Efecto de la Velocidad de Enfriamiento en el Acero
- A mayor velocidad de enfriamiento, mayor cantidad de perlita a temperatura ambiente.
- A mayor velocidad de enfriamiento, disminuye la temperatura a la cual empieza a formarse la ferrita. Esto se debe a que la ferrita se forma a partir de un proceso de nucleación y crecimiento.
- A mayor velocidad de enfriamiento, menor es el tamaño del núcleo. Ya que, al formarse, el núcleo no tiene tiempo para desarrollarse y no alcanza un tamaño semejante al que lograría con una velocidad menor.
- A mayor velocidad de enfriamiento, el punto eutectoide se desplaza hacia una menor composición de carbono y una menor temperatura.
- A mayores velocidades de enfriamiento, mayor es la relación perlita/ferrita.
Influencia de los Elementos de Aleación
Gammágenos
Son elementos que estabilizan la fase gamma (zona austenítica), lo que permite trabajar con un acero austenizado en rangos de temperaturas más amplios.
Elementos: Carbono (C), Nitrógeno (N), Zinc (Zn), Cobre (Cu), Oro (Au), Manganeso (Mn), Níquel (Ni), Cobalto (Co).
- A mayores porcentajes de elementos gammágenos, el punto eutectoide se forma a menor temperatura y con un menor porcentaje de carbono.
- Si los contenidos en Mn o en Ni son muy elevados, puede ocurrir que la transformación eutectoide se presente por debajo de la temperatura ambiente y, por tanto, hasta esa temperatura los aceros serán austeníticos.
- Al aumentar el porcentaje de elementos gammágenos, la transformación comenzará a una temperatura más baja. Por lo tanto, los núcleos de ferrita y cementita no tienen suficiente energía para desarrollarse. Esto da como resultado núcleos más pequeños, lo que implica una menor separación entre láminas y, consecuentemente, una mayor carga de rotura.
Alfágenos
Son elementos que estabilizan la fase alfa (zona ferrítica), por lo que la temperatura necesaria para lograr la solubilidad máxima en la austenita aumenta.
Elementos: Cromo (Cr), Wolframio (W), Vanadio (V), Molibdeno (Mo), Titanio (Ti), Silicio (Si), Fósforo (P), Aluminio (Al), Estaño (Sn), Antimonio (Sb), Arsénico (As).
- Con mayores contenidos de elementos alfágenos, el punto eutectoide se formará a mayor temperatura y a menor porcentaje de carbono.
Nota: Si el punto eutectoide se desplaza hacia la izquierda, aumenta el porcentaje de perlita, quedando esta diluida (menos rica en carbono), y el acero se hace más tenaz. El aumento de dureza va acompañado de la pérdida de tenacidad.
Reacción Perlítica
Cuando la austenita se enfría para su transformación a una temperatura inferior a la de austenización, pero próxima a ella, se transforma en perlita. Este proceso de formación se realiza por nucleación y crecimiento.
Cuanto más baja es la temperatura de transformación, tanto más pequeños son los núcleos de cementita y ferrita. Debido a la velocidad de enfriamiento, no tienen tiempo de desarrollarse por completo; por consiguiente, tanto menor es la separación entre láminas de la perlita, y mayor su dureza.
La velocidad de transformación es el producto de las velocidades de nucleación y de crecimiento.
Morfologías de la Perlita
Según sean las temperaturas de transformación isotérmica, la perlita adopta morfologías diferentes:
- Perlita gruesa (650 – 727 °C): No es tan dura como la fina, pero es más dúctil.
- Perlita fina (600 – 650 °C): Es más dura y resistente.
La perlita fina tiene mayor carga de rotura que la gruesa debido a que el menor tamaño del núcleo le confiere una menor separación entre las láminas de ferrita y cementita.
Reacción Bainítica
Es una transformación que tiene lugar a temperaturas menores que las de la zona perlítica. El constituyente inicial director de las transformaciones bainíticas es la ferrita (a diferencia de las transformaciones perlíticas, en que el constituyente director es la cementita).
- La zona bainítica se divide en bainita superior e inferior, dependiendo de la temperatura de transformación, siendo la superior la que se forma a mayor temperatura.
- La dureza de la bainita depende del contenido en carbono del acero y de la zona en que se haya formado: la bainita inferior es más dura que la bainita superior.
Transformación Martensítica
Cuando por un brusco enfriamiento (que evite la formación de perlita o de bainita), la austenita es llevada a temperaturas más bajas que la de transformación bainítica, se produce una transformación sin difusión, dando un constituyente de idéntico contenido en carbono que la austenita, que recibe el nombre de martensita.
- La martensita es una fase de extremada dureza debido a su alto contenido de carbono.
- La transformación de austenita en martensita va siempre acompañada de un aumento de volumen, debido a la variación del parámetro de red en la red cristalina. La austenita tiene 4 átomos de Fe por celda elemental y la martensita, dos.
- La transformación de austenita en martensita tiene lugar sin difusión (es decir, sin nucleación y crecimiento).
- Es prácticamente instantánea.
- La formación de martensita requiere un mayor salto térmico cuanto mayor sea el contenido en elementos de aleación previamente solubilizados en la austenita.