Productos ferrosos
Aunque la ferrita es en
realidad una solución sólida de carbono en hierro alfa, su solubilidad a la
temperatura ambiente es tan pequeña que no llega a disolver ni un 0.008% de C.
Es por esto que prácticamente se considera la ferrita como hierro alfa puro. La
ferrita es el más blando y dúctil constituyente de los aceros. Cristaliza en
una estructura BCC. Tiene una dureza de 95 Vickers, y una resistencia a la
rotura de 28 Kg/mm2, llegando a un alargamiento del 35 al 40%.
Además de todas estas características, presenta propiedades magnéticas. En los
aceros aleados, la ferrita suele contener Ni, Mn, Cu, Si, Al en disolución
sólida sustitucional. Al microscopio aparece como granos monofásicos, con límites
de grano más irregulares que la austenita. El motivo de esto es que la ferrita
se ha formado en una transformación en estado sólido, mientras que la
austenita, procede de la solidificación.
La ferrita en la
naturaleza aparece como elemento proeutectoide que acompaña a la perlita en:
-
Cristales mezclados con los de perlita (0.55% C)
-
Formando una red o malla que limita los granos de
perlita (0.55% a 0.85% de C)
-
Formando agujas en dirección de los planos
cristalográficos de la austenita.
Es carburo de hierro y por
tanto su composición es de 6.67% de C y 93.33% de Fe en peso. Es el
constituyente más duro y frágil de los aceros, alcanzando una dureza de 960
Vickers. Cristaliza formando un paralelepípedo ortorrómbico de gran tamaño. Es
magnética hasta los 210ºC, temperatura a partir de la cual pierde sus
propiedades magnéticas. Aparece como:
-
Cementita proeutectoide, en aceros hipereutectoides,
formando un red que envuelve a los granos perlíticos.
-
Componente de la perlita laminar.
-
Componente de los glóbulos en perlita laminar.
-
Cementita alargada (terciaria) en las uniones de los
granos (0.25% de C)
Es un constituyente compuesto por el 86.5% de ferrita y el 13.5% de
cementita, es decir, hay 6.4 partes de ferrita y 1 de cementita. La perlita
tiene una dureza de aproximadamente 200 Vickers, con una resistencia a la
rotura de 80 Kg/mm2 y un alargamiento del 15%. Cada grano de perlita
está formado por láminas o placas alternadas de cementita y ferrita. Esta
estructura laminar se observa en la perlita formada por enfriamiento muy lento.
Si el enfriamiento es muy brusco, la estructura es más borrosa y se denomina
perlita sorbítica. Si la perlita laminar se calienta durante algún tiempo a una
temperatura inferior a la crítica (723 ºC), la cementita adopta la forma de
glóbulos incrustados en la masa de ferrita, recibiendo entonces la denominación
de perlita globular.
Este es el constituyente
más denso de los aceros, y está formado por la solución sólida, por inserción,
de carbono en hierro gamma. La proporción de C disuelto varía desde el 0 al
1.76%, correspondiendo este último porcentaje de máxima solubilidad a la
temperatura de 1130 ºC. La austenita en los aceros al carbono, es decir, si
ningún otro elemento aleado, empieza a formarse a la temperatura de 723ºC.
También puede obtenerse una estructura austenítica en los aceros a temperatura
ambiente, enfriando muy rápidamente una probeta de acero de alto contenido de C
a partir de una temperatura por encima de la crítica, pero este tipo de
austenita no es estable, y con el tiempo se transforma en ferrita y perlita o
bien cementita y perlita.
Excepcionalmente, hay
algunos aceros al cromo-niquel denominados austeníticos, cuya estructura es
austenítica a la temperatura ambiente. La austenita está formada por cristales
cúbicos de hierro gamma con los átomos de carbono intercalados en las aristas y
en el centro. La austenita tiene una dureza de 305 Vickers, una resistencia de
100 Kg/mm2 y un alargamiento de un 30 %. No presenta propiedades
magnéticas.
La martensita, es una solución sólida sobresaturada de carbono atrapado en
una estructura tetragonal centrada en el cuerpo. Esta estructura reticular
altamente distorsionada es la principal razón para la alta dureza de la
martensita, ya que como los átomos en la martensita están empaquetados con una
densidad menor que en la austenita.
Después de la cementita es
el constituyente más duro de los aceros. La martensita se presenta en forma de
agujas y cristaliza en la red tetragonal. La proporción de carbono en la
martensita no es constante, sino que varía hasta un máximo de 0.89% aumentando
su dureza, resistencia mecánica y fragilidad con el contenido de carbono. Su
dureza está en torno a 540 Vickers, y su
alargamiento es del orden del 2.5 al 0.5%. Además es magnética.
Se forma la bainita en la
transformación isoterma de la austenita, en un rango de temperaturas de 250 a
550ºC. El proceso consiste en enfriar rápidamente la austenita hasta una
temperatura constante, manteniéndose dicha temperatura hasta la transformación
total de la austenita en bainita.
La ledeburita no es un
constituyente de los aceros, sino de las fundiciones. Se encuentra en las
aleaciones Fe-C cuando el porcentaje de carbono en hierro aleado es superior al
25%, es decir, un contenido total de 1.76% de carbono.
La ledeburita se forma al
enfriar una fundición líquida de carbono (de composición alrededor del 4.3% de
C) desde 1130ºC, siendo estable hasta 723ºC, descomponiéndose a partir de esta
temperatura en ferrita y cementita
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