AUSTENITA

Estructura cristalina formada Todos  los aceros se encuentran formados por cristales de austenita  cuando se calienta a temperatura superior a las críticas. Aunque generalmente es  un constituyente inestable, se puede obtener esa estructura a la temperatura ambiente por enfriamiento rápido de aceros de alto contenido en carbono de muy alta aleación. En los aceros austeniticos de alta aleación se presenta formando cristales poliédricos parecidos a los de la ferrita, pero se diferencia de estos por ser sus contornos más rectilíneos y ángulos vivos.

La cantidad de carbono disuelto, varía de 0% a 1,76%, que es la máxima solubilidad de carbono en esta fase a temperaturas de 1130 °C. La austenita no

es estable a latemperatura ambiente pero existen algunos aceros al cromo-níquel denominados austeníticos cuya estructura es austenita a temperatura ambiente. [18]La austenita presenta las siguientes características:

Baja temperatura de fusión. Buena tenacidad. Excelente soldabilidad. No es magnética. Puede contener desde 0 – 1.7% de carbono y es, por lo

tanto, un constituyente de composición variable. 

DIAGRAMA DE HIERRO-CARBONO   Cuando el acero con constitución austenica, se enfría lentamente, la austenita se transforma en distintos productos; así por ejemplo, si el acero es hipoeutectoide la austenita sé transforma inicialmente en ferrita hasta la temperatura eutectoide, a la cual la austenita remanente se transforma en perlita. La micro estructura final será perlita y ferrita proeutectoide en una proporción que depende de la composición y la velocidad de enfriamiento.Si el acero es de composición eutectoide, la austenita se transforma completamente en perlita; si la composición hipereutectoide se obtiene cementita proeutectoide y perlita como producto de la transformación. Cuando la velocidad de enfriamiento aumenta, la morfología de la ferrita y la cementita proeutectoide cambia y la perlita se hace más fina. A una velocidad elevada, los anteriores constituyentes desaparecen súbitamente a una velocidad de

enfriamiento critico, y aparece una estructura nueva más dura que es la martensita.Estos productos, obtenidos por enfriamiento rápido, son meta estables desde un punto de vista termodinámico de gran utilidad para la ingeniería debido a sus propiedades.

La variedad gamma se presenta de 910ºC a 1400ºC. Cristaliza en la estructura FCC.

El cubo de hierro gamma tiene más volumen que el de hierro alfa. El hierro gamma

disuelve fácilmente en carbono, creciendo la solubilidad desde 0.85% a 723ºC hasta

1.76% a 1130ºC para decrecer hasta el 0.12% a 1487ºC. Esta variedad de Fe es

amagnético.

2.3.1.- Austenitización.Se entiende por “austenitizacion del acero” la formacion de la fase austenita, en forma mas omenos homogenea, a partir de la mezcla de las fases ferrita mas cementita; aun si se empiezacon martensita, este constituyente se descompone en ferrita y cementita durante el calentamiento.Del diagrama de equilibrio Fe -Fe3C se puede ver que todas las aleaciones con menos de 2.11%C, recorren durante su enfriamiento, despues de la solidificacion total, la zona homogenea .En este intervalo de tiempo y temperatura, el acero se compone exclusivamente de austenita, porello, todos los constituyentes que se pueden observar a temperatura ambiente con el microscopio,ya sea que se hayan formado en condiciones de equilibrio (enfriamiento muy lento) o bajorazones severas de enfriamiento, se forman entonces a partir de la austenita. De aqui la

importancia del estudio de la transformacion de la austenita.

Transformación isotérmica de la austenita. Diagrama TTT o curva de la “S”Del análisis anteriormente visto, es evidente que el diagrama de equilibrio hierro-carburo de hierro es de poco valor en el estudio de los aceros enfriados bajo

condiciones fuerade equilibrio. Muchos metalurgistas se dieron cuenta de que el tiempo y la temperatura de latransformación de austenita tenían una profunda influencia en los productos y en suspropiedades. En 1930, Davenport y Bain publicaron su obra sobre el estudio de latransformación de austenita a temperatura constante subcrítica. Como la austenita esinestable por debajo de la temperatura crítica inferior A1, es necesario saber cuánto tiemponecesitará para empezar a transformarse a una temperatura subcrítica específica, cuántotiempo precisará para estar completamente formada y cuál será la naturaleza del producto detransformación.Para esto se utilizan los diagramas denominadosde transformación isotérmica, o detransformación-tiempo-temperatura (TTT) o simplemente curvas de la “S”.A continuación sedetalla uno:Los ejes vertical y horizontal representan temperatura y el logaritmo del tiemporespectivamente. Se trazan dos gráficas continuas: la de la izquierda representa el tiemporequerido a una temperatura determinada para el inicio de la transformación y la de laderecha, el fin de la transformación. La línea discontinua corresponde al 50% de latransformación. Estas gráficas se dibujan a partir de una serie de puntos que indican elporcentaje de la transformación frente al logaritmo del tiempo a una temperaturadeterminadaEn estos diagramas la temperatura eutectoide (727ºC) se representa mediante una líneahorizontal; a temperaturas superiores a la eutectoide y para todos los tiempos, existe

sóloaustenita. La transformación austenita-perlita sólo ocurre si se enfría por debajo deleutectoide, donde las curvas indican el tiempo necesario para el inicio y final detransformación para cada temperatura. Las curvas inicio y final son casi paralelas y seaproximan asintóticamente a la línea eutéctica. A la izquierda de la curva de inicio de latransformación sólo existe austenita (inestable), mientras que a la derecha de la curva de finalde transformación, sólo existe perlita. Entre ambas curvas coexisten ambosmicroconstituyentes.

2.4.1.2.- Obtención de un Diagrama TTT y la Importancia de la Forma y del Mecanismo de Transformación. Los diagramas TTT se obtienen utilizando principalmente dos métodos: por metalografía y por dilatometría. En el primer método se utilizan pequeñas probetas de acero, las cuales se austenitizan y se templan en un baño de sal o plomo líquidos a temperatura fija y constante entre A1 y Ms. después de tiempos diferentes, se sacan las probetas del baño y se templan en agua (a temperatura ambiente), de modo que la austenita no transformada aún, se transforme en martensita. De esta forma se puede evaluar metalográficamente el porcentaje de austenita transformada en función de la temperatura y el tiempo. Representando el grado de transformación de la austenita, en una gráfica con escala logarítmica para el tiempo, se obtiene una curva clásica en forma de “S” (véase la figura 2.12 y parte superior de la figura 2.13). El resultado de todas las curvas “S”, para el rango de temperaturas entre A1 y Ms , se representa en un diagrama, el diagrama TTT o diagrama Tiempo - Temperatura – Transformación, figura 2.13. En un diagrama TTT el tiempo se da en una escala logarítmica, mostrándose además: a) Las curvas de inicio y fin de la transformación. b) Las curvas para distintos porcentajes de transformación. c) Línea de formación de los carburos. d) Dos zonas, la perlítica (curva ANB) y la Bainítica (curva BCMs) o rodilla perlítica y rodilla bainítica, respectivamente. e) La zona martensítica, con distintos puntos de transformación.

Curvas Temperatura-Tiempo-Transformación

Mª Esther Meléndez Moure

Se denomina curva TTT al diagrama que relaciona el tiempo y la temperatura requeridos para una transformación isotérmica.

γ estable

γ inestable

Martensita

Bainita

Perlita

γi + B

γi + P

γi + M

Los diagramas TTT son gráficas que representan la temperatura frente al tiempo (normalmente en escala logarítmica).

Son muy útiles para entender las transformaciones de un Acero que se enfría isotérmicamente. Así por ejemplo, en el caso del acero, y más concretamente para la fase Austenita, que es inestable debajo de la temperatura de transformación eutectoide, se necesita saber cuánto tiempo requerirá para empezar a transformarse a una temperatura subcrítica específica, cuánto tiempo precisará para estar completamente trasformada y cuál será la naturaleza del producto de esta transformación.

Se elaboran con el porcentaje de transformación frente al logaritmo de las medidas de tiempo.

En una curva TTT distinguimos:

Por debajo de Ms la evolución es independiente del tiempo, sólo depende de la temperatura, es atérmica.

La nariz perlítica nos da el mínimo tiempo de retardo y nos define la velocidad crítica de temple del acero, que es la mínima velocidad que nos permite alcanzar una estructura 100% Martensítica, sin haber sido sometido a ninguna otra transformación en el enfriamiento.

Llamamos tiempo de retardo o periodo de incubación al tiempo necesario para que comience la transformación isoterma de la austerita, es distinto para cada temperatura.

(1): Curva Inicial de Transformación(2): Curva Final de TransformaciónVCT: Velocidad Crítica de templeMs: Curva Inicial de transformación MartensíticaMf: Curva Final de transformación Martensítica

: Nariz Perlítica

B

α+P

γeγe γ+α

γ+P+α

γ+B

γ+M

M

γiγi

γeγe

γ+M

M

γ+B B

γ+ CF3

γ+P+CF3CF3+P

El diagrama TTT más simple es el del acero al carbono eutectoide, al carbono, ya que no hay constituyentes proeutectoides en la microestructura. Vemos la diferencia entre un diagrama de un Acero Hipoeutectoide y otro Hipereutectoide.

En los diagramas distinguimos tres zonas:

1. La de la izquierda de las curvas, donde la Austenita todavía no ha comenzado a transformarse.

2. La comprendida entre las dos curvas, donde la Austenita está en periodo de transformación.

3. La de la derecha, donde la Austenita se encuentra completamente transformada.

Para obtener estos diagramas, se calienta un conjunto de probetas iguales a la temperatura de austenización, y se mantienen allí hasta que se transforman en austerita. Conseguido esto, se enfrían bruscamente en baños de sales o metal fundido hasta la temperatura deseada, que permanecerá constante mientras dure el ensayo; a intervalos de tiempo determinados se sacan las probetas del baño y se enfrían bruscamente hasta temperatura ambiente. Mediante el examen microscópico de las mismas, se determina la cantidad de austerita transformada en función del tiempo y con ello, el principio y el final de la transformación. Se obtiene así el diagrama que nos da la cantidad de Austenita transformada en función del tiempo, a temperatura constante.

Existen diversos factores que influyen sobre las curvas TTT, desplazando las mismas hacia la derecha o hacia la izquierda en el diagrama, es decir, retardando o adelantando el comienzo de la transformación martensítica, o desplazando hacia arriba o hacia abajo las líneas de principio y fin de la transformación martensítica. Estos factores son, entre otros:

1. El contenido en Carbono de la aleación: a mayor contenido mayor será el desplazamiento hacia la derecha de las curvas inicial y final de transformación; y hacia abajo las isotermas que indican el principio y el fin de la transformación martensítica.

2. Temperatura de Austenización: cuanto mayor sea, mayor será el tamaño de grano, y mayor por tanto el desplazamiento de las curvas hacia la derecha y hacia abajo.

3. Elementos Aleantes: distinguimos entre dos tipos:

a. Ganmágenos: aquellos que se disuelven preferentemente en la Austenita como son el Níquel y el Manganeso, que expanden por tanto el campo de existencia de la Austenita desplazando hacia abajo las isotermas.

b. Alfágenos: se disuelven preferentemente en la fase α (Ferrita), son por ejemplo el Cromo, el Molibdeno, el Vanadio y el Wolframio; y desplazan las isotermas hacia arriba.

c. Carburígenos: son elementos (habitualmente Alfágenos) que tienden a formar carburos. Producen una segunda zona de temperaturas de transformaciones rápidas al nivel de la transformación de la austerita en Bainita.

Todos los elementos de aleación, excepto el cobalto, aumentan los tiempos de transformación isoterma de la austenita.

Existe una fórmula, la “Fórmula de Andrews” que nos da la influencia de los elementos aleantes en la temperatura Ms, en grados Celsius:

Ms(ºC)=500-350(%C)-40(%Mn)-35(%V)-20(%Cr)-17(%Ni)-10(%Cu)-5(%W)+15(%Co)+30(%Al) 1

A partir de estos diagramas podemos determinar el tratamiento bajo el cual debemos someter a un material para obtener la estructura y las propiedades deseadas, y como deben ser los tiempos y las temperaturas de dichos tratamientos.

Además de las curvas TTT, podemos hablar de las curvas TTT de enfriamiento continuo, que no pueden ser deducidas a partir de las anteriores y que presentan unos tiempos mayores debido a que en el caso de enfriamiento continuo se pasa mayor cantidad de tiempo a altas temperaturas, mientras que en el caso isotérmico el material llega instantáneamente a la temperatura de transformación. En estos últimos se indica en la parte inferior una escala de dureza

Usos

1 Según: “Ciencia de Materiales”, Laceras y Carrasquilla. Ed Donostiarra.

Los aceros inoxidables austeníticos constituyen la familia con el mayor número de aleaciones disponibles, integra las series 200 y 300 AISI. Su popularidad se debe a su excelente formabilidad y superior resistencia a la corrosión. Sus características son las siguientes: Excelente resistencia a la corrosión Endurecidos por trabajo en frío y no por tratamiento térmico Excelente soldabilidad Excelente factor de higiene y limpieza Formado sencillo y de fácil transformación Tienen la habilidad de ser funcionales en temperaturas extremas Son no magnéticos Los Austeníticos se obtienen adicionando elementos formadores de austenita, tales como níquel, manganeso y nitrógeno. El contenido de cromo generalmente varía del 16 al 26% y su contenido de carbono es del rango de 0.03 al 0.08%. El cromo proporciona una resistencia a la oxidación en temperaturas aproximadas de 650º C en una variedad de ambientes. Esta familia se divide en dos categorías: SERIE 300 AISI.- Aleaciones cromo-níquel SERIE 200 AISI.- Aleaciones cromo-manganeso-nitrógeno SERIE 300 AISI Es la más extensa, mantiene alto contenido de níquel y hasta 2% de manganeso. También puede contener molibdeno, cobre, silicio, aluminio, titanio y niobio, elementos que son adicionados para conferir ciertas características. En ciertos tipos se usa azufre o selenio para mejorar su habilidad de ser maquinados. SERIE 200 AISI SERIE Contiene menor cantidad de níquel. El contenido de manganeso es de 5 a 20%. La adición de nitrógeno incrementa la resistencia mecánica.

301.- Menor resistencia a la corrosión que otros aceros de la serie 300. Puede ser fácilmente formado y ofrece buenas propiedades de soldabilidad. Utilizado en partes de aviones, adornos arquitectónicos, cajas de ferrocarril y de trailer, cubiertas de rines, equipos para procesamiento de alimentos. 303.- Especial para propósitos de maquinado, buena resistencia a la oxidación en - ambientes de hasta 900º C. Se emplea para cortes pesados. Se usa para la fabricación de partes para bombas, bushings, partes maquinadas y flechas. 304.- Todo propósito, tiene propiedades adecuadas para gran cantidad de aplicaciones. Se recomienda para construcciones ligeras soldadas que requieran buena resistencia a la corrosión. Tiene buen desempeño en temperaturas elevadas (800 a 900º C) y buenas propiedades mecánicas. Es recomendable cuando se requiera soldar altos espesores de material. Algunas aplicaciones son equipo químico de proceso, accesorios para aviones, remaches, equipo para hospitales, etc. 309.- Poseen alta resistencia mecánica, tenacidad y excelente resistencia a la oxidación en temperaturas de hasta 1000º C. Calentadores de aire, equipo químico de proceso, partes de quemadores de turbinas de gas e intercambiadores de calor son algunas de las aplicaciones más comunes fabricadas con este tipo de acero. 310.- Es frecuentemente usado en servicios de alta temperatura. Se utiliza para - fabricar calentadores de aire, equipo para tratamiento térmico de aceros, equipo químico de procesos, etc. La información aquí plasmada se proporciona al destinatario con fines exclusivamente informativos, el presente documento no implicará responsabilidad u obligación alguna por parte del publicador 316.- Resistente a la corrosión frente a diversos químicos agresivos, ácidos y atmósfera salina. Se utiliza para adornos arquitectónicos, equipo para el procesamiento de alimentos, farmacéutico, fotográfico, textil, etc. 321.- Es similar al

304, pero contiene una adición de titanio equivalente a cinco veces el contenido de carbono. Las principales aplicaciones de este acero son recipientes a presión y almacenamiento, partes de motores de jet, equipo químico de proceso, etc.