Diagrama Fe-C. Tratamientos Térmicos en los aceros.

1. Obtención del hierro y  su uso industrial:

El hierro es el cuarto  metal de transición mas abundante en la corteza terrestres, representando un 5%. Es un metal maleable de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas. Se encuentra en la naturaleza formando parte de numerosos minerales, entre ellos muchos óxidos y raramente se encuentra libre por ello se le someten a unos procesos de eliminación de óxidos con carbono y a un refinado para quitarle las impurezas.

Para conseguir este metal lo primero que hay que hacer es extraerlo de una mina, que suele ser subterránea, aunque actualmente también se saca de minal a cielo abierto. Después de esto, se transporta hasta la fabrica donde se mete a los altos hornos para que se haga el refinado y demás.

El hierro comercial contiene invariablemente pequeñas cantidades de carbono y otras impurezas que alteran sus propiedades. La mayor parte del hierro se utilizas en formas sometidas a un tratamiento especial, como el hierro forjado, el hierro fundido y el acero. Comercialmente, el hierro puro  se utiliza para obtener laminas metálicas galvanizadas y electro imanes.

Aqui como funciona un alto horno, donde se introduce el hierro.

    2. Producción de acero:

Se denomina acero a la aleación de hierro, carbono y otros elementos.

El acero se elabora primordialmente por la transformación del hierro fundido en forma de arrabio. La transformación del arrabio en acero se reduce a la extracción de las cantidades sobrantes de carbono, silicio, manganeso y las impurezas nocivas que contiene.

Para la transformación del arrabio a acero se utilizan dos métodos:

• Método de los convertidores.
• Uso de altos hornos.

Los convertidores: El método de los convertidores para la obtención del acero consiste en que a través del hierro fundido liquido cargado al convertidor, se inyecta aire, que burbujea dentro de la masa fundida y cuyo oxigeno oxida el carbono y otras impurezas.

Hay dos tipos de convertidores: 

• convertidor con revestimiento ácido.
• convertidor con revestimiento básico.

Con los convertidores hay dos tipos de procedimientos:

• Procedimiento Bessemer
• procedimiento Thomas

Los altos hornos: A diferencia de los convertidores, los hornos de producción de acero son cámaras revestidas con material refractario donde se vierte arrabio en lingotes o liquido y chatarra ferrosa, junto con otros materiales que sirven de fundentes y aportaderos de elementos necesarios para los procesos de oxidación.

En estos hornos no se inyecta aire a la masa de metal fundido como en los convertidores.

Altos hornos

• Hornos de combustible: 

• Hornos Martín.

• Hornos eléctricos:

• Hornos de arco.
• Hornos de inducción.

     3. Clasificación de los aceros por %C:

0.85

     4. Estructuras cristalográficas del acero:

La estructura cristalina es la forma sólida de cómo se ordenan y empaquetan los átomos, moléculas, o iones.

     4. ¿Qué son los constituyentes de los aceros?

  

El acero posee diferentes constituyentes según su temperatura, concretamente, de mayor a menor dureza.

Ferrita: Es una solución sólida de carbono en hierro alfa.

La ferrita es la fase más blanda y dúctil de los aceros. La ferrita también aparece como elemento eutectoide de la perlita formando láminas paralelas separadas por otras láminas de cementita.

Cementita: Es carburo de hierro y contiene 6.67% C.

Es el microconstituyente mas duro y frágil de los aceros 

Perlita: Es el microconstituyente eutectoide formado por capas alternadas de ferrita y cementita. Esta compuesta por 88% de ferrita y el 12% de cementita, tiene el 0,8% C.

La perlita aparece en general en el enfriamiento lento de la austenita y por la transformación isotérmica de la austenita en el rango de 650 a 723ºC. 

Austenita: Es el constituyente mas denso de los aceros y está formado por una solución sólida por inyección de carbono en hierro gamma.

La cantidad de carbono disuelto, varia en 0.8% al 2%. No es estable a temperatura ambiente.

Martensita: Es el constituyente de los aceros templados, está conformado por una solución sólida sobresaturada de carbono y se obtiene por enfriamiento rápido de los aceros.

El contenido de carbono suele variar desde muy poco carbono hasta el 1% de carbono. 

Troostita: Es un agregado muy fino de cementita y ferrita que se produce por un enfriamiento de la austenita con una velocidad de enfriamiento ligeramente inferior a la critica de temple.

Es un constituyente nodular oscuro y aparece generalmente acompañado a la martensita y a la austenita.

Sorbita: Es también un agregado de cementita y ferrita. Se obtiene por enfriamiento de la austenita con una velocidad de enfriamiento bastante inferior a la critica de temple o por transformación isotérmica de la austenita.

Bainita: Es el constituyente que se obtiene en la transformación isotérmica de la austenita cuando la temperatura del baño de enfriamiento es de 250 a 500ºC.

    5. ¿Relación de los constituyentes con los granos de los aceros?

 
    6. ¿Relación de los constituyentes con los cristales de los aceros?


    7. Distintos constituyentes que se forma  en los aceros atendiendo a su %C y enfriamiento lento:


   8. ¿Relación entre tamaño y forma de grano y las características físicas de los aceros.

El tamaño de grano tiene considerable influencia en las propiedades de los metales y aleaciones por eso es de gran interés conocerlo. Así pues, podemos entender que la realización de los diferentes tratamientos térmicos tenga como principal objetivo obtener el tamaño de gramo deseado.

El tamaño de grano tiene un notable efecto en las propiedades mecánicas del metal. Los efectos del crecimiento de grano provocados por el tratamiento térmico son fácilmente predecibles. La temperatura, los elementos aleantes y el tiempo de impregnación térmica afectan el tamaño de grano.
En metales es preferible un tamaño de grano pequeño que uno grande. Los metales de grano pequeño tiene mayor resistencia a la tracción, mayor dureza y se distorsionan menos durante el temple.

    9. Tratamientos térmicos en los aceros. Influencia en las propiedades mecánicas y por tanto en los constituyentes:

El tratamiento térmico en el material es uno de los pasos fundamentales para que pueda alcanzar las propiedades mecánicas para las cuales está creado. Este tipo de procesos consisten en el calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil.

Los tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencia tanto al desgastes como a la tensión. Los principales:

• Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente  elevada y se enfría luego mas o menos rápidamente. 
• Revenido: Solo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad.
• Recocido: Consiste básicamente en un calentamiento hasta la temperatura de austenizacion seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar elasticidad, mientras que disminuye la dureza.
• Normalizado: Tiene por objetivo dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono.

     10. Diagramas de enfriamiento:

Los diagramas tiempo-temperatura-transformación para transformaciones isotérmicas y para transformaciones de enfriamiento continuo se usan para predecir la microestructura y dureza deseadas.