Clase 1 Parte II

Transformacin Martenstica. Martensita

En esta clase, que resulta una continuidad de la anterior, los invitamos conocer los aspectos relativos a la transformacin de la Martensita y del enfriamiento continuo de la Austenita. Esperamos que sea de su inters Adelante!

Esta fase se denomina martensita y la transformacin se llama transformacin martenstica

Cuando la austenita se sobreenfra hasta temperaturas muy bajas se produce:

Una transformacin sin difusin, En un volumen discreto de material, Los tomos de Fe experimentan un movimiento cooperativo,

pequeo y casi simultneo.

Esto da por resultado una fase metaestable con:

Igual composicin qumica que la austenita que le dio origen, Con una estructura cristalina diferente.

Esta fase se denomina martensita y la transformacin se llama transformacin martenstica.

En los aceros al C y de baja aleacin, la martensita tiene estructura tetragonal centrada en el cuerpo (BCT)

La austenita tiende a transformar a la fase estable ferrita (BCC) pero la sobresaturacin de Carbono a consecuencia de la falta de difusin produce una distorsin en la celda BCC transformndola en una BCT. Si desde este estado enfriamos muy lentamente volveremos a obtener las estructuras que predice el diagrama Fe-C, es decir Ferrita y Cementita.

Aqu analizaremos cmo se produce esta transformacin.

Como dijimos atenriormente, a temperatura ambiente el acero bsicamente est formado por ferrita y cementita. La ferrita es una Solucin Slida, con estructura Cbica de Cuerpo Centrado y puede alojar intersticialmente muy poco carbono. El resto esta combinado en forma de Cementita (Carburo de Hierro ).

Si ese acero, de un mnimo contenido de Carbono que veremos ms adelante, lo llevamos al estado austenitico, la estructura Cbica de Caras centradas si puede alojar mayor contenido de carbono en solucin Slida Intersticial.

Por ello, si desde este estado enfriamos muy lentamente volveremos a obtener las estructuras que predice el diagrama Fe-C, es decir Ferrita y Cementita.

Pero si aumentamos la velocidad de enfriamiento (veremos cul ser esta mnima velocidad necesaria) el carbono alojado en la austenita no tiene tiempo a difundir y salir de la red , se produce la variacin alotrpida pasando de FCC a BCC y ese Carbono atrapado en la estructura BCC, fuerza a deformarla producindose una estructura Tetragonal, llamada Martensita. Por definicin la Martensita es una Solucin Sobresaturada de carbono en Hierro (Ferrita).

Componentes fuera de equilibrio

Martensita

o Presenta un aspecto acicular o Es magntica o Cristaliza en el sistema tetragonal

Transformacin martenstica. Caractersticas particulares en el caso de los aceros

El carcter ansiotrmico hace aparecer dos temperaturas caractersticas de la transformacin martenstica en los aceros:

Ms (martensite start):

Temperatura de inicio de la transformacin martenstica. Est relacionada con:

La fuerza impulsora necesaria para generar la transformacin martenstica.

Cuanto mayor sea la misma, se necesitar mayor sobreenfriamiento y la Ms ser menor.

Mf (martensite finish):

En principio es la temperatura de fin de la transformacin de austenita a martensita. Sin embargo:

Experimentalmente se encuentra que la ltima fraccin de austenita es muy resistente a transformarse,

En consecuencia se hace prcticamente imposible la mediacin precisa de Mf.

Slo puede decirse que se trata de la temperatura en la cual ya no puede observarse la transformacin de austenita en martensita.

Ms y Mf dependen de la composicin qumica de la austenita que se transforma:

Con excepcin del Co, todos los elementos habituales en los aceros y disueltos en solucin slida en la austenita bajan las temperaturas Ms y Mf. En relacin a esta situacin, existen muchas ecuaciones de correlacin, la mayora son experimentales. Cada una es vlida en un cierto rango de composicin. Una de las ms conocidas en aceros al C y de baja aleacin es la de Andrews:

Ms=539-423%C-30,4%Mn-12,1%Cr-17,7%Ni-7,5%Mo

La martensita en los aceros al C y de baja aleacin. Propiedades

Las dos propiedades caractersticas de las martensitas en los aceros son:

Alta dureza Gran fragilidad

Ambas caractersticas no son comunes entre las martensitas de otros sistemas metlicos.

La martensita de los aceros es dura y frgil debido a que:

El soluto es intersticial, Existe una diferencia de solubilidad del C muy grande entre la

austenita y la ferrita.

Lo mismo sucede con la martensita en el sistema Fe-N.

Superposicin de las transformaciones de la austenita

Algunos aleantes influyen en forma diferente en la cintica de cada una de las transformaciones de la austenita y hacen que las curvas se separen en tiempo y/o en el rango de temperaturas. Esto genera curvas con dos narices bien definidas, una para la reaccin perltica y otra, para la baintica.

Curvas de transformaciones isotrmicas para aceros hipoetectoides

En este tipo de aceros, aparece una curva de inicio de transformacin a ferrita proeutectoide que se agrega a las curvas ya vistas para el acero eutectoide.

Anlogamente a lo que ocurre para las curvas de aceros hipoetectoides, en los hipereutectoides aparece una curva de transformacin proeutectoide, en este caso la de cementita proeutectoide.

Variables que inciden en la cintica de las transformaciones de la austenita

Efectos particulares de cada aleante

Los elementos alfgenos formadores de carburos (Cr, Mo, V, etc.) estabilizan la ferrita y en consecuencia, hacen subir las temperaturas A1 y A3, por lo que sube el rango de temperaturas de aparicin de la ferrita proeutectoide y de la perlita.

En cambio, bajan las Bs (Bainita Superior) y en consecuencia hacen separar en temperatura las curvas C de la ferrita y perlita respecto de la bainita.

Efectos de los alfgenos formadores de carburos.

Efectos particulares de cada aleante

Los elementos gammgenos bajan las temperaturas A1 A3 y Bs

.

Adems, al no ser formadores de carburos, no retrasan preferencialmente la perlita respecto de la bainita y por lo tanto, no modifican demasiado la forma de las curvas TTT. Si ejercen un efecto de retraso pero sin que aparezcan dos narices en las curvas.

Efecto de los elementos gamgenos.

Los elementos gammgenos bajan las temperaturas A1 A3 y Bs Adems, al no ser formadores de carburos, no retrasan preferencialmente la perlita respecto de la bainita y por lo tanto, no modifican demasiado la forma de las curvas TTT. Si ejercen un efecto de retraso pero sin que aparezcan dos narices en las curvas. Variables que inciden en la cintica de las transformaciones de la austenita

Efectos particulares de cada alcante

Un caso particular de elemento alfgeno es el del B que en muy pequeas catidades (20 ppm) provoca un fuerte retraso en la nucleacin de la ferrita proeutectoide.

La evidencia indica que esto se debe a su segregacin hacia los bordes de grano austenticos donde baja la energa del borde e inhibe la nucleacin de la ferrita.

Diagramas CCT Transformaciones de enfriamiento continuo de la austenita

Curvas CCT y su relacin con las Curvas TTT Acero eutectoide

Cuando la austenita se enfra continuamente desde el campo en que es estable, el tiempo para el cual comienzan las transformaciones no coincide con el que indica la curva TTT . Esto se debe a que para cada temperatura existe un perodo de incubacin diferente. La austenita enfriada continuamente pasa cierto tiempo por un rango de temperaturas donde los perodos de incubacin son grandes y por eso se retrasa respecto de lo que indican las curvas TTT.

Tambin se produce el retraso en tiempo y temperatura de la finalizacin de la transformacin. Estos retrasos, en el inicio y fin de las transformaciones,

hacen que las curvas CCT sean completamente diferentes de las TTT, lo que implica que no se debe emplear el diagrama TTT en la estimacin de la microestructura resultante en una transformacin no isotrmica.

Al aumentar la velocidad de enfriamiento de la austenita, las transformaciones se producen en un rango de temperaturas ms bajas y en consecuencia los microconstituyentes son ms finos (menor tamao) La figura indica las Curvas de transformacin isotrmica y continua de la austenita en un acero eutectoide. La velocidad crtica de temple es la que corresponde a la velocidad que es tangente a la nariz de la curva.

Ciclos trmicos sobre diagrama CCT de un acero hipoeutectoide

Las estructuras que surgen de enfriamientos continuos son ms complejas que las de las transformaciones isotrmicas debido a que al barrer un rango amplio de temperaturas de transformacin, se pueden obtener mezclas muy variadas de varios microconstituyentes.

Sobre un diagrama terico de un acero hipoeutectoide, vamos a analizar las estructuras que se forman, aumentando la velocidad de enfriamiento. En este caso, el enfriamiento es lento como por ejemplo un recocido. (Ciclo 1)

En este caso, sera una mayor velocidad de enfriamiento como un NORMALIZADO.

Aumentando la velocidad de enfriamiento aparece parcialmente la vainita ( Ciclo 3)

La velocidad crtica de temple, velocidad mnima para obtener una estructura 100 % martenstica (tericamente, puesto que siempre queda una fraccin de austenita retenida) es la curva de velocidad de enfriamiento tangente a la nariz de la curva de inicio de transformacin.

La fragilidad de la martensita tambin es funcin del %C. A mayor % C la martensita es menos dctil y menos tenaz, exceptuando el caso de aceros de muy bajo C (%C

sensiblemente la estructura de la martensita transformndola en una estructura de ferrita y carburos dispersos.

La martensita en los aceros al C y de baja aleacin. Estructura cristalina

La martensita que se forma en estos acero,s posee una estructura tetragonal centrada en el cuerpo (BCT) En realidad se trata de una red BCC distorsionada por la presencia de C en solucin slida sobresaturada.

Componentes fuera de equilibrio

Martensita

o Es el constituyente tpico de los aceros templados. o Es una s.s sobresaturada de Carbono en Fe y se obtiene por

enfriamiento rpido de los A desde altas temperaturas. o Tiene hasta el 1% C y en los A hipereutectoides puede ser

mayor. o Sus propiedades fsicas varan con su composicin,

aumentando su dureza, resistencia y fragilidad con el contenido de Carbono.

o Despus de los carburos y la Fe3C, es el constituyente ms duro de los A.

o 6. Resistencia a la Traccin T o Alargamiento, %A= 0,5 a 2,5% o Dureza Rockwell, HRc=50 a 68

Transformacin martenstica

Caractersticas

Se produce sin que haya difusin: debido a que la velocidad de enfriamiento es tal, que no da tiempo al reordenamiento de la red.

Se produce a bajas temperaturas: a bajas temperaturas no hay difusin y quedan bloqueadas las transformaciones perlticas y bainticas.

Es continua: comienza a una temperatura Ms y finaliza a otra inferior Mf separada de la primera por 150 a 250 C.

Requiere de una velocidad mnima de enfriamiento: est en correspondencia con el tiempo en el que toda la Austenita se sobreenfra hasta el punto Mf y se transforma en Martensita.

La velocidad crtica de temple, velocidad mnima para obtener una estructura 100 % martenstica (tericamente, puesto que siempre queda una fraccin de austenita retenida) es la curva de velocidad de enfriamiento tangente a la nariz de la curva de inicio de transformacin.

Tratamientos trmicos

Un tratamiento trmico es aplicar al material en estado slido, uno o ms ciclos trmicos con el objetivo de obtener una cierta combinacin de propiedades para su procesamiento o su uso. Por su parte, el Ciclo trmico es la variacin de la temperatura del material entre lmites determinados en funcin del tiempo.

En el siguiente cuadro, clasificamos los tratamientos trmicos haciendo una diferenciacin entre aquellos que no modifican la composicin qumica por la accin del medio y aquellos que s hay una modificacin de la composicin qumica aunque sea mnimamente en la superficie de la pieza. A stos, los denominaremos de aqu en adelante como TRATAMIENTOS TERMOQUMCOS.

Tratamientos trmicos Ansiotrmicos hipercrticos: (Tm>Ac3 o Ac cm)

En la prxima clase, continuaremos con el desarrollo de la temtica.