MICROESTRUCTURAS DE LOS ACEROS
Los constituyentes metálicos que pueden presentarse en los aceros al carbono son: ferrita, cementita, perlita, sorbita, troostita, martensita, bainita, y rar a vez austenita, aunque nunca como único constituyente. También pueden estar presentes constituyentes no metálicos como óxidos, silicatos, sulfuros y aluminatos. El análisis de las microestructuras de los aceros al carbono recocidos y fundiciones blancas deben realizarse en base al diagrama metaestable Hierro-carburo de hierro o Cementita.
Diagrama Fe-C
Las microestructuras que presenta el diagrama de equilibrio para los aceros al carbono son: FERRITA (Hierro a) Es una solución sólida de carbono en hierro alfa, su solubilidad a la temperatura ambiente e s del orden de 0.008% de carbono, por e sto se considera como hierro puro, la m áxima solubilidad de carbono en el hierro alfa es de 0,02% a 723 °C.
Microestructura del acero al carbono, c ristales blancos de ferrita
La ferrita es la fase m ás blanda y dúctil de los aceros, cristaliza en la red cúbica centrada en el el cuerpo, tiene una dureza de 90 Brinell y una resistencia a la tracción de 2 8 kg/mm2, llegando hasta un alargamiento del 40%. La ferrita se obsera al microscopio como granos poligonales claros. En los aceos, la ferrita puede aparecer como cristales mezclados con los de perlita, e n los aceros de menos de 0.6%C, figura 6; formando una red o malla que limita los granos de perlita, en los aceros de 0.6 a 0 .85%C en forma de agujas o bandas circulares orie ntados en la dirección de los planos cristalográficos de la austenita como en los aceros en bruto de colada o en aceros que han sido sobrecalentados. Este tipo de estructura se denomina Widmanstatten. La ferrita también aparece como elemento e lemento eutectoide de la perlita formando láminas paralelas separadas por otras láminas de cementita, en la estructura globular de los aceros de herramientas aparece formando la matriz que rodea los glóbulos de cem entita, figura 9, en los aceros acer os hipoeutectoides templados, puede aparecer mezclada con la martensita cuando el temple no ha sido bien efectuado. Volver
CEMENTITA Es el carburo de hierro de fórmula Fe3C, contiene 6.67 %C y 93.33 % de hierro, es el microconstituyente más duro y frágil de los aceros al carbono, alcanzando una dureza Brinell de 700 (68 Rc) y c ristaliza en la red ortorómbica.
Microestructura del acero 1%C, red blanca de dementita En las probetas atacadas con ácidos se observa de un blanco brillante y aparece como cementita primaria o proeutéctica en los aceros con más de 0.9%C formando una red que envuelve los granos de perlita, formando parte de la per lita como láminas paralelas separadas por otras láminas de ferrita, se presenta en e n forma de glóbulos o granos dispersos en una matriz de ferrita, cuando los aceros de alto carbono se han sometido a un recocido de globulización, en los aceros hipoeutectoides que no han sido bien templados. Volver PERLITA Es el microconstituyente eutectoide formado por capas alter nadas de ferrita y cementita, compuesta por el 88 % de ferrita y 12 % de cementita, contiene el 0.8 %C. Tiene una dureza de 250 Brinell, resistencia a la tracción de 80 kg/mm2 y un alargamiento del 15%; e l nombre de perlita se debe a las irisaciones que adquiere al iluminarla, parecidas a las perlas. La perlita aparece en general en el enfriamiento lento de la austenita y por la transformación isotérmica de la austenit a en el rango de 650 a 723°C.
Microestructura del acero al carbono, c ristales oscuros de perlita
Si el enfriamiento es rápido (100-200°C/seg.), la estructura es poco definida y se denomina Sorbita, si la perlita laminar se somete a un recocido a temperatura próxima a 723°C, la cementita
adopta la forma de glóbulos incrustados en la masa de fer rita, denominándose perlita globular. volver
AUSTENITA Es el constituyente más denso de los aceros y está formado por una solución sólida por inserción de carbono en hierro gamma. La cantidad de carbono disuelto, varía de 0.8 al 2 % C que es la máxima solubilidad a la temperatura de 1130 °C. La austenita no es estable a la temperatura ambiente pero existen algunos aceros al cromo -níquel denominados austeníticos cuya estructura es austenita a temperatura ambiente. La austenita está formada por cristales cúbicos centrados e n las caras, con una dureza de 300 Brinell, una resistencia a la tracción de 100 kg/mm2 y un alargamiento del 30 %, no es magnética.
Microestructura de la austenita La austenita no puede atarcarse con nital, se disuelve con agua regia en g licerina apareciendo como granos poligonales frecuentemente maclados, puede aparecer junto con la martensita en los aceros templados. volver MARTENSITA Es el constituyente de los aceros templados, está conformado por una solución sólida sobresaturada de carbono o carburo de hierro e n ferrita y se obtiene por enfriamiento e nfriamiento rápido de los aceros desde su estado austenítico a altas temperaturas. El contenido de carbono suele variar desde muy poco carbono hasta el 1% de carbono, sus propiedades físicas varían con su contenido en carbono hasta un máximo de 0 .7 %C.
Microestructura de la martensita
La martensita tiene una dureza de 50 a 68 Rc, resistencia a la tracción de 170 a 250 kg/mm2 y un alargamiento del 0.5 al 2.5 %, muy frágil y presenta un aspecto acicular formando grupos e n zigzag con ángulos de 60 grados. Los aceros templados suelen quedar demasiado duros y frágiles, inconveniente que se corrige por medio del revenido que consiste en calentar e l acero a una temperatura inferior a la crítica inferior (727°C), dependiendo de la dureza que se desee obtener, enfriándolo luego al aire o en cualquier medio. volver
TROOSTITA Es un agregado muy fino de cementita y ferrita, se produce por un enfriamiento e nfriamiento de la austenita con una velocidad de enfriamiento ligeramente inferior a la cr ítica de temple o por transformación isotérmica de la austenita en el rango de temperatura de 500 a 600C, o por revenido a 400C. Sus propiedades físicas son intermedias entre la martensita y la sorbita, tiene una dureza de 400 a 500 Brinell, una resistencia a la tracción de 140 a 175 kg/mm2 y un alargamiento del 5 al 10% . Es un constituyente nodular oscuro con estructura radial apreciable a unos 1000X y aparece generalmente acompañando a la martensita y a la austenita. austenita. volver SORBITA Es también un agregado fino de cementita y ferrita. Se obtiene por enfriamiento de la austenita con una velocidad de enfriamiento bastante inferior a la crítica de temple o por transformación isotérmica de la austenita en la zona de 600 a 650C, o por revenido a la temperatura de 600C . Su dureza es de 250 a 400 Brinell, su resistencia a la tracción es de 88 a 140 kg/mm2 ,con un alargamiento del 10 al 20%. Con pocos aumentos aparece en forma muy difusa como manchas, pero con 1000X toma la forma de nódulos blancos muy finos sobre fondo oscuro, de hecho tanto la troostita como la sorbita pueden considerarse como perlita de grano muy fino. volver
BAINITA Es el constituyente que se obtiene e n la transformación isotérmica de la austenita cuando la temperatura del baño de enfriamiento es de 250 a 500°C. Se diferencian dos tipos de estructuras: la bainita superior de aspecto arborescente formada a 5 00-580°C, compuesta por una matriz ferrítica conteniendo carburos. Bainita inferior, formada a 250-400C tiene un aspecto acicular similar a la martensita y constituida por agujas alargadas de fe rrita que contienen delgadas placas de carburos. La bainita tiene una dureza variable de 40 a 60 Rc comprendida entre las correspondientes a la perlita y a la martensita. Los constituyentes que pueden presentarse en los ac eros aleados son los mismos de los aceros al carbono, aunque la austenita puede ser único contituyente y además pueden aparecer otros carburos simples y dobles o complejos. La determinación del tamaño de grano austenítico o ferrítico, puede hacerse por la norma ASTM o por comparación de la microfotografías de la probeta a 100X, con las retículas patrón numeradas desde el 1 para el grano más grueso hasta el 8 para e l grano más fino. En el sistema ASTM el grosor del de l grano austenitico se indica con un número convencional n, de acuerdo con la formula: logG=(n-1)log2 Donde G es el número de granos por pulgada cuadrada sobre una imagen obtenida a 100 aumentos; este método se aplica a metales que han recristalizado completamente, n es el número de tamaño de grano de uno a ocho.
Forma, tamaño y distribución de los cristales o granos en la microestructura del acero para comparación a 100X
KARIME RUBIO A01151503 Características y propiedades del acero · Su densidad media es de 7.850kg/m-3.
· En función de la temperatura el acero se puede encoger, estirar o derretir.
· El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1510ºC, sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de los 1375 ºC (2500 ºF). Por otra parte el acero rápido funde a 1650ºC
· Su punto de ebullición es de alrededor de 3000 ºC (5400ºF).
· Es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas para fabricar herramientas.
· Relativamente dúctil. Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres. . Es maleable. Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata. La hojalata es una lamina de acero, de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electrolítica, por estaño, zin.
· Permite una buena mecanización en máquinas herramientas antes de recibir un tratamiento térmico.
· Algunas composiciones y formas del acero mantienen mayor memoria, y se deforman al sobrepasar su límite elástico.
· La dureza de los ace ros varía entre la del hierro y la que se puede lograr mediante su aleación u otros procedimientos térmicos o químicos entre los cuales quizá el más conocido sea el temple,
aplicable a aceros con alto contenido en car bono, que permite, cuando es superficial, conservar un núcleo tenaz en la pieza que evite fracturas frágiles. Aceros típicos con un alto g rado de dureza superficial son los que se emplean en las herramientas de mecanizado, denominados aceros rápidos que contienen cantidades significativas de cromo, wolframio, molibdeno y vanadio. Los ensayos tecnológicos para medir la dureza son Brinell, Vickers y Rockwell, entre otros, con escalas e scalas definidas.
· Se puede soldar con facilidad.
· La corrosión es la mayor desventaja de los aceros ya que el hierro se oxida con suma facilidad incrementando su volumen y provocando grietas superficiales que posibilitan el progreso de la oxidación hasta que se consume la pieza por completo. Tradicionalmente los aceros se han venido protegiendo mediante tratamientos superficiales diversos. Si bien existen aleaciones con resistencia a la corrosión mejorada como los acer os de construcción aptos para intemperie (en ciertos ambientes) o los aceros inoxidables.
· Posee una alta conductividad eléctrica. Aunque depende de su composición es aproximadamente de 3x106 S m-1. En las líneas aéreas de alta tensión se utilizan con frecuencia conductores de aluminio con alma de acero proporcionando éste último la resistencia mecánica necesaria para incrementar los vanos entre la torr es y optimizar el coste de la instalación.
. Se utiliza para la fabricación de imanes permanentes artificiales, ya que una pieza de acero imantada no pierde su imantación si no se la calienta hasta cie rta temperatura. La magnetización artificial se hace por contacto, inducción o mediante procedimientos e léctricos. En lo que respecta al acero inoxidable, al acero inoxidable ferrítico, sí se le pegan los imanes, pero al acero inoxidable austenítico no se le pegan debido a que en su composición hay un alto porcentaje de cromo y níquel.
· Un aumento de la temperatura en un elemento de acero provoca un aumento en la longitud del mismo. Este aumento en la longitud puede valorarse por la e xpresión: δL = α (δ t°)L, siendo a el
coeficiente de dilatación, que para el acero es de aproximadamente 1,2x10-5 (es decir α = 0,000012). Si existe libertad de dilatación no se plantean grandes problemas subsidiarios, pero si esta dilatación está impedida en mayor o menor g rado por el resto de los componentes de la estructura, aparecen esfuerzos complementarios que hay que tener en cuenta. El acero se dilata y se contrae según un coeficiente de dilatación similar al coeficiente de dilatación del hormigón, por
lo que resulta muy útil su uso simultáneo en la construcción, formando un material compuesto que se denomina hormigón armado.
· El acero da una falsa sensación de seguridad al ser incombustible, pero sus propiedades mecánicas fundamentales se ven gravemente afectadas por las altas t emperaturas que pueden alcanzar los perfiles en el transcurso de un incendio.
En la figura se pueden ver varias zonas: Un comportamiento elástico hasta un esfuerzo alto. Se aplican las relaciones lineales entre el esfuerzo y la deformación, definidas por la Teoría de la Elasticidad. Los parámetros básicos son el Esfuerzo de Fluencia (fy) y la deformación unitaria de fluencia (Ey). Una zona de comportamiento plástico, en la cual e l esfuerzo permanece prácticamente constante, pero aumenta continuamente la deformación unitaria. Un punto de falla o de ruptura. r uptura. La deformación unitaria en la falla es de 0,20 (curva inferior de la figura) para el acero estructural usado cor rientemente en la construcción de estructuras. Los aceros de "alta resistencia" como los usados para los cables de preesforzado (fig.2.9 parte alta) y aceros especiales, no presentan la fluencia definida que se muestra en la figura para los ace ros tipo A-36 (curva inferior de la figura), ni tienen el grado de ductilidad del acero e structural. En ellos, el esfuerzo de fluencia no se presenta tan claro como en los tipo A -36 y debe definirse. El acero para preesforzado tiene la resistencia más alta de las mostradas: fpu = 240 k si (240.000 psi = 17.500 kgf/cm2). Su comportamiento puede compararse con el de los plásticos reforzados con fibras (FRP) que se muestra en la figura 2.22 de este capítulo. La deformación del acero a partir de la fluencia es denominada ductilidad. Esta es una cualidad muy importante en el acero como m aterial estructural y es la base de los métodos de diseño plástico. Permite, que la estructura absorba grandes cantidades de energía por deformación, circunstancia muy importante en zonas sísmicas, en las cuales es necesario que la estructura libere la energía introducida en su base por los te rremotos. El Módulo de Elasticidad es prácticamente independiente del tipo de ac ero está alrededor de 2000000 kgf/cm2.
Ventajas y Desventajas del Acero como Material de Construcción:
Ventajas del acero como material estruc tural:
Alta resistencia.- La alta resistencia del ace ro por unidad de peso implica que será poco el peso de las estructuras, esto es de gran gr an importancia en para el diseño de v igas de grandes claros.
Uniformidad.- Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo como es el caso de las estructuras de concreto reforzado.
Durabilidad.- Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran indefinidamente.
Ductilidad.- La ductilidad es la propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión. La naturaleza dúctil de los aceros estructurales comunes les permite fluir localmente, evitando así fallas prematuras.
Tenacidad.- Los aceros estructurales son tenaces, es de cir, poseen resistencia y ductilidad. La propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades se denomina tenacidad.
Desventajas del acero como material estructural:
Costo de mantenimiento.- La mayor parte de los ac eros son susceptibles a la corrosión al estar expuestos al agua y al aire y, por consiguiente, deben pintarse periódicamente.
Costo de la protección contra el e l fuego.- Aunque algunos miembros estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente durante los incendios. Además se ha comprobado que por su gran capacidad de conducir calor ha provocado la propagación de incendios, elevando la temperatura de habitaciones donde no hay flamas o chispas de ignición mas por el alto calor conducido ha logrado inflamar otros materiales usuales como madera, tela y otros
Susceptibilidad al pandeo. Es decir entre más esbeltos sean los miembros a compresión, mayor es el peligro de pandeo. Como se indico previamente, el acero tiene una alta r esistencia por unidad
de peso, pero al utilizarse como c olumnas no resulta muy económico ya que debe usarse bastante material, solo para hacer más rígidas las columnas contra el posible pandeo. Sin embargo cabe la posibilidad de usar perfiles que tengan dentro sus propiedades grandes momentos de inercia abundando a mitigar esta desventaja. Usos Las aplicaciones comunes del acero estructural A36 es en la construcción, y es moldeado en perfiles y láminas, usadas en edificios e instalaciones industriales; cables para puentes colgantes, atirantados y concreto reforzado; varillas y mallas electro-soldada para el concreto reforzado; láminas plegadas usadas para techos y pisos. Otro campo que hace gran uso de este material es la industria de guerra, en la fabricación de armamento, trasportes y de blindajes Propiedades mecanicas: Resistencia: es la oposicion al cambio de forma y a la fuerzas externas que pueden presentarse como cargas son traccion,compresion, cizalle, flexion y torsion. Elasticidad: corresponde a la capacidad de un cuerpo para re cobrar su forma al dejar de actuar la fuerza quelo ha deformado Plasticidad: es la capacidad de deformacion de un metal sin que llegue a romperse si la deformacion se produce por alargamiento se llama ductilidad y por compresion maleabilidad. Fragilidad: es la propiedad que expresa falta de plasticidad y por lo tanto tenacidad los metales fragiles se rompen en el limite elastico su rotura se produce cuando sobrepasa la carg a del limite elastico. Tenasidad:se define como la resistencia a la rotura por esfuerzos que deforman el metal;por lo tanto un metal es tenaz si posee cierta capacidad de dilatacion. Dureza: Es la propiedad que expresa el gr ado de deformacion permanente que sufre un metal bajo la accion directa de una fuerza dete rminada.existen dos Dureza fisica y dureza tecnica. Ductilidad: es la capacidad que tienen los materiales para sufrir deformaciones a tr accion relativamente alta, hasta llegar al punto de fr actura. Resilencia:Es la capacidad que presentan los materiales para absorber energia por unidad de volumen en la zona elastica.
Propiedades Fisicas Propiedades de los cuerpos: encontramos entre otras
Materia,Cuerpo,Estado de agregacion,Peso,Masa,Volumen,Densidad,peso espesifico(m/v) Propiedades Termicas: estan referidas a los mecanismos de calor existen t res mecanismos: Conduccion:se produce cuando la fuente emisora esta en contacto directo con el que se decea dece a aumenta Tº Conveccion: para que ocurra tranferencia de calor por conveccion es necesario que ex ista un fluido quien sea el encargado de transmitir el calor de la fuente emisora hacia el cuer po o ambiente Radiacion: Se produce porque la fuente de calor se encuentra en contacto en forma directa con el ambiente.Esta fuente emisora genera rayos infrarrojos que sirven de medio de transferencia de calor.
Propiedades Electricas: Estan relacionadas con la capacidad de conducir la corr iente electrica. Propiedades Opticas: estan referidos a la capacidad que poseen los mater iales para reflejar o absorver el calor de acuerdo a las siguientes caracteristicas: Color-Brillo-Pulido. Propiedades Magneticas: Estan referidas a la capacidad que poseen los materiales metalicos para inducir o ser inducidos por un campo electromagnetico, es decir actuar como iman o ser atraidos por un iman.
