MICROESTRUCTURAS DE LOS ACEROSLos constituyentes metlicos que pueden presentarse en los aceros al carbono son: ferrita, cementita, perlita, sorbita, troostita, martensita, bainita, y rara vez austenita, aunque nunca como nico constituyente. Tambin pueden estar presentes constituyentes no metlicos como xidos, silicatos, sulfuros y aluminatos.El anlisis de las microestructuras de los aceros al carbono recocidos y fundiciones blancas deben realizarse en base al diagrama metaestable Hierro-carburo de hierro o Cementita.Diagrama Fe-CLas microestructuras que presenta el diagrama de equilibrio para los aceros al carbono son:FERRITA (HIERRO A)Es una solucin slida de carbono en hierro alfa, su solubilidad a la temperatura ambiente es del orden de 0.008% de carbono, por esto se considera como hierro puro, la mxima solubilidad de carbono en el hierro alfa es de 0,02% a 723 C. Microestructura del acero al carbono, cristales blancos de ferritaLa ferrita es la fase ms blanda y dctil de los aceros, cristaliza en la red cbica centrada en el cuerpo, tiene una dureza de 90 Brinell y una resistencia a la traccin de 28 kg/mm2, llegando hasta un alargamiento del 40%. La ferrita se observa al microscopio como granos poligonales claros.En los aceros, la ferrita puede aparecer como cristales mezclados con los de perlita, en los aceros de menos de 0.6%C, figura 6; formando una red o malla que limita los granos de perlita, en los aceros de 0.6 a 0.85%C en forma de agujas o bandas circulares orientados en la direccin de los planos cristalogrficos de la austenita como en los aceros en bruto de colada o en aceros que han sido sobrecalentados. Este tipo de estructura se denomina Widmanstatten.La ferrita tambin aparece como elemento eutectoide de la perlita formando lminas paralelas separadas por otras lminas de cementita, en la estructura globular de los aceros de herramientas aparece formando la matriz que rodea los glbulos de cementita, figura 9, en los aceros hipoeutectoides templados, puede aparecer mezclada con la martensita cuando el temple no ha sido bien efectuado.CEMENTITAEs el carburo de hierro de frmula Fe3C, contiene 6.67 %C y 93.33 % de hierro, es el micro constituyente ms duro y frgil de los aceros al carbono, alcanzando una dureza Brinell de 700 (68 Rc) y cristaliza en la red orto rmbica.Microestructura del acero 1%C, red blanca de dementitaEn las probetas atacadas con cidos se observa de un blanco brillante y aparece como cementita primaria o proeutctica en los aceros con ms de 0.9%C formando una red que envuelve los granos de perlita, formando parte de la perlita como lminas paralelas separadas por otras lminas de ferrita, se presenta en forma de glbulos o granos dispersos en una matriz de ferrita, cuando los aceros de alto carbono se han sometido a un recocido de globulizacin, en los aceros hipoeutectoides que no han sido bien templados.PERLITAEs el micro constituyente eutectoide formado por capas alternadas de ferrita y cementita, compuesta por el 88 % de ferrita y 12 % de cementita, contiene el 0.8 %C. Tiene una dureza de 250 Brinell, resistencia a la traccin de 80 kg/mm2 y un alargamiento del 15%; el nombre de perlita se debe a las irisaciones que adquiere al iluminarla, parecidas a las perlas. La perlita aparece en general en el enfriamiento lento de la austenita y por la transformacin isotrmica de la austenita en el rango de 650 a 723C.Microestructura del acero al carbono, cristales oscuros de perlitaSi el enfriamiento es rpido (100-200C/seg.), la estructura es poco definida y se denomina Sorbita, si la perlita laminar se somete a un recocido a temperatura prxima a 723C, la cementita adopta la forma de glbulos incrustados en la masa de ferrita, denominndose perlita globular.AUSTENITAEs el constituyente ms denso de los aceros y est formado por una solucin slida por insercin de carbono en hierro gamma. La cantidad de carbono disuelto, vara de 0.8 al 2 % C que es la mxima solubilidad a la temperatura de 1130 C. La austenita no es estable a la temperatura ambiente pero existen algunos aceros al cromo-nquel denominados austenticos cuya estructura es austenita a temperatura ambiente.La austenita est formada por cristales cbicos centrados en las caras, con una dureza de 300 Brinell, una resistencia a la traccin de 100 kg/mm2 y un alargamiento del 30 %, no es magntica.Microestructura de la austenitaLa austenita no puede atarcarse con nital, se disuelve con agua regia en glicerina apareciendo como granos poligonales frecuentemente maclados, puede aparecer junto con la martensita en los aceros templados.

MARTENSITAEs el constituyente de los aceros templados, est conformado por una solucin slida sobresaturada de carbono o carburo de hierro en ferrita y se obtiene por enfriamiento rpido de los aceros desde su estado austentico a altas temperaturas.El contenido de carbono suele variar desde muy poco carbono hasta el 1% de carbono, sus propiedades fsicas varan con su contenido en carbono hasta un mximo de 0.7 %C.Microestructura de la martensitaLa martensita tiene una dureza de 50 a 68 Rc, resistencia a la traccin de 170 a 250 kg/mm2 y un alargamiento del 0.5 al 2.5 %, muy frgil y presenta un aspecto acicular formando grupos en zigzag con ngulos de 60 grados.Los aceros templados suelen quedar demasiado duros y frgiles, inconveniente que se corrige por medio del revenido que consiste en calentar el acero a una temperatura inferior a la crtica inferior (727C), dependiendo de la dureza que se desee obtener, enfrindolo luego al aire o en cualquier medio.TROOSTITAEs un agregado muy fino de cementita y ferrita, se produce por un enfriamiento de la austenita con una velocidad de enfriamiento ligeramente inferior a la crtica de temple o por transformacin isotrmica de la austenita en el rango de temperatura de 500 a 6000C, o por revenido a 4000C.Sus propiedades fsicas son intermedias entre la martensita y la sorbita, tiene una dureza de 400 a 500 Brinell, una resistencia a la traccin de 140 a 175 kg/mm2 y un alargamiento del 5 al 10%. Es un constituyente nodular oscuro con estructura radial apreciable a unos 1000X y aparece generalmente acompaando a la martensita y a la austenitaSORBITAEs tambin un agregado fino de cementita y ferrita. Se obtiene por enfriamiento de la austenita con una velocidad de enfriamiento bastante inferior a la crtica de temple o por transformacin isotrmica de la austenita en la zona de 600 a 650%, o por revenido a la temperatura de 600%. Su dureza es de 250 a 400 Brinell, su resistencia a la traccin es de 88 a 140 kg/mm2 ,con un alargamiento del 10 al 20%.Con pocos aumentos aparece en forma muy difusa como manchas, pero con 1000X toma la forma de ndulos blancos muy finos sobre fondo oscuro, figura 16; de hecho tanto la troostita como la sorbita pueden considerarse como perlita de grano muy fino.

BAINITAEs el constituyente que se obtiene en la transformacin isotrmica de la austenita cuando la temperatura del bao de enfriamiento es de 250 a 500C. Se diferencian dos tipos de estructuras: la bainita superior de aspecto arborescente formada a 500-580C, compuesta por una matriz ferrtica conteniendo carburos. Bainita inferior, formada a 250-4000C tiene un aspecto acicular similar a la martensita y constituida por agujas alargadas de ferrita que contienen delgadas placas de carburos.La bainita tiene una dureza variable de 40 a 60 Rc comprendida entre las correspondientes a la perlita y a la martensita.Los constituyentes que pueden presentarse en los aceros aleados son los mismos de los aceros al carbono, aunque la austenita puede ser nico constituyente y adems pueden aparecer otros carburos simples y dobles o complejos.La determinacin del tamao de grano austentico o ferrtico, puede hacerse por la norma ASTM o por comparacin de la microfotografas de la probeta a 100X, con las retculas patrn numeradas desde el 1 para el grano ms grueso hasta el 8 para el grano ms fino.En el sistema ASTM el grosor del grano austenitico se indica con un nmero convencional n, de acuerdo con la frmula:logG=(n-1)log2Donde G es el nmero de granos por pulgada cuadrada sobre una imagen obtenida a 100 aumentos; este mtodo se aplica a metales que han recristalizado completamente, n es el nmero de tamao de grano de uno a ocho.Forma, tamao y distribucin de los cristales o granos en la microestructura del acero para comparacin a 100XCualquier proceso de produccin de acero a partir del Arrabio consiste en quemar el exceso de carbono y otras impurezas presentes en el hierro.Una dificultad para la fabricacin del acero es su elevado punto de fusin, 1.400C aproximadamente, que impide utilizar combustibles y hornos convencionales.Para superar esta dificultad, se han desarrollado 3 importantes tipos de hornos para el refinamiento del Acero, en cada uno de estos procesos el oxgeno se combina con las impurezas y el carbono en el metal fundido. El oxgeno puede introducirse directamente mediante presin dentro o sobre la carga a travs del oxgeno en el aire, o en forma de xidos de hierro o herrumbre en la chatarra. Esto oxidar algunas impurezas, las que se perdern como gases, mientras otras impurezas reaccionarn con la piedra caliza fundida para formar una escoria que ser colada posteriormente.

DIAGRAMA Fe-C

La adicin de elementos de aleacin al hierro influye en las temperaturas a que se producen las transformaciones alotrpicas. Entre estos elementos, el ms importante es el carbono.El diagrama hierro-carbono, aun cuando tericamente representa unas condiciones metastables, se puede considerar que en condiciones de calentamiento y enfriamiento relativamente lentas representa cambios de equilibrio.En el diagrama aparecen tres lneas horizontales, las cuales indican reacciones isotrmicas. La parte del diagrama situada en el ngulo superior izquierdo de la figura se denominaregin delta. En ella se reconocer la horizontal correspondiente a la temperatura de 1493C como la tpica lnea de una reaccin peritctica. La ecuacin de esta reaccin puede escribirse en la forma.

La mxima solubilidad del carbono en el hierro delta (de red cbica centrado en el cuerpo) es 0,10 % de C, mientras que el Fe gamma (de red cbica centrado en las caras) disuelve al carbono en una proporcin mucho mayor. En cuanto al valor industrial de esta regin es muy pequeo ya que no se efecta ningn tratamiento trmico en este intervalo de temperaturas.La siguiente lnea horizontal corresponde a una temperatura de 1129C, esta temperatura es la de solidificacin del eutctico. y la reaccin que en ella se desarrolla es:

La mezcla eutctica, por lo general, no se ve al microscopio, ya que a la temperatura ambiente la fase gamma no es estable y experimenta otra transformacin durante el enfriamiento.La ltima lnea horizontal, se presenta a los 722C, esta lnea corresponde a la temperatura de formacin del eutectoide, y al alcanzarse en un enfriamiento lento la fase gamma debe desaparecer. La ecuacin de la reaccin eutectoide que se desarrolla puede expresarse por:

En funcin del contenido de carbono suele dividirse el diagrama de hierro-carbono en dos partes: una que comprende las aleaciones con menos del 2 % de carbono y que se llamanaceros, y otra integrada por las aleaciones con ms de un 2 % de carbono, las cuales se llamanfundiciones. A su vez, la regin de los aceros se subdivide en otras dos: una formada por los aceros cuyo contenido en carbono es inferior al correspondiente a la composicin eutectoide (0,77 %C) los cuales se llamanaceroshipoeutectoides, y la otra compuesta por los aceros cuyo contenido se encuentra entre 0,77 y 2 %, y que se conocen poraceroshipereutectoides.