Constituyentes Microscópicos de Los Aceros

CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DE LOS ACEROS

La metalografía tiene por objeto el estudio de la estructura de los metales.  Aceros recocidos Si calentamos un trozo de acero de 0.35% de C a 900° y lo dejamos enfriar lentamente dentro del horno, y luego lo pulimos y atacamos en una solución alcohólica de ácido nítrico al 3% durante diez segundos podremos ver con el microscopio una estructura formada por cristales blancos y negros. Los cristales blancos son de ferrita y los negros de perlita. La ferrita, perlita y cementita son los constituyentes característicos de aceros recocidos, se aprecian con gran claridad en el examen microscópico. Ferrita La ferrita es hierro alfa que puede contener en solución pequeñas cantidades de silicio, fosforo y otras impurezas. Es el más blando de todos los constituyentes del acero, muy dúctil y maleable magnética y de pequeña fuerza coercitiva. Los reactivos habituales ácido nítrico al 1,3 y 5 % ácido pícrico y reactivo de benedicks no la colorean, destacando únicamente en los aceros de muy bajo porcentaje de carbono, la unión de los granos en forma de líneas negras , de contornos suaves e irregulares .Un ataque prolongado sombrea ligeramente a los cristales poniendo en evidencia su orientación. A menudo las impurezas dan también lugar a desigual coloración de los cristales. Cementita La cementita es carburo de hierro, contiene 6.67% de C y 93.33% de hierro. Es el constituyente más duro y frágil de los aceros al carbono, su dureza es superior a 68 Rockwell-C y cristaliza formando un paralelepípedo ortorrómbico. No es coloreada por los reactivos usados, corrientemente, apareciendo de una color blanco brillante siempre que se ataca el acero con reactivos ´ácidos .Solo la colorean el picrato sódico en caliente y los ataques oxidantes al aire. La ferrita y cementita quedan blancas después del ataque con ácidos , se pueden diferenciar una de troa atacando el acero con pricato sódico en caliente que colorea de obscuro a la cementita , dejando blanca a la ferrita . Perlita Es un constituyente eutectoide formado por capas alternadas de hierro alfa y carburo de hierro o lo que es lo mismo de ferrita y cementita .Es de composición química constante y definida y contiene aproximadamente sis partes de hierro y una de carburo que corresponde a 13.5% de carburo de hierro , 86.5% de Fe a 0.9% de C y 99.1% de Fe. Tiene una resistencia de 86.5 Km/    y un alargamiento de 15% aproximadamente.

La perlita aparece en general en el enfriamiento lento de la austenita o por transformación isotérmica de la austenita en la zona de los 650° a los 725° . La perlita que se colorea oscuro con todos los reactivos ácidos, nital , picral ,etc., se obscurece más raídamente que la martensita pero queda mas clara que troostita y la sorbita.  Aceros templados  Al calentar un acero de 1.10% de C a 1000° , o sea por encima del punto critico    , se modifica la estructura cristalina que tenía la temperatura ambiente ,quedando el acero formado a esa temperatura por cristales de austenita. Si la barra de acero es de 3cm de lado en la sección transversal pulida y atacada aparecerán de la periferia al centro los constituyentes típicos de los aceros templados que son: austenita, martensita,troostita y sorbita. Cuando se examinan al microscopio los aceros templados o templados y revenidos a temperaturas a adecuadas suele ser difícil interpretar su estructura, porque los constituyentes son muy finos y difusos.  Austenita Es una solución solida de carbono o carburo de hierro en hierro gamma .Puede contener desde 0 hasta 1.7% de C y es por lo tanto un constituyente de composición variable .Todos los aceros se encuentra formados por cristales de austenita cuando se calientan a temperaturas superior a las críticas .A un que generalmente es un constituyente instable , se puede obtener esa estructura a temperatura ambiente por enfriamiento rápido de aceros con alto contenido en C o de muy alta aleación. En los aceros austeniticos de alta aleación se presenta formando cristales poliédricos parecidos a los de ferrita pero se diferencia de estos por sus contornos más rectilíneos y los ángulos más vivos.  Su resistentencia es de 88   , su dureza de 300 brinel y su alargamiento de 30 1 60%.Es poco magnética, blanda muy dúctil y tenaz. Es el constituyen más denso de los aceros.  Aparece en cantidades muy pequeñas casi siempre mezclada con la martensita en los aceros muy aleados, enfriados más rápidamente desde alta temperatura, siendo el constituyente fundamental de los aceros cromo-níquel austeniticos . Martensita Es el constituyente típico de los aceros templados. Está formada por una solución solida sobresaturada de carbono o carburo de hierro en hiero alfa , y se obtiene por enfriamiento rápido de los aceros desde alta temperatura ,Su contenido en carbono suele variar generalmente desde pequeñas trazas desde 1% de C y algunas veces en los aceros hipereutectoides aun suele ser más elevado.

Sus propiedades físicas varían con su composición aumentando su dureza, resistencia y fragilidad con el contenido de C, hasta un máximo para C=90% aproximadamente, después de los carburos y de la cementita , es el constituyente  más duro de los aceros .Tiene una resistencia de 170 a 25088  .Una dureza de 50 a 68 Rockwell-C y un alargamiento de 2.5 a 0.5% .Es magnética. La martensita cristaliza en el sistema tetragonal, estando formada su retícula elemental por un paralelepípedo de difiere muy poco del cubo de cuerpo centrado del hierro alfa. Troostita Es un agregado extremadamente fino de cementita y de hierro alfa. Se produce por enfriamiento de la austenita a velocidad ligeramente inferior a la crítica de temple, o por transformación isotérmica de la austenita a temperaturas de 500° a 600° según sea la composición .Aparece en los aceros enfriados desde el estado austenítico a velocidades ligeramente inferiores a las del temple y en el corazón de grandes piezas templadas en agua y de otras pequeñas templadas en aceite. Sus propiedades físicas son intermedias entre la martensita y la sorbita. Es magnética. La troostita se obscurece con más intensidad que ningún otro constituyente al ser atacada por cualquiera de las soluciones alcohólicas. Sorbita Es un agregado fino de cementita y hierro alfa .Se obtiene por enfriamiento de la austenita a velocidad bastante inferior a la crítica de temple o por transformación isótermica de la austenita en la zona de 600° a 650°.  Su resistencia es de 88 a 14088    , su dureza de 250 a 400 brinell y su alargamiento es de 10 a 20% .Es el constituyente de máxima resistencia de los aceros. Con pocos aumentos aparece mal definida en forma de manchas difusas, pero con grandes amplificaciones se ve en forma de pequeños gusanillos y a veces como granos blancos muy finos sobre un fondo oscuro.  Aparece muy frecuentemente en la estructura de los aceros hipo e hipereutectoides normalizados o recocidos. Bainita Este constituyente esta formado en la isoterma de transformación de la austenita, cuando la temperatura del baño de enfriamiento es de 250° a 600°. Se diferencia dos tipos de vainita , superior e inferior .La superior es de aspecto ab¿rborescente formada de 500 a 550° que difiere bastante de la bainita inferior formada a mas baja temperatura la cual se forma de de 250° a 400° y tiene aspecto acicular.

La bainita inferior está formada por una matriz ferrítica conteniendo carburos y la bainita inferior por agujas alargadas de ferrita que contiene delgadas placas de carburos. Carburos Son cuerpos muy duros que se forman al combinarse algunos elementos especiales con el carbono. Se pueden considerar tres clases diferentes. 1.-Los carburos simples están formados por un elemento especial rombinado con el carbono. 2.-Los carburos dobles de un elemento especial y hierro 3.-Los carburos constituidos por mezclas isomorfas de un carburo simple con el carbono de hierro. Una de las propiedades más importantes de los aceros con carburos es la facultad que poseen de conservar su dureza cuando son calentados a temperaturas relativamente elevadas. Los carburos aparecen en forma de granos o glóbulos de color blanco brillante, parecidos a la cementita globular. Distribución y efecto de los elementos aleados Los diferentes elementos aleados se pueden encontrar en los aceros recocidos en algunas de las siguientes formas. 1.- Disueltos en la ferrita: Ciertos elementos se disuelven e el hierro alfa o ferrita. 2.- Combinados en el carbono: Hay elementos que tienen tendencia a formar con el carbono carburos simples o complejos que son cuerpos muy duros que hacen a los aceros muy resistentes al desgaste. 3.- Combinados con otros elementos: Formando inclusiones no metálicas. 4.- Dispersos: Formando cuerpos raros. Inclusiones no metálicas Son elementos extraños a la matriz metálica que aparecen en los aceros. Se pueden clasificar en los siguientes grupos: Sulfuros, óxidos y silicatos. Sulfuros: El más importante es el sulfuro de manganeso. Óxidos: El óxido que más se presenta en los aceros es la alúmina. Silicatos: Son inclusiones muy peligrosas porque son las que más reducen las características de los aceros.  Ataque de las probetas Para estudiar con el microscopio la estructura de los aceros hay que destacar su microestructura. Los reactivos de ataque más empleados para descubrir la estructura microscópica de los aceros son las soluciones alcohólicas de los ácidos nítrico y pícrico. Picral 4

1.- Muestra los máximos detalles en la perlita, martensita,bainita,martensita revenida y cementita globular. 2.- Destaca la presencia de carburos sin disolver en la martensita. 3.- Es muy indicado para diferenciar la ferrita, martensita y las masas de carburo. 4.- Conviene utilizarlo para diferenciar la bainita de la perlita fina. 5.- Descubre las partículas de carburo en los envolventes de los cristales de los aceros bajos en carbono. Nital 1, 2, 3,4 y 5 1.- Se utiliza para observar los cristales de ferrita en la reticulas de los aceros bajos en carbono. 2.- Producen el máximo contraste entre la perlita y los constituyentes proeutectoides cemetita y ferrita. 3.- Suelen utilizarse para observar los envolventes de los cristales en los aceros de 4% de silicio. 4.- Deben emplearse para los aceros al cromo , para cojinetes de bolas y aceros de baja aleación que resisten la acción del picral. 5.- Para destaca los cristales de ferrita en las estructuras martensiticas en las que aparece algo de ferrita. La duración del ataque debe variar según la estructura que se va estudiar.