrógeno afecta a la plata, pero la cantidad de sulfuro de hidrógeno normalmente presente en la atmósfera es tan escasa que el grado de corrosión es insignificante, apareciendo únicamente un ennegrecimiento causado por la formación de sulfuro de plata. Este fenómeno puede apreciarse en las joyas antiguas y en las cuberterías de plata.
    La corrosión en los metales supone un problema mayor que en otros materiales. El vidrio se corroe con soluciones altamente alcalinas, y el hormigón con aguas ricas en sulfatos. La resistencia a la corrosión del vidrio y del hormigón puede incrementarse mediante cambios en su composición, ó técnicas adecuadas.

    miércoles, 8 de junio de 2011

    TECNOLOGÍA DEL ACERO (tratamientos termicos y clasificacion del acero)

    Tratamientos térmicos del acero.

    Para cambiar las propiedades del acero se usan diferentes tipos tratamientos térmicos, que cambian su micro estructura.
    En general hay cuatro tipos básicos de tratamiento térmico:
    1. Temple.
    2. Revenido.
    3. Recocido.
    4. Normalización.
    Todos los tratamientos térmicos tiene una ruta obligatoria:
    • Calentamiento del acero hasta una temperatura determinada.
    • Permanencia a esa temperatura cierto tiempo.
    • Enfriamiento mas o menos rápido.
    El hierro tiene una temperatura de fusión de 1539 oC, y en estado sólido presenta el fenómeno de la alotropía o polimorfismo.
    En la mayoría de los casos, el calentamiento del acero para el temple, normalización y recocido se hace unos 30-50 oC por encima de la temperatura de cambio alotrópico. Las temperaturas mayores, si no son necesarias para un uso especial, no son deseables para evitar un crecimiento excesivo del grano.
    En la figura 1 se muestra un gráfico esquemático de como se desarrolla el proceso para cada tipo de tratamiento térmico.
    El carácter de la transformación del acero depende de la velocidad de enfriamiento. Durante un enfriamiento lento en el horno se verifica el recocido; si el enfriamiento se realiza al aire libre, tal recocido se denomina normalización.
    El temple se hace utilizando un enfriamiento rápido en agua o en aceite.
    esquema
    Figura 1
    Después del temple, obligatoriamente, se ejecuta el revenido, cuyo objetivo es disminuir en algo la uniformidad de la estructura y, de tal modo, quitar las tensiones internas de la pieza. El revenido siempre se realiza a una temperatura menor a la de la transformación del material.

    El acero y su temperatura.

    Para comprender mejor la influencia del tratamiento térmico en el acero, primero hay que conocer los cambios estructurales de este a diferentes temperatura. Estos cambios tienen bastante complejidad y dependen de la cantidad de carbono presente y otros factores, que en la metalurgia se establecen con precisión en el llamadodiagrama de equilibrio hierro-carbono.
    En este artículo vamos a describir de manera muy simplificada, las estructuras del acero a diferentes temperaturas.
    A temperaturas menores de 910 oC y por encima de 1400 oC el hierro tiene una red espacial cubica centrada. En el primer caso se le llama hierro alfa y en el segundo hierro gamma, entre las temperaturas de 910-1400 oC el hierro tiene  la red cúbica centrada en las caras y se le llama hierro delta.

    Solubilidad del carbono en hierro.

    Los hierros alfa y gamma disuelven muy poco carbono (entre 0,025 y 0.1%), y a esas soluciones se les denomina ferrita. La ferrita es muy blanda y plástica según el tamaño de sus granos; por debajo de 768 oC tiene propiedades ferromagnéticas muy acentuadas.
    La solubilidad del carbono en el hierro delta es mucho mayor, y puede alcanzar el 2% en peso a 1130 oC. Esta solución se llama austenita y existe comúnmente por encima de 723 oC (por métodos especiales puede obtenerse austenita a temperaturas menores).
    La austenita es blanda y plástica, no es magnética y peor conductor del calor que la ferrita.

    Compuestos del hierro y el carbono.

    El hierro forma con el carbono el carburo de hierro, Fe3C, que se denomina cementita y contiene 6.67 % de carbono en peso. La cementita es frágil y muy dura; a temperaturas superiores a 210 oC no tiene propiedades magnéticas.
    La cementita pura no es estable, especialmente a altas temperaturas, y se desintegra en grafito y solución sólida: ferrita o austenita, según la temperatura.
    Sin embargo, en las aleaciones de bajo contenido de carbono la cementita existente es estable hasta altas temperaturas y por eso se le puede considerar como un componente autónomo dentro de la masa del acero.
    La cementita en el acero puede tener tres orígenes y se llaman:
    1. Primaria: Segregada a partir de la reacción del hierro y el carbono en la solución líquida.
    2. Secundaria: La que se precipita de la austenita al enfriarse.
    3. Terciaria: La que se desprende de la ferrita al enfriarse por debajo de 910 oC.
    La cementita puede mezclarse mecánicamente con la austenita desde la solución líquida, la mezcla eutéctica de cementita y austenita se denomina ledeburita. De la misma forma la cementita puede mezclarse desde la solución sólida con la ferrita procedente de la desintegración de la austenita a menos de 723 oC y concentración de carbono de 0.8 %. La mezcla eutectoide* de ferrita y cementita se llama perlita.
    Con estos elementos examinemos ahora el carácter de las formaciones estructurales de los aceros en el proceso de enfriamiento, desde el estado líquido hasta las temperaturas normales. Este proceso es reversible por lo que los procesos son válidos también durante el calentamiento.

    Se le denomina eutectoide porque se produce en la solución sólida y no en la líquida como en el caso de una mezcla eutéctica.

    El enfriamiento o calentamiento del acero.

    En la figura 2 se muestra el sector izquierdo del diagrama Fe-C (hierro carbono). En él, se han marcado las líneas correspondientes a las soluciones de 0.6, 0.8, y 1.2 % de carbono.
    La linea G-H corresponde a los 723 oC temperatura límite de existencia de la austenita.
    Observemos que para los tres casos, de la solución líquida al enfriarse comienzan a formarse cristales de austenita, los que conviven en equilibrio con la solución líquida entre las líneas A-B y C-D.
    Al bajar de la temperatura de solidificación (linea C-D), toda la solución se convierte en austenita. Con el ulterior enfriamiento y en dependencia del contenido de carbono se van formando estructuras diferentes, a saber:
    1.- Para el acero de 0.6 % de carbono o menos, al alcanzar la linea F-E comienza a desprenderse ferrita y hay una zona (entre F-E y G-H) donde conviven ambas formas estructurales.
    La formación de la ferrita con muy poco carbono disuelto hace que el resto de la austenita pase a ser mas rica en carbono, con lo que se alcanza el 0.8 % necesario para la formación de la cementita, con ello se puede producir la mezcla mecánica de ferrita y cementita que ya hemos visto se denomina perlita.
    El resultado final de esta aleación cuando llega a la temperatura normal es una mezcla de ferrita y perlita.
    Diagrama Fe-C
    Figura 2
    2.- Para el acero de 0.8 % de carbono, como tiene la composición adecuada para la reacción de formación de cementita (0.8 % de carbono) el final del proceso de enfriamiento conduce a perlita en casi toda la masa sólida.
    3.- Para el acero de 1.2 % de carbono o mas, una vez que se alcanza la linea E-D comienza a segregarse la cementita secundaria por la sobresaturación de la austenita con carbono, con el enfriamiento posterior y al sobrepasar la linea G-H se produce cierta cantidad de ferrita que junto a la cementita forma la perlita. Finalmente queda una mezcla de perlita y cementita secundaria.

    Temple y revenido.

    El temple y el revenido se utilizan ampliamente para mejorar las propiedades de resistencia de los aceros de construcción e importarles dureza y altas propiedades cortantes a los aceros de herramientas.
    Por temple se comprende la fijación de las estructuras, a temperatura normal, que son propias de temperaturas altas. Por eso las estructuras templadas son inestables o, como dicen los físicos metaestables.
    Si el acero se enfría rápidamente desde la zona de austenita (figura 2) el carbono no puede desprenderse, y como es imposible detener la transformación de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolución de carbono muy diferentes, se produce una solución sólida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita. La estructura de la martensita es inestable, con una gran dureza y fragilidad considerable.
    La dureza de la martensita es tanto mayor, cuanto mas cantidad de carbono esté disuelto en esta, y se explica por el fenómeno de que su red cristalina está muy deformada por los átomos de carbono. Esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita nos sea cúbico sino tetragonal. Lo que a su vez dificulta su deformación plástica.
    El acero tiene la capacidad de ser templado si contiene mas del 0.3% de carbono.
    El enfriamiento para el proceso de templado puede efectuarse a diferentes velocidades de acuerdo a los fines perseguidos y del tipo de acero (cantidad de carbono y otros elementos aleantes) los mas usados son:
    • Agua.
    • Aceite.
    • Sales fundidas.
    • Soluciones salinas.
    • Y hasta el aire para ciertos aceros aleados.
    Si tomamos la capacidad refrigerante del agua a temperatura de 20 oC como la unidad, entonces, la capacidad refrigerante relativa de la solución acuosa de cloruro de sodio al 10% será de 1.23; del aceite mineral 0.20 y del aire ambiente 0,03.
    Después del temple se efectúa el revenido, cuyo fin es el aumento de la plasticidad (disminución de la fragilidad) del acero con una disminución mínima de la resistencia o la dureza adquiridas durante el temple.
    La temperatura del revenido se escoge de acuerdo a la posterior utilización de la pieza, pero nunca llegará a la temperatura de transformación (linea G-H de la figura 2).
    Se distinguen tres tipos de revenido:
    1. Revenido de bajas temperaturas (entre 180 y 220oC); Con él se reducen las tensiones internas pero se conserva la estructura martesítica. Se usa en el revenido de herramientas de corte, en las que debe mantenerse la dureza y resistencia al desgaste. 
    2. Revenido a medias temperaturas (entre 300-400 oC); A estas temperaturas la martensita se modifica y se transforma en lo que se conoce como troostita y se aplica en los muelles o matrices.
    3. Revenido de altas temperaturas (500-550 oC); A estas temperaturas la troostita se convierte en otra forma llamada sorbita, se aplica fundamentalmente para el acero de construcción.
    La troostita y la sorbita obtenidas durante el revenido de la martensita, sobrepasan por su tenacidad, las estructuras análogas que se obtienen durante el enfriamiento directamente a partir de la austenita.

    Recocido.

    El recocido tiene diferentes objetivos en el tratamiento térmico del acero y generalmente suele ser de dos clases:
    1. Recocido de primera clase o subcrítico: Se aplica para eliminar tensiones residuales, acritud, y cambiar forma de la cementita a cementita esferoidal en los aceros de alto carbono para poder trabajarlos mejor. Por lo común mientras mas alta es la temperatura, tanto mas corto puede ser el tiempo de permanencia, pero, de todos modos, para la esferoidización se requiere un permanencia larga.  El recocido para eliminar la acritud  se efectúa después de la deformación plástica en frío; con ello no solo se reducen las tensiones, sino también la recristalización de la estructura, por eso se le denomina recocido de recristalización.
    2. Recocido de segunda clase o supercrítico:  Tiene como objeto diferentes finalidades, y exactamente:
    • Disminución del grano:  El recocido de los aceros de bajo y medio carbono se efectúa por calentamiento s unos 20-50 oC por encima de la temperatura de transformación, es decir por encima de la línea F-E (figura 2). Bajo estas temperaturas se verifica la transformación del hierro alfa a hierro gamma y la formación de una gran cantidad de granos pequeños de austenita, independientemente del tamaño original de los granos de ferrita o perlita. El enfriamiento ulterior de piezas con grano pequeño de austenita conduce a la formación de granos pequeños de ferrita y perlita. Un calentamiento considerable por encima de la línea F-E, produce no disminución, sino aumento del tamaño del grano.
    • Obtención de una estructura equilibrada y mas blanda.
    • Modificación de la estructura en piezas fundidas:  Las estructuras fundidas, muy a menudo suelen ser de grano grueso y la fase sobrante, por ejemplo, la ferrita en el acero de bajo carbono y la cementita secundaria en los de alto carbono, se distribuyen en granos, formando la armazón alrededor de la cual se solidifica la masa restante. Tal estructura se denomina de Widmastatten y tiene una tenacidad menor en comparación con la estructura normal. Durante el recocido no solo se efectúa la disminución del grano, sino también la liquidación de la estructura de Widmastatten.
    • Eliminación de las segregaciones dendríticas: El recocido para eliminar la segregación dendrítica que surge durante la solidificación de los lingotes, se denomina recocido de homogenización. Generalmente este recocido se logra durante el calentamiento de los lingotes para su tratamiento por presión en la fabricación de piezas en caliente. La homogenización exige una temperatura muy alta (unos 1000-1100 oC) y una permanencia larga (15 o mas horas). Durante este recocido es inevitable el crecimiento del grano, la disminución de este se realiza después por medio de un recocido de recristalización.

    Normalización.

    La estructura que surge después del calentamiento hasta las temperaturas que corresponden a la zona de austenita y enfriamiento en el aire, se considera como normal en el acero. Por eso la normalización corresponde a un recocido supercrítico con enfriamiento al aire.
    La cantidad de ferrita o cementita sobrante, después del normalizado, es menor que después del recocido y la perlita está mas dispersa. Por eso el acero normalizado tiene resistencia y tenacidad un poco mas altas y una maquinabilidad mas baja que el acero recocido.
    En la figura 3 se muestra un gráfico en el que se destacan las zonas de temperatura utilizadas mas comúnmente para la realización de los diferentes tratamientos térmicos.










    La clasificación del acero se puede determinar en función de sus características, las mas conocidas son la clasificación del acero por su composición química y por sus propiedades o clasificación del acero por su uso; cada una de estas clasificaciones a la vez se subdivide o hace parte de otro grupo de clasificación.
    Clasificación de Acero por su composición química:
    Acero al carbono Se trata del tipo básico de acero que contiene menos del 3% de elementos que no son hierro ni carbono.
    Acero de alto carbono El Acero al carbono que contiene mas de 0.5% de carbono.
    Acero de bajo carbono Acero al carbono que contiene menos de 0.3% de carbono.
    Acero de mediano carbono Acero al carbono que contiene entre 0.3 y 0.5% de carbono.
    Acero de aleación Acero que contiene otro metal que fue añadido intencionalmente con el fin de mejorar ciertas propiedades del metal.
    Acero inoxidable Tipo de acero que contiene mas del 15% de cromo y demuestra excelente resistencia a la corrosión.
    Clasificación del acero por su contenido de Carbono:
    - Aceros Extrasuaves: el contenido de carbono varia entre el 0.1 y el 0.2 %
    - Aceros suaves: El contenido de carbono esta entre el 0.2 y 0.3 %
    - Aceros semisuaves: El contenido de carbono oscila entre 0.3 y el 0.4 %
    - Aceros semiduros: El carbono esta presente entre 0.4 y 0.5 %
    - Aceros duros: la presencia de carbono varia entre 0.5 y 0.6 %
    - Aceros extramuros: El contenido de carbono que presentan esta entre el 0.6 y el 07 %
    -Clasificación del Acero por sus propiedades
    Aceros especiales
    Aceros inoxidables. 
    Aceros inoxidables ferrìticos.
    Aceros Inoxidables austen?ticos.
    Aceros inoxidables martens?ticos
    Aceros de Baja Aleación Ultrarresistentes.
    Acero Galvanizado (Laminas de acero revestidas con Zinc)
    Clasificación del Acero en función de su uso:
    Acero para herramientas: acero diseñado para alta resistencia al desgaste, tenacidad y fuerza, en general el contenido de carbono debe ser superior a 0.30%, pero en ocasiones también se usan para la fabricacién de ciertas herramientas, aceros con un contenido de carbono más bajo (0.1 a 0.30%); como ejemplo para fabricar una buena herramienta de talla el contenido de carbono en el acero debe ser de 0.75%, y la composicion del acero en general para este tipo de herramientas debe ser: carbono 0.75 %, silicio 0.25 %, manganeso 0.42 %, potasio 0.025 %, sulfuro 0.011 %, cromo 0.03 %, niquel 2.60 %
    Acero para la construcción el acero que se emplea en la insustria de la construcción, bien puede ser el acero de refuerzo en las armaduras para estructuras de hormigón, el acero estructural para estructuras metálicas, pero tambien se usa en cerramientos de cahapa de acero o elementos de carpinteria de acero.
    Acero Estructural o de refuerzo ver mas sobre acero estructuralClasificación del Acero para construcción acero estructural y acero de refuerzo: De acuerdo a las normas técnicas de cada país o región tendrá su propia denominación y nomenclatura, pero a nivel general se clasifican en:
    - Barras de acero para refuerzo del hormigón: Se utilizan principalmente como barras de acero de refuerzo en estructuras de hormigón armado. A su vez poseen su propia clasificación generalmente dada por su diámetro, por su forma, por su uso:
    - Barra de acero liso
    - Barra de acero corrugado.
    - Barra de acero helicoidal se utiliza para la fortificación y el reforzar rocas, taludes y suelos a manera de perno de fijación.
    - Malla de acero electrosoldada o mallazo
    - Perfiles de Acero estructural laminado en caliente
    - Ángulos de acero estructural en L
    - Perfiles de acero estructural tubular: a su vez pueden ser en forma rectangular, cuadrados y redondos.
    - Perfiles de acero Liviano Galvanizado : Estos a su vez se clasifican según su uso, para techos, para tabiques, etc.
    Composición quimica del Acero Galvanizado: 0.15% Carbono, 0.60% Manganeso, 0.03% Potasio, 0.035% Azufre.
    Composición del Acero Inoxidable: es un acero aleado que debe contener al menos un 12% de Cromo y dependiendo de los agentes exteriores corrosivos a los que va ha estar expuesto debe contener otros elementos como el niquel, el molibdeno y otros.


    esquema


    Figura 3