Tratamientos Térmicos y Superficiales de las Aleaciones Ferrosas

Flashcards de vocabulario técnico sobre metalurgia, procesos de fabricación de acero, diagramas de fase Fe-C y tratamientos térmicos/superficiales.

Fase

Región de composición química, propiedades físicas y estructura cristalina uniforme; es una zona homogénea de un sistema heterogéneo.

Transformación de fase

Ocurre cuando se forma al menos una nueva fase con propiedades físicas, químicas y/o microestructura diferente a la fase original.

Bordes de grano

Límites entre dos granos donde los átomos no están ordenados, están desplazados del equilibrio y presentan una energía libre mayor que el resto del material.

Técnica metalográfica

Consiste en evidenciar los distintos tipos de granos (microconstituyentes) y su tamaño, forma y distribución mediante el pulido y ataque superficial con reactivos químicos.

Recocido contra acritud

Tratamiento térmico con difusión y sin cambio de fase cristalográfica que produce recristalización por nucleación y crecimiento a partir de granos deformados en frío.

Precipitación

Transformación de fase con difusión y cambio de fase cristalográfica que ocurre por movimiento atómico activado por la temperatura.

Eutectoide (Constituyente)

Precipitación conjunta de dos o más constituyentes a una temperatura fija; en el sistema Fe-C, este constituyente es la perlita.

Hierro Delta ($\delta$)

Solución sólida intersticial con estructura bcc (cte de red mayor) que solo existe a temperaturas altas.

Austenita ($\gamma$)

Solución sólida intersticial con estructura fcc que presenta una solubilidad máxima de $2,06\% \, C$ a $1148 \, ^\circ C$.

Ferrita ($\alpha$)

Solución sólida intersticial con estructura bcc y solubilidad máxima a $723 \, ^\circ C$ de $0,02\% \, C$.

Cementita ($Fe_3C$)

Compuesto intermetálico muy duro con una composición fija de $6,67\% \, C$.

Reacción Peritéctica

Reacción invariante a $1493 \, ^\circ C$ donde $L(0,51\% C) + \delta(0,10\% C) \rightarrow \gamma(0,16\% C)$.

Reacción Eutéctica

Reacción invariante a $1148 \, ^\circ C$ donde $L(4,3\% C) \rightarrow \gamma(2,06\% C) + Fe_3C(6,67\% C)$, dando lugar a la ledeburita.

Reacción Eutectoide

Reacción invariante a $723 \, ^\circ C$ donde $\gamma(0,8\% C) \rightarrow \alpha(0,02\% C) + Fe_3C(6,67\% C)$, resultando en perlita.

Ledeburita

Compuesto eutéctico formado por la transformación del líquido en austenita y cementita, característico de las fundiciones.

Perlita

Compuesto eutectoide que consiste en láminas alternas de ferrita (blancas) y cementita (oscuras).

Acero Hipoeutectoide

Acero con un contenido de carbono menor al $0,8\% \, C$; su estructura contiene ferrita y perlita.

Acero Hipereutectoide

Acero con un contenido de carbono mayor al $0,8\% \, C$ y hasta $2,1\% \, C$; su estructura contiene cementita y perlita.

Martensita

Estructura monofásica de no equilibrio, dura y frágil, formada por el enfriamiento rápido de la austenita sin difusión del carbono.

Estructura BCT

Estructura tetragonal centrada en el cuerpo propia de la martensita, que es una solución sólida de ferrita sobresaturada en carbono.

Martensita de listones (agujas)

Tipo de martensita con estructura interna distorsionada y altas densidades de dislocaciones, formada si el acero contiene menos de $0,6\% \, C$.

Martensita de placa

Tipo de martensita que se forma predominantemente cuando el contenido de carbono del acero es superior al $1\% \, C$.

Revenido

Tratamiento térmico adicional tras el temple para aliviar tensiones internas, disminuir la fragilidad y aumentar la ductilidad.

Arrabio

Hierro de primera fusión obtenido en el alto horno, con aproximadamente un $4\% \, C$.

Producción de arrabio (Entradas)

Proceso que requiere Mineral de Fe ($Fe_3O_4$ o $Fe_2O_3$), Coque, Caliza y $O_2$ en un alto horno.

Acero

Aleación de Fe-C con porcentajes de Carbono entre $0,008\%$ y $2,1\%$, además de Mn, Si, P y S; son materiales deformables y laminables.

Curvas TTT

Diagramas de Tiempo-Temperatura-Transformación que representan la transformación isotérmica de la austenita (curvas de las S).

Bainita

Estructura formada en la zona intermedia de la curva TTT (superior e inferior) donde la velocidad de nucleación es menor que la de crecimiento.

Templabilidad

Propiedad determinada por la profundidad y distribución de la dureza en el interior de una pieza; el gradiente de penetración de dureza.

Velocidad crítica de temple

Velocidad de enfriamiento mínima necesaria para evitar la difusión del carbono y obtener una estructura completamente martensítica.

Severidad de temple ($H$)

Medida de la eficacia de un medio de temple para enfriar la superficie; se define $H = 1$ para el agua.

Ensayo Jominy

Prueba rápida y sencilla para determinar la templabilidad, enfriando un extremo de una probeta normalizada con un chorro de agua a $24 \, ^\circ C$.

Diámetro crítico ideal

Diámetro del mayor redondo que presenta un $50\%$ de martensita en su núcleo tras el temple.

Tratamientos isotérmicos

Procesos donde la transformación de la austenita en otros constituyentes se realiza manteniendo una temperatura constante.

Austempering

Tratamiento isotérmico para obtener una estructura de bainita total mediante mantenimiento en baño de sales fundidas seguido de enfriamiento en agua.

Martempering

Tratamiento isotérmico diseñado para obtener martensita con pocas tensiones residuales y evitar deformaciones o grietas.

Tratamientos termoquímicos

Tratamientos de endurecimiento superficial que alteran la composición química de la periferia de la pieza para aumentar la resistencia al desgaste.

Cementación

Proceso de difusión de Carbono en la superficie de aceros de bajo contenido en C a temperaturas de $900 \, ^\circ C$ a $1000 \, ^\circ C$.

Nitruración

Endurecimiento superficial por la acción de Nitrógeno a unos $500 \, ^\circ C$, formando nitruros insolubles (NFe, NAl, NMo, NCr) muy endurecedores.

Carbonitruración

Endurecimiento por la acción simultánea de Nitrógeno y Carbono en atmósfera gaseosa a $850 \, ^\circ C$, seguido de temple y revenido.

Temple superficial

Temple selectivo de una zona de la pieza que ya posee suficiente carbono ($0,3$ a $0,6\% \, C$) calentando con bobina de inducción o llama.

Afinador de grano (Elemento)

Elementos como el Silicio ($Si$) o el Aluminio ($Al$) que ayudan a controlar y reducir el tamaño del grano en el acero.

Efecto del Manganeso ($Mn$)

Elemento que mejora la templabilidad, actúa como endurecedor y neutraliza el efecto negativo del Azufre ($S$) y Oxígeno ($O$).

Efecto del Cromo ($Cr$)

Incrementa la templabilidad, la dureza ($H$), la resistencia mecánica y al desgaste mediante la formación de carburos.

Efecto del Volframio ($W$)

Forma carburos y permite que el acero mantenga su dureza a altas temperaturas, usado en aceros para herramientas.

Recocido (Objetivo general)

Tratamiento para ablandar el acero, regenerar su estructura, eliminar tensiones internas o uniformizar el tamaño de grano.

Normalizado (Objetivo)

Tratamiento para endurecer y aumentar la resistencia mecánica, afinando la estructura de granos.

Etapas de un tratamiento térmico

Consiste en tres periodos: Calentamiento, Permanencia a Temperatura (mantenimiento) y Enfriamiento.

Austenización

Calentamiento del acero por encima de las temperaturas críticas ($A_{3}$ o $A_{cm}$) para transformar la estructura en austenita.

Temperatura Crítica Inferior ($A_{1}$)

Temperatura fija de $723 \, ^\circ C$ (o $721 \, ^\circ C$ según el diagrama) donde comienza la transformación de la perlita.

Nitruración gaseosa

Proceso realizado en hornos de atmósfera controlada donde el nitrógeno proviene de la descomposición del amoniaco ($NH_3$).

Nitruración iónica

Endurecimiento en cámara de vacío donde las piezas actúan como cátodo y los gases ionizados por alto voltaje producen una descarga luminiscente.

Medio ideal de temple

Aquel en el que la superficie de la pieza adquiere instantáneamente la temperatura del medio de enfriamiento.

Dureza de la Martensita

Propiedad mecánica que es función directa del contenido de carbono ($\% C$) presente en la aleación.

Influencia de aleantes en la curva TTT

La adición de aleantes como Mn, Cr o Mo desplaza la curva de las S hacia la derecha, disminuyendo la velocidad crítica de temple.