Diagrama Fe-C

Bueeeno, bueeeno, bueeeno, hoy toca inspirarse, estamos hablando de una doña entrada, así como el patrón de las entradas, 'El papá de Pablito'.

El acero es un material muy querido y necesario en nuestro mundo, casi tanto como los materiales sintéticos obtenidos mediante fenómenos de polimerización o multiplicación semi-natural de los átomos de carbono en las largas cadenas de moleculares de compuestos orgánicos derivados del petroleo o llamados también plásticos.

Empecé gracioso pero me da 'ilu' hacer la primera entrada del año.

Sigamos. 
En este caso vamos a tratar los siguientes temas:

  - Obtención del Hierro y su uso industrial.

  - Producción del acero.

  - Clasificación de los aceros por %C.

  - Estructuras cristalográficas del acero.

  - ¿Que son los constituyentes de los aceros?
  
  - ¿Relación de los constituyentes con los granos de los aceros?

  - ¿Relación de los constituyentes con los cristales de los aceros?

  - Distintos constituyentes que se forman en los aceros atendiendo a su %C y enfriamiento lento.

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

  - Tratamientos térmicos en los aceros. Influencias en las propiedades mecánicas por tanto en los constituyente.

  - Diagramas de enfriamiento (curvas de s)

Obtención del hierro y su uso industria

Es uno de los 5 materiales mas abundantes en este planeta, con solo esto da mucho para hablar.

La obtención se basa en conseguir materia prima como óxidos de hierro o moléculas en la que el hierro este involucrado además de recuperar el acero de la chatarra.

 Estos materiales se introducen en el conocido Horno alto donde con temperaturas de hasta 2000ºC funde y descompone las moléculas separando el resultado en dos grupos, escoria que al ser menos denso flota por encima de el arrabio que este se encuentra en la parte inferior del horno y sera el aprovechado en la industria.

No se podría hablar de Fe en su totalidad, puesto que es muy difícil conseguirlo ya que al utilizar una fuente de calor proveniente de una combustión, el hierro absorbe las moléculas de carbono del CO₂ o del CO, creando en si Acero.

Con todo esto el 'hierro' en su mayor parte es utilizado en la industria para aleaciones ya que un hierro con un muy alto grado de pureza no suele ser aprovechable ya que no posee ciertas características.

Producción del acero

En nuestro mundo de la automoción se trabaja con Acero casi casi casi en su totalidad, pero ¿De donde viene todo este material?

El hierro fundido se le somete a un proceso donde se reduce el contenido de carbono producido en la obtención del hierro. Además de esto se le retiran impurezas o se añaden ciertos materiales para conseguir mejores características en el material, aunque esta última parte es mas común cuando se quiere conseguir para algo mucho mas especifico, chapa, puertas, verjas.. etc.

Al horno alto se le introduce el hierro con carbón de coque que ademas de servir como combustible ayuda a separar el hierro de las impurezas (gangas). Ya con el resto de que es hierro con un % de carbono bajo, se le pasa a malear o a trefilar.

Clasificación de los aceros por %C

Cuando se quiere crear acero se tiene en cuenta su nivel de carbono ya que a mas carbono mas duro. 

Vamos a pedir prestada la pequeña gráfica de nuestro profe para explicarlo. Si queréis ver la procedencia pinchar en la imagen.

Vamos a valorarlo por debajo de la linea de los 723-727ºC, desde 0ºC hasta aquí se considera que el acero no sufre cambios en su estructura molecular. Mirando la gráfica podemos apreciar los cambios del material y hay que destacar algún porcentaje. 
De 0 a 0.25% la ferrita es utilizada para vehículos, tuberías, etc... Desde el 0.25 hasta el 0.6% son mas resistentes aunque menos dúctiles, se emplea en nuestro mundillo a piezas de motor o estructurales. Desde 0.6 a 1.4% se alean para conseguir aceros adecuados para herramientas, por ejemplo. 
Justo antes de llegar al 1.76 se denominan aceros. El 1.76% que suele variar según las ediciones ya que hay veces que se presenta como 2.11%, es el punto donde se dice que el acero es muy resistente pero muy difícil de conformar ya que presenta mas tenacidad se llama fundición. Si llegamos al 6.67% el acero pierde características que lo hace inútil para su uso siendo demasiado duro y por tanto, frágil, es llamado grafito.

Estructuras cristalográficas del acero

Conocida de una forma muy simple como el estudio de la geometría de las moléculas en los materiales donde en el caso de nuestro queridísimo acero varia según su %C y temperatura. 
Hablaremos del acero en si, bajaremos del 1.76% y ademas si queremos hablar de cristales como estructura solida, no hablamos de temperaturas superiores a las lineas curvas discontinuas que hay en la gráfica. (910ºC---723ºC----1130ºC)

Aquí podemos ver un buen ejemplo de los granos en su proceso de calentamiento y la manera como va cambiando de algo estructurado y fijo a unos graos mas grandes y mucho mas líquidos pasando por pastoso. A unos 723ºC la perlita pasa a ser Austenita mientras que la ferrita se conserva unos 100ºC más. Al final todo pasa a ser una gran masa pastosa llamada austenita.

¿Qué son los constituyentes del acero?

El sufre un proceso de calentamiento durante su obtención para fundir los materiales y crear al final una masa pastosa.

A medida que aumente la temperatura sufre cambios y la estructura característica en cada cambio se clasifica. Estos son los llamados constituyentes.

Ferrita, Perlita, Cementita, Austenita, Martensita, Bainita.

Relación de los constituyentes con los granos de los aceros

Tan sencillo como que a temperaturas relativamente baja todos forman granos sueltos que se distinguen fácilmente, estos son la ferrita y austenita

Relación de los constituyentes con los cristales de los aceros

En este caso los cristales son formados por estructuras frías que hayan sido pasadas por el proceso de calentamiento e enfriamientoya que así son aceros y a la vez están estructurados de una forma que no se puede ver, ya que es una estructura molecular. Son la cementita, martensita y bainita.

Distintos constituyentes que se forman en los aceros atendiendo a su %C y enfriamiento lento

Y volvemos a la gráfica del principio.

Aqui se aprecia todos los constituyentes según su porcentaje.

Relación entre tamaño y forma de grano y las características físicas de los acero

Un grano de menor tamaño y mas compacto hace que el material se más duro y con eso soporte menos los golpes.Por otro lado un grano mas grande y tosco provoca que el grano soporte bien los impacto, incluso lo hace mas dúctil.Produciendo una mezcla entre tamaños siendo la exterior la de grano pequeño se consigue un material muy tenaz.

Tratamientos térmicos en los aceros. Influencia en las propiedades

El más conocido de estos es el temple donde se eleva el acero a temperatura de austenización y se somete a un enfriamiento rápido en una cuba de aceite o agua (raramente aire) y vibratoria para que las burbujas causadas por la evaporación del fluido por el choque térmico no impida el enfriamiento rápido. Esto lo convierte en un material mas tenaz.

Tenemos el recocido, que elevando la temperatura algo mas que 723ºC se deja enfriar lentamente para liberar tensiones internas y crear un material dúctil, se podría decir que es lo contrario al temple ya que vuelve al material mas dúctil.
Algo parecido puede ser el revenido donde la temperatura de enfriamiento es mucho mas controlada, tanto que la pieza sigue en el horno hasta el final del tratamiento y con esto se consigue bajar la temperatura muy lentamente hasta incluso días. Se consigue ablandar la pieza es decir mas dúctil.

Normalizado, al igual que el resto se calienta unos 30 o 50ºC por encima de la temperatura lo más rápido posible durante y se mantiene muy poco tiempo de austenización y se deja a enfriar al aire, con esto queremos que recupere cualidades como las del hierro en naturaleza lo mas dúctil posible.

Con esto podemos decir que con el acero se puede jugar mucho y conseguir muchos resultados variados.

Diagramas de enfriamiento (curvas de s)

Durante la entrada nos hemos basado en esa gráfica de Tº y %C que diferencia los distintos tipos de hierro carbono, aquí se explicará cómo se consiguen todos los constituyentes pero con una gráfica algo diferente, las llamadas curvas TTT.
Las curvas TTT (con forma de s, creo que te referías a esto Don BarrigaP).
Es un tema sencillo de explicar pero veo que con palabras sería algo muy tedioso. Aun así explicare como va el diagrama, en el eje vertical esta la temperatura y en el horizontal el tiempo de enfriamiento pero de modo logarítmico, esto significa que por cada espacio se eleva los segundos en 1ˣ⁺¹, de esa manera se reduce la gráfica.Para ayudarme en esta labor os pongo un vídeo de profesor Lucas Castro, que con este elemento audiovisual lo deja bastante claro.

He de marcar que solo nos fijaremos hasta el minuto 5:57 ya que a partir de ahí habla de la otra curva CCT.

Con todo esto espero que no sea la entrada muy pesada ya que son muchas cosas que abarcar y tampoco quise meterme muchísimo en este mundo, también deseo que se haya tocado un poco todo y explicado la manera mas sencilla posible para que cualquier persona que le interese pueda entenderlo con algunos conocimientos previos de no mucho nivel.

Del mismo modo, me despido con un saludo muy formal para acabar la entrada que comenzó con guasa, con un poco de seriedad.

Gracias por leerlo y le deseo un buen día.

Un fuerte abrazo.

Saúl Gárnica.💖