Aceros Inoxidables Martensíticos

Los aceros inoxidables martensíticos son aleaciones de hierro y cromo (Fe-Cr) que contienen entre un 12% y un 17% de cromo (Cr) y suficiente carbono (0.15% a 1.0% C) para permitir la formación de una estructura martensítica mediante templado desde la región de la fase austenítica. Se denominan martensíticos porque pueden desarrollar esta estructura después de un tratamiento térmico de austenizado y templado.

La composición de los aceros inoxidables martensíticos se ajusta para optimizar su solidez y dureza. Como consecuencia, su resistencia a la corrosión es relativamente baja en comparación con los aceros inoxidables ferríticos y austeníticos.

El tratamiento térmico de los aceros inoxidables martensíticos para aumentar su solidez y tenacidad es, en esencia, el mismo que se utiliza para los aceros al carbono simples y los de baja aleación: austenizado, enfriamiento rápido para producir una estructura martensítica y revenido para relajar la estructura.

Características Principales de los Aceros Inoxidables Martensíticos

• Contenido de Cr: 12% – 17%
• Contenido de C: 0.15% – 1.0%
• Resistencia a la corrosión: Inferior a la de los ferríticos y austeníticos.
• Propiedades optimizadas: Resistencia y dureza.
• Tratamiento térmico: Templado y revenido.
• Alta templabilidad.
• El aumento de carbono incrementa el bucle γ.

Aceros Inoxidables Austeníticos

Los aceros inoxidables austeníticos son, en esencia, aleaciones ternarias de hierro-cromo-níquel (Fe-Cr-Ni) que contienen entre un 16% y un 25% de Cr y de un 7% a un 20% de Ni. Se denominan austeníticos porque su estructura permanece austenítica (cúbica centrada en las caras, CCC, tipo hierro γ) a todas las temperaturas normales de tratamiento térmico. El níquel, que también tiene una estructura cristalina CCC, permite que esta estructura se mantenga a temperatura ambiente.

Estos aceros suelen tener mayor resistencia a la corrosión que los ferríticos y martensíticos, ya que los carburos pueden mantenerse en solución sólida mediante un enfriamiento rápido desde altas temperaturas. Sin embargo, si estas aleaciones se sueldan o se enfrían lentamente desde altas temperaturas en el rango de 870°C a 600°C, pueden volverse susceptibles a la corrosión intergranular debido a la precipitación de carburos que contienen cromo en los límites de grano.

Regla de Composición Química de las Fases

Los diagramas de fase indican qué fases están presentes a diferentes composiciones y temperaturas bajo condiciones de enfriamiento o calentamiento lentos, cercanos al equilibrio. En las regiones bifásicas de estos diagramas, la composición química de cada fase se determina por la intersección de la isoterma con los límites de fase.

La fracción en peso de cada fase en una región bifásica se puede determinar utilizando la regla de la palanca a lo largo de una isoterma (línea de enlace a una temperatura particular).

Regla de la palanca: Los porcentajes en peso de las fases en cualquier región de un diagrama de fases binario se pueden calcular utilizando esta regla si prevalecen las condiciones de equilibrio.

Para obtener arrabio, se utiliza el alto horno, que puede alcanzar hasta 80 metros de altura.

Se introducen:

a) Hierro: Procedente de la mina o de chatarra (coches, electrodomésticos, etc.).

b) Carbón de coque: Sirve para:

• Convertir el óxido de hierro en hierro puro.
• Proporcionar calor al horno al quemarse.
• Ser el elemento que se aleará con el hierro para formar acero o fundición.

c) Fundente: Principalmente carbonato cálcico, que se mezcla con las impurezas y las hace menos pesadas. Actúa como un «detergente» para limpiar el hierro.

Escoria: Composición y Obtención

La escoria es una mezcla de fundente e impurezas. Esta mezcla, al ser menos pesada, flota en la parte superior del alto horno.

Templabilidad del Acero

La templabilidad se refiere a la facilidad con la que se forma martensita en un acero después de templarlo desde la condición austenítica. Un acero altamente templable forma martensita en secciones gruesas. No se debe confundir templabilidad con dureza. La dureza es la resistencia de un material a la penetración. La templabilidad de un acero depende principalmente de su composición y tamaño de grano.

Normalizado del Acero

En el proceso de normalizado, los aceros se enfrían a temperatura ambiente (enfriamiento al aire).

Velocidad Crítica de Temple

La velocidad crítica de temple es la mínima velocidad de enfriamiento necesaria para obtener una estructura 100% martensítica.

La velocidad crítica de temple depende de:

• Severidad del temple.
• Espesor de la pieza: A medida que nos alejamos de la superficie y nos adentramos en el núcleo, el flujo de calor desde el centro hacia la superficie crea un gradiente de temperatura. La velocidad de enfriamiento puede disminuir tanto que sea inferior a la velocidad crítica, impidiendo la formación de 100% martensita.
• Elementos de aleación: Salvo contadas excepciones, los elementos de aleación aumentan la templabilidad y disminuyen la velocidad crítica.

Revenido del Acero

El revenido es un tratamiento térmico que se aplica a un producto templado para modificar sus propiedades y conferirle las características deseadas para su uso. El ciclo térmico consta de:

• Calentamiento hasta una temperatura determinada.
• Uno o varios mantenimientos a una o varias temperaturas determinadas.
• Uno o varios enfriamientos hasta la temperatura ambiente (aire, agua o aceite).

El objetivo del revenido es mejorar la tenacidad de los aceros templados, a costa de una disminución de la dureza, la resistencia mecánica y el límite elástico. Durante este proceso, la martensita se transforma en martensita revenida.

Hierros Fundidos Maleables

Son aleaciones de hierro-carbono-silicio con 2.0% a 2.6% de C y 1.1% a 1.6% de Si. Los hierros fundidos maleables se funden inicialmente como hierros fundidos blancos y luego se someten a un tratamiento térmico a aproximadamente 940°C (1720°F) durante 3 a 20 horas. El carburo de hierro en el hierro blanco se descompone en nódulos de grafito de forma irregular.

En resumen:

• Europeo: Se obtiene una estructura ferrítica mediante un tratamiento oxidante.
• Americano: Tratamiento térmico de una fundición blanca.
  • 1ª Etapa: Grafitización, entre eutectoide y eutéctica (preferiblemente alta).
  • 2ª Etapa: Enfriamiento para obtener ferrita, perlita o martensita.
    • Para ferrita: Enfriamiento rápido hasta 740-760°C y posterior enfriamiento lento.
    • Para perlítica: Enfriamiento lento hasta 870°C y luego al aire.
    • Para martensítica: Enfriamiento lento hasta 845-870°C, mantenimiento entre 15-30 minutos y luego en aceite con agitación. Posterior revenido a 590-725°C.
• Composición típica de la fundición blanca: 2-2.6% C y 1.1-1.6% Si.
• Presentan buenas propiedades, intermedias entre las fundiciones grises y los aceros.

Aceros Inoxidables Ferríticos

Son, esencialmente, aleaciones binarias de hierro-cromo (Fe-Cr) que contienen entre un 12% y un 30% de Cr. Se denominan ferríticos porque su estructura se mantiene principalmente en estado ferrítico (cúbica centrada en el cuerpo, CCC, tipo hierro α) en condiciones normales de tratamiento térmico. El cromo, al tener la misma estructura cristalina CCC que la ferrita, extiende la región de fase α y suprime la región de fase γ. Esto crea el bucle γ en el diagrama de fases Fe-Cr, que se divide en las regiones CCC (α) y CCC (γ). Los aceros inoxidables ferríticos, al contener más del 12% de Cr, no experimentan la transformación de CCC a CCC al enfriarse desde altas temperaturas como soluciones sólidas de cromo en hierro α.

Los aceros inoxidables ferríticos son relativamente económicos porque no contienen níquel. Se utilizan principalmente como materiales de construcción de uso general cuando se requiere su resistencia a la corrosión y al calor. La presencia de carburos en estos aceros reduce, en cierta medida, su resistencia a la corrosión. Se han desarrollado nuevos compuestos ferríticos con niveles muy bajos de carbono y nitrógeno, mejorando significativamente su resistencia a la corrosión.

Microconstituyentes de un Acero con Curva en «S»

Análisis de los microconstituyentes según las curvas de enfriamiento 1, 2 y 3:

1. Curva 1: Enfriamiento muy rápido. El microconstituyente principal es martensita.
2. Curva 2: Enfriamiento rápido. El microconstituyente principal es martensita.
3. Curva 3: Enfriamiento más lento. Se observa una combinación de perlita media (incluso sorbita), bainita superior y martensita.

Orden de resistencia mecánica (de mayor a menor):

1. Curva 1 y 2 (Similar, predominio de martensita)
2. Curva 3 (Mezcla de fases, menor resistencia)

Acero Eutéctico

Un acero eutéctico es aquel que tiene la composición del punto eutéctico en el diagrama de fases hierro-carbono. En este punto, la aleación líquida se transforma directamente en una mezcla de dos fases sólidas (en el caso del acero, ferrita y cementita) a una temperatura constante. Los cristales de las fases sólidas pueden ser simples o de componentes puros, cristalizando separadamente. Estas aleaciones tienen una aplicación práctica limitada debido a sus bajas propiedades mecánicas.