Diagrama TTT y su Influencia en la Microestructura del Acero

El diagrama TTT (Temperatura-Tiempo-Transformación) para un acero eutectoide revela diversas estructuras microscópicas dependiendo de la velocidad de enfriamiento. En un enfriamiento lento, con el que se alcanzan condiciones cercanas a las del equilibrio, la formación de perlita predomina, presentando una estructura de perlita gruesa. Con velocidades de enfriamiento moderadas, puede generarse perlita y bainita en condiciones lejos del equilibrio. Y para terminar, en un enfriamiento a velocidad muy alta no se produce la transformación eutectoide, la austenita se transforma directamente en martensita. La velocidad de enfriamiento influye en la nucleación y crecimiento de estas fases, determinando la microestructura final del acero.

Temple Superficial: Métodos y Aplicaciones

El temple superficial tiene como objetivo modificar la estructura superficial de las piezas mediante calentamientos casi instantáneos, locales y selectivos, seguidos de un enfriamiento rápido. Consiguiendo así una superficie dura de estructura martensítica, pero sin alterar el núcleo de la pieza. Existen dos tipos de temple superficial en función del método de calentamiento:

• Temple a la llama o flameado: se calienta la capa superficial de la pieza con un soplete de llama oxiacetilénica y, tras alcanzar la temperatura de temple, se enfría la misma con un chorro de agua fría. Suele ser apropiado para aceros con carbono menor que el 0,35%.
• Temple por inducción: se calienta la capa superficial del metal con una bobina (efecto Joule), por la que circula corriente alterna, colocando el trozo de metal en el interior de la bobina.

Cementación: Proceso y Tipos

La cementación es un tratamiento termoquímico que incrementa el contenido de carbono en la superficie de materiales ferrosos como el acero. Este proceso mejora la dureza y resistencia al desgaste. Para este proceso se deben tener en cuenta factores como la temperatura, el tiempo, la presencia de agentes de cementación o si el acero sobre el que se aplica el tratamiento es bajo en carbono (favoreciendo así a la difusión). La cementación puede ser:

• Sólida o en cajas: si el cementante utilizado es una mezcla de sustancias en forma de polvo. En este caso las piezas se colocan en cajas, se cubren con los gránulos de cementante, y se introducen en el horno, donde se calentarán de forma lenta hasta la temperatura de cementación (900-930ºC).
• Líquida: donde el calentamiento y cementación de las piezas tiene lugar en un baño a base de sales de cianuro (de sodio o de potasio).
• Gaseosa: el más empleado en la actualidad, por el control que ofrece sobre las condiciones de cementación, ajustando únicamente la composición de la mezcla de hidrocarburos.

Nitruración: Ventajas y Consideraciones

La nitruración es un tratamiento termoquímico que enriquece la superficie de las piezas con nitrógeno, realizado mediante calentamiento en una atmósfera de gas amoníaco o en un baño de sales a temperaturas entre 500-580 ºC. Este proceso forma una capa superficial rica en nitruros, proporcionando una dureza superior y mayor resistencia a la corrosión y fatiga en comparación con la cementación. Algunas ventajas que tiene a diferencia de la cementación serían: la nitruración no requiere tratamientos térmicos posteriores, evita deformaciones, mantiene el tamaño de grano y permite el aislamiento de zonas específicas. Sin embargo, debe tenerse en cuenta la posibilidad de fragilidad Krupp o revenidos altos, mitigados mediante el uso de aceros aleados con Mo.

Tratamientos Mecánicos: En Frío y En Caliente

Los tratamientos mecánicos son aquellos procesos en los que mediante la acción conjunta de energía mecánica y térmica se producen deformaciones permanentes en el metal. Estos tratamientos pueden hacerse:

• En frío: obteniendo así un material con una mejora en dureza y en los límites elásticos y de fluencia. No obstante, cabe destacar que en aquellas piezas sobre las que se emplea este tratamiento, pueden quedar tensiones internas que pueden producir deformaciones, y además este tratamiento no posibilita que se suelden las cavidades internas existentes en la pieza.
• En caliente: que permiten realizar las mismas deformaciones que trabajando en frío, pero con menos esfuerzo. Además, los materiales tratados de esta manera presentan un grano más fino y tienden a ser más dúctiles y blandos. Por añadido, se crea una película.

Fundición Blanca: Características y Usos

La fundición blanca es un tipo de fundición de hierro con una alta concentración de carbono en forma de cementita, lo que la hace extremadamente dura y frágil, dificultando su mecanización. Tiene bajos niveles de carbono y bajo contenido de silicio, evitando así la formación de grafito. Esta fundición se enfría rápidamente para evitar la presencia de grafito y se utiliza en aplicaciones que requieren alta resistencia al desgaste y abrasión. Su microestructura muestra zonas blancas de cementita y zonas oscuras de perlita, y su baja tenacidad se refleja en una fractura cristalina y brillante.

Fundición Gris: Propiedades y Aplicaciones

La fundición gris se caracteriza por tener un alto contenido de carbono y silicio. Se forma cuando el carbono de la aleación se encuentra en una cantidad superior a la que puede disolverse en la austenita, y el carbono se presenta en forma de hojuelas de grafito, otorgando a la superficie una coloración gris mate al fracturarse. Esta fundición es común debido a su bajo costo, facilidad de mecanizado, buena resistencia al desgaste y compresión, y capacidad para amortiguar vibraciones. Sin embargo, es frágil y tiene una resistencia limitada a las fuerzas de tracción. Sus características mecánicas, principalmente la dureza de la fundición, dependerán del contenido en perlita de la matriz. Dicha fundición se utiliza en aplicaciones que experimentan fuertes vibraciones, como bloques de motor y bancadas de máquinas.

Fundición Dúctil: Ventajas y Usos

La fundición dúctil combina las ventajas del hierro fundido y el acero. En este tipo de fundición, el grafito tiene una forma esférica y distribución uniforme, a diferencia de la fundición gris. Se logra añadiendo magnesio y/o cerio a la fundición gris en estado líquido. Las propiedades y microestructura de la matriz dependerá en gran medida de la velocidad de enfriamiento. La fundición dúctil ofrece maquinabilidad, moldeabilidad y resistencia al desgaste similares a la fundición gris, pero también posee propiedades de acero, como alta resistencia, tenacidad, ductilidad y templabilidad. Se utiliza en la fabricación de componentes automotrices como cigüeñales, pistones, válvulas, engranajes y bombas.

Maduración: Natural y Artificial

La maduración es la tercera etapa del tratamiento de bonificado que consiste en una evolución estructural consecutiva al temple y que se denomina maduración o envejecimiento.

• Maduración natural: Ocurre a temperaturas ambiente después del temple. La velocidad de maduración depende de la temperatura, y la aleación pasa por períodos de incubación, aceleración y desaceleración. La maduración natural se observa comúnmente en aleaciones de aluminio bonificables.
• Maduración artificial: Se realiza a temperaturas netamente superiores al ambiente, entre 100ºC y 200ºC. Los efectos del proceso de precipitación son acelerados y acentuados por el calentamiento después del temple. La maduración artificial permite obtener diversas características mecánicas según la temperatura y el tiempo del tratamiento.

Diferencias entre las Series de Aluminio 5000 y 6000

La diferencia entre las series de aluminio 5000 y 6000 radica en los elementos principales de aleación. La serie 5000 tiene principalmente magnesio (Mg), mientras que la serie 6000 tiene magnesio (Mg) y silicio (Si).

Características y aplicaciones:

• Serie 5000: Contiene Mg como elemento principal. Son más ligeras que el aluminio puro y más duras y resistentes a la tracción. Mejoran la resistencia a la corrosión. Se utilizan en la industria del transporte naval y terrestre en forma de chapas.
• Serie 6000: Contiene Mg y Si como elementos principales. Forman el compuesto Mg2Si, que endurece el material.

Aleaciones de Titanio: Tipos y Propiedades

• Aleaciones de Ti α: No son forjables debido a su escasa plasticidad, pero son resistentes a la oxidación en caliente. Se endurecen por solución sólida.
• Aleaciones de Ti β: Deformables en frío, con estructura cristalina BCC que permite un endurecimiento mayor. Más caras, sueldan mal y se fragilizan con el calentamiento por precipitación de titanuros. A pesar de ello, son las aleaciones que más se están desarrollando en los últimos años, por su buen compromiso entre las diferentes propiedades mecánicas y la gran versatilidad de uso, tanto en chapas como en piezas de gran espesor.
• Aleaciones de Ti α + β: Composición en la región de las dos fases, eliminan problemas de baja resistencia en frío y fragilidad. Pueden tratarse térmicamente para obtener altas resistencias.

Bronces: Características y Diagrama de Fases Cu-Sn

Los bronces son aleaciones de cobre y estaño, aunque también pueden contener otros elementos. Algunas características destacadas de los bronces son:

• Principal elemento de aleación: Estaño, con contenidos que varían generalmente entre el 1 % y el 20 %.
• Propiedades mecánicas: Tienen resistencias mecánicas y a la corrosión más elevadas que los latones. Su resistencia las hace adecuadas para diversas aplicaciones.
• Diagrama de fases Cu-Sn: El diagrama de fases del sistema cobre-estaño presenta varias fases sólidas, y la adición de terceros elementos de aleación puede dar lugar a diversas familias de bronces.

Cuproaluminios: Ventajas y Aplicaciones

Ventajas de los cuproaluminios:

• Resistencia mecánica más alta que los bronces.
• Precio inferior en comparación con los bronces.
• Excelente resistencia a la corrosión.
• Fácilmente mecanizables.
• Buena soldabilidad.
• Sustitución de materiales: Pueden sustituir a los bronces y, en algunos casos, a los aceros con contenidos medios en carbono. Ofrecen resistencia a la corrosión mucho más elevada, especialmente en agua de mar.

Posibles utilizaciones:

• Álabes de turbinas para centrales mareomotrices.
• Rotores de bombas.
• Engranajes y tornillos sin fin sometidos a grandes cargas, choques, abrasión y con engrase insuficiente.

Superaleaciones: Tipos y Características

• Superaleaciones de base hierro: Fueron las primeras obtenidas y derivan de los aceros inoxidables austeníticos a los que se añaden elementos tales como molibdeno, wolframio, vanadio, niobio. Resisten temperaturas entre 600 y 800ºC.
• Superaleaciones de base níquel: Contienen entre un 50 % y un 80 % de níquel. Ofrecen resistencia a la oxidación y corrosión hasta 1200ºC.
• Superaleaciones de base cobalto: Resisten bien hasta 1150ºC, manteniendo resistencia a la tracción, oxidación y corrosión. Menos resistencia mecánica que las de níquel. Tienen buena resistencia al choque.