Acero al carbono

El propósito del tratamiento térmico del acero al carbono es cambiar las propiedades mecánicas del acero, generalmente ductilidad, dureza, límite elástico o resistencia al impacto. Tenga en cuenta que la conductividad eléctrica y térmica solo se alteran ligeramente. Al igual que con la mayoría de las técnicas de fortalecimiento para el acero, el módulo de Young (elasticidad) no se ve afectado., Todos los tratamientos de ductilidad de comercio de acero para una mayor resistencia y viceversa. El hierro tiene una mayor solubilidad para el carbono en la fase austenítica; por lo tanto, todos los tratamientos térmicos, excepto la esferoidización y el recocido de proceso, comienzan calentando el acero a una temperatura a la que puede existir la fase austenítica. El acero se apaga (calor extraído) a una velocidad moderada a baja, lo que permite que el carbono se difunda fuera de la austenita formando carburo de hierro (cementita) y dejando ferrita, o a una velocidad alta, atrapando el carbono dentro del hierro formando así martensita., La velocidad a la que el acero se enfría a través de la temperatura eutectoide (aproximadamente 727 °C) afecta la velocidad a la que el carbono se difunde de la austenita y forma cementita. En términos generales, el enfriamiento rápidamente dejará carburo de hierro finamente dispersado y producirá una perlita de grano fino y el enfriamiento lentamente dará una perlita más gruesa. El enfriamiento de un acero hipoeutectoide (menos de 0,77% en peso C) da como resultado una estructura lamelar-perlítica de capas de carburo de hierro con α-ferrita (hierro casi puro) entre ellas. Si es acero hipereutectoide (más de 0.,77% en peso C) entonces la estructura es perlita completa con granos pequeños (más grandes que la lámina de perlita) de cementita formada en los límites del grano. Un acero eutectoide (0,77% de carbono) tendrá una estructura de perlita en todos los granos sin cementita en los límites. Las cantidades relativas de componentes se encuentran usando la regla de palanca. La siguiente es una lista de los tipos de tratamientos térmicos posibles:

esferoidización la Esferoidita se forma cuando el acero al carbono se calienta a aproximadamente 700 °C durante más de 30 horas., La esferoidita se puede formar a temperaturas más bajas, pero el tiempo necesario aumenta drásticamente, ya que este es un proceso controlado por difusión. El resultado es una estructura de varillas o esferas de cementita dentro de la estructura primaria(ferrita o perlita, dependiendo de qué lado del eutectoide se encuentre). El propósito es suavizar los aceros al carbono más altos y permitir una mayor conformabilidad. Esta es la forma más suave y dúctil de acero. El acero al carbono de recocido completo se calienta a aproximadamente 40 °C Por encima de Ac3? o Acm?, durante 1 hora; esto asegura que toda la ferrita se transforma en austenita (aunque la cementita podría existir todavía si el contenido de carbono es mayor que el eutectoide). El acero debe enfriarse lentamente, a una temperatura de 20 ° C (36 ° F) por hora. Por lo general, solo se enfría el horno, donde el horno se apaga con el acero todavía en el interior. Esto resulta en una estructura perlítica gruesa, lo que significa que las «bandas» de perlita son gruesas. El acero completamente recocido es suave y dúctil, sin tensiones internas, lo que a menudo es necesario para una formación rentable. Solo el acero esferoidizado es más suave y dúctil., Proceso de recocido un proceso utilizado para aliviar el estrés en un acero al carbono trabajado en frío con menos de 0.3% C. El acero generalmente se calienta a 550-650 °C durante 1 hora, pero a veces temperaturas tan altas como 700 °C. La imagen hacia la derecha muestra el área donde se produce el recocido del proceso. Recocido isotérmico es un proceso en el que el acero hipoeutectoide se calienta por encima de la temperatura crítica superior. Esta temperatura se mantiene durante un tiempo y luego se reduce por debajo de la temperatura crítica más baja y se mantiene nuevamente. Luego se enfría a temperatura ambiente. Este método elimina cualquier gradiente de temperatura., La normalización del acero al carbono se calienta a aproximadamente 55 ° C Por encima de Ac3 o Acm durante 1 hora; esto garantiza que el acero se transforme completamente en austenita. El acero es entonces enfriado por aire, que es una velocidad de enfriamiento de aproximadamente 38 °C (100 °F) por minuto. Esto resulta en una estructura perlítica fina, y una estructura más uniforme. El acero normalizado tiene una resistencia más alta que el acero recocido; tiene una resistencia y dureza relativamente altas. El acero al carbono de enfriamiento con al menos 0.4% en peso C se calienta a temperaturas de Normalización y luego se enfría rápidamente (se apaga) en agua, salmuera o aceite a la temperatura crítica., La temperatura crítica depende del contenido de carbono, pero como regla general es menor a medida que aumenta el contenido de carbono. Esto resulta en una estructura martensítica; una forma de acero que posee un contenido de carbono supersaturado en una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo deformada (BCC), propiamente llamada tetragonal centrada en el cuerpo (BCT), con mucho estrés interno. Por lo tanto, el acero templado es extremadamente duro pero frágil, generalmente demasiado frágil para fines prácticos. Estas tensiones internas pueden causar grietas de tensión en la superficie., El acero templado es aproximadamente tres veces más duro (cuatro con más carbono) que el acero normalizado. Martempering (marquenching) Martempering no es en realidad un procedimiento de templado, de ahí el término marquenching. Es una forma de tratamiento térmico isotérmico aplicado después de un enfriamiento inicial, típicamente en un baño de sal fundida, a una temperatura justo por encima de la»temperatura de inicio de martensita». A esta temperatura, se alivian las tensiones residuales dentro del material y se puede formar algo de bainita a partir de la austenita retenida que no tuvo tiempo de transformarse en nada más., En la industria, este es un proceso utilizado para controlar la ductilidad y dureza de un material. Con marquenching más largo, la ductilidad aumenta con una pérdida mínima de resistencia; el acero se mantiene en esta solución hasta que las temperaturas internas y externas de la pieza se igualan. Luego, el acero se enfría a una velocidad moderada para mantener el gradiente de temperatura mínimo. Este proceso no solo reduce las tensiones internas y las grietas por tensión, sino que también aumenta la resistencia al impacto., Revenido este es el tratamiento térmico más común encontrado, porque las propiedades finales se pueden determinar con precisión por la temperatura y el tiempo del revenido. El revenido implica recalentar el acero templado a una temperatura inferior a la temperatura eutectoide y luego enfriarlo. La temperatura elevada permite que se formen cantidades muy pequeñas de esferoidita, lo que restaura la ductilidad, pero reduce la dureza. Las temperaturas y los tiempos reales se eligen cuidadosamente para cada composición., Austempering el proceso de austempering es el mismo que martempering, excepto que el enfriamiento se interrumpe y el acero se mantiene en el baño de sal fundida a temperaturas entre 205 °C y 540 °C, y luego se enfría a una velocidad moderada. El acero resultante, llamado bainita, produce una microestructura acicular en el acero que tiene una gran resistencia (pero menor que la martensita), mayor ductilidad, mayor resistencia al impacto y menos distorsión que el acero de martensita. La desventaja de austempering es que se puede utilizar solo en unos pocos aceros, y requiere un baño de sal especial.