metarlurgia

1. AUSTENITA
Estructura cristalina formada
Todos los aceros se encuentran formados por cristales de austenita cuando
se calienta a temperatura superior a las críticas. Aunque generalmente es un
constituyente inestable, se puede obtener esa estructura a la temperatura
ambiente por enfriamiento rápido de aceros de alto contenido en carbono de
muy alta aleación. En los aceros austeniticos de alta aleación se presenta
formando cristales poliédricos parecidos a los de la ferrita, pero se diferencia
de estos por ser sus contornos más rectilíneos y ángulos vivos.
La cantidad de carbono disuelto, varía de 0% a 1,76%, que es
la máxima solubilidad de carbono en esta fase a temperaturas
de 1130 °C. La austenita no es estable a latemperatura

2. ambiente pero existen algunos aceros al cromo-níquel
denominados austeníticos cuya estructura es austenita a
temperatura ambiente. [18]
La austenita presenta las siguientes características:
 Baja temperatura de fusión.
 Buena tenacidad.
 Excelente soldabilidad.
 No es magnética.
 Puede contener desde 0 – 1.7% de carbono y es, por lo
tanto, un constituyente de composición variable.
DIAGRAMA DE HIERRO-CARBONO
Cuando el acero con constitución austenica, se enfría lentamente, la
austenita se transforma en distintos productos; así por ejemplo, si el
acero es hipoeutectoide la austenita sé transforma inicialmente en
ferrita hasta la temperatura eutectoide, a la cual la austenita
remanente se transforma en perlita. La micro estructura final será
perlita y ferrita proeutectoide en una proporción que depende de la
composición y la velocidad de enfriamiento.
Si el acero es de composición eutectoide, la austenita se transforma
completamente en perlita; si la composición hipereutectoide se
obtiene cementita proeutectoide y perlita como producto de la
transformación. Cuando la velocidad de enfriamiento aumenta, la
morfología de la ferrita y la cementita proeutectoide cambia y la
perlita se hace más fina. A una velocidad elevada, los anteriores
constituyentes desaparecen súbitamente a una velocidad de
enfriamiento critico, y aparece una estructura nueva más dura que
es la martensita.

3. Estos productos, obtenidos por enfriamiento rápido, son meta
estables desde un punto de vista termodinámico de gran utilidad
para la ingeniería debido a sus propiedades.
La variedad gamma se presenta de 910ºC a 1400ºC. Cristaliza en la estructura FCC.
El cubo de hierro gamma tiene más volumen que el de hierro alfa. El hierro gamma
disuelve fácilmente en carbono, creciendo la solubilidad desde 0.85% a 723ºC hasta
1.76% a 1130ºC para decrecer hasta el 0.12% a 1487ºC. Esta variedad de Fe es
amagnético.
2.3.1.- Austenitización.
Se entiende por “austenitizacion del acero” la formacion de la fase
austenita, en forma mas o
menos homogenea, a partir de la mezcla de las fases ferrita mas
cementita; aun si se empieza
con martensita, este constituyente se descompone en ferrita y cementita
durante el calentamiento.
Del diagrama de equilibrio Fe -Fe3C se puede ver que todas las
aleaciones con menos de 2.11
%C, recorren durante su enfriamiento, despues de la solidificacion
total, la zona homogenea .
En este intervalo de tiempo y temperatura, el acero se compone
exclusivamente de austenita, por
ello, todos los constituyentes que se pueden observar a temperatura
ambiente con el microscopio,
ya sea que se hayan formado en condiciones de equilibrio (enfriamiento
muy lento) o bajo
razones severas de enfriamiento, se forman entonces a partir de la
austenita. De aqui la
importancia del estudio de la transformacion de la austenita.
Transformación isotérmica de la austenita. Diagrama
TTT o curva de la “S”
Del análisis anteriormente visto, es evidente que el
diagrama de equilibrio hierro-carburo de hierro es de

4. poco valor en el estudio de los aceros enfriados bajo
condiciones fuerade equilibrio. Muchos metalurgistas se
dieron cuenta de que el tiempo y la temperatura de
latransformación de austenita tenían una profunda
influencia en los productos y en suspropiedades. En
1930, Davenport y Bain publicaron su obra sobre el
estudio de latransformación de austenita a temperatura
constante subcrítica. Como la austenita esinestable por
debajo de la temperatura crítica inferior A1
, es necesario saber cuánto tiemponecesitará para
empezar a transformarse a una temperatura subcrítica
específica, cuántotiempo precisará para estar
completamente formada y cuál será la naturaleza del
producto detransformación.Para esto se utilizan los
diagramas denominadosde transformación isotérmica, o
detransformación-tiempo-temperatura (TTT) o
simplemente curvas de la “S”.
A continuación sedetalla uno:
Los ejes vertical y horizontal representan temperatura y
el logaritmo del tiemporespectivamente. Se trazan dos
gráficas continuas: la de la izquierda representa el
tiemporequerido a una temperatura determinada para el
inicio de la transformación y la de laderecha, el fin de la
transformación. La línea discontinua corresponde al 50%
de latransformación. Estas gráficas se dibujan a partir de
una serie de puntos que indican elporcentaje de la
transformación frente al logaritmo del tiempo a una
temperaturadeterminada
En estos diagramas la temperatura eutectoide (727ºC) se
representa mediante una líneahorizontal; a temperaturas

5. superiores a la eutectoide y para todos los tiempos, existe
sóloaustenita. La transformación austenita-perlita sólo
ocurre si se enfría por debajo deleutectoide, donde las
curvas indican el tiempo necesario para el inicio y final
detransformación para cada temperatura. Las curvas
inicio y final son casi paralelas y seaproximan
asintóticamente a la línea eutéctica. A la izquierda de la
curva de inicio de latransformación sólo existe austenita
(inestable), mientras que a la derecha de la curva de
finalde transformación, sólo existe perlita. Entre ambas
curvas coexisten ambosmicroconstituyentes.
2.4.1.2.- Obtención de un Diagrama TTT y la Importancia de la Forma y del
Mecanismo de Transformación. Los diagramas TTT se obtienen utilizando
principalmente dos métodos: por metalografía y por dilatometría. En el primer
método se utilizan pequeñas probetas de acero, las cuales se austenitizan y se templan
en un baño de sal o plomo líquidos a temperatura fija y constante entre A1 y Ms.
después de tiempos diferentes, se sacan las probetas del baño y se templan en agua (a
temperatura ambiente), de modo que la austenita no transformada aún, se transforme
en martensita. De esta forma se puede evaluar metalográficamente el porcentaje de
austenita transformada en función de la temperatura y el tiempo. Representando el
grado de transformación de la austenita, en una gráfica con escala logarítmica para el
tiempo, se obtiene una curva clásica en forma de “S” (véase la figura 2.12 y parte
superior de la figura 2.13). El resultado de todas las curvas “S”, para el rango de
temperaturas entre A1 y Ms , se representa en un diagrama, el diagrama TTT o
diagrama Tiempo - Temperatura – Transformación, figura 2.13. En un diagrama TTT
el tiempo se da en una escala logarítmica, mostrándose además: a) Las curvas de
inicio y fin de la transformación. b) Las curvas para distintos porcentajes de
transformación. c) Línea de formación de los carburos. d) Dos zonas, la perlítica
(curva ANB) y la Bainítica (curva BCMs) o rodilla perlítica y rodilla bainítica,
respectivamente. e) La zona martensítica, con distintos puntos de transformación.
Curvas Temperatura-Tiempo-Transformación
Mª Esther Meléndez Moure
Se denomina curva TTT al diagrama que relaciona el tiempo y la temperatura
requeridos para una transformación isotérmica.

6. Los diagramas TTT son gráficas que representan la temperatura frente al
tiempo (normalmente en escala logarítmica).
Son muy útiles para entender las transformaciones de un Acero que se enfría
isotérmicamente. Así por ejemplo, en el caso del acero, y más concretamente para la
fase Austenita, que es inestable debajo de la temperatura de transformación
eutectoide, se necesita saber cuánto tiempo requerirá para empezar a transformarse a
una temperatura subcrítica específica, cuánto tiempo precisará para estar
completamente trasformada y cuál será la naturaleza del producto de esta
transformación.
Se elaboran con el porcentaje de transformación frente al logaritmo de las
medidas de tiempo.
En una curva TTT distinguimos:
Por debajo de Ms la evolución es independiente del tiempo, sólo depende de
la temperatura, es atérmica.
La nariz perlítica nos da el mínimo tiempo de retardo y nos define la
velocidad crítica de temple del acero, que es la mínima velocidad que nos permite
alcanzar una estructura 100% Martensítica, sin haber sido sometido a ninguna otra
transformación en el enfriamiento.
Llamamos tiempo de retardo o periodo de incubación al tiempo necesario para
que comience la transformación isoterma de la austerita, es distinto para cada
temperatura.
γ estable
γ inestable
Martensita
Bainita
Perlita
γi + B
γi + P
γi + M
(1): Curva Inicial de
Transformación
(2): Curva Final de
Transformación
VCT: Velocidad Crítica de temple
Ms: Curva Inicial de
transformación Martensítica
Mf: Curva Final de
transformación Martensítica
: Nariz Perlítica

7. El diagrama TTT más simple es el del acero al carbono eutectoide, al carbono,
ya que no hay constituyentes proeutectoides en la microestructura. Vemos la
diferencia entre un diagrama de un Acero Hipoeutectoide y otro Hipereutectoide.
En los diagramas distinguimos tres zonas:
1. La de la izquierda de las curvas, donde la Austenita todavía no ha
comenzado a transformarse.
2. La comprendida entre las dos curvas, donde la Austenita está en
periodo de transformación.
3. La de la derecha, donde la Austenita se encuentra completamente
transformada.
Para obtener estos diagramas, se calienta un conjunto de probetas iguales a la
temperatura de austenización, y se mantienen allí hasta que se transforman en
austerita. Conseguido esto, se enfrían bruscamente en baños de sales o metal fundido
hasta la temperatura deseada, que permanecerá constante mientras dure el ensayo; a
intervalos de tiempo determinados se sacan las probetas del baño y se enfrían
bruscamente hasta temperatura ambiente. Mediante el examen microscópico de las
mismas, se determina la cantidad de austerita transformada en función del tiempo y
con ello, el principio y el final de la transformación. Se obtiene así el diagrama que
nos da la cantidad de Austenita transformada en función del tiempo, a temperatura
constante.
Existen diversos factores que influyen sobre las curvas TTT, desplazando las
mismas hacia la derecha o hacia la izquierda en el diagrama, es decir, retardando o
adelantando el comienzo de la transformación martensítica, o desplazando hacia
arriba o hacia abajo las líneas de principio y fin de la transformación martensítica.
Estos factores son, entre otros:
B
α+P
γe
γe γ+α
γ+P+α
γ+B
γ+M
M
γi
γi
γe
γe
γ+M
M
γ+B B
γ+ CF3
γ+P+CF3
CF3+P

8. 1. El contenido en Carbono de la aleación: a mayor contenido mayor
será el desplazamiento hacia la derecha de las curvas inicial y final
de transformación; y hacia abajo las isotermas que indican el
principio y el fin de la transformación martensítica.
2. Temperatura de Austenización: cuanto mayor sea, mayor será el
tamaño de grano, y mayor por tanto el desplazamiento de las curvas
hacia la derecha y hacia abajo.
3. Elementos Aleantes: distinguimos entre dos tipos:
a. Ganmágenos: aquellos que se disuelven preferentemente en la
Austenita como son el Níquel y el Manganeso, que expanden por
tanto el campo de existencia de la Austenita desplazando hacia
abajo las isotermas.
b. Alfágenos: se disuelven preferentemente en la fase α (Ferrita), son
por ejemplo el Cromo, el Molibdeno, el Vanadio y el Wolframio; y
desplazan las isotermas hacia arriba.
c. Carburígenos: son elementos (habitualmente Alfágenos) que
tienden a formar carburos. Producen una segunda zona de
temperaturas de transformaciones rápidas al nivel de la
transformación de la austerita en Bainita.
Todos los elementos de aleación, excepto el cobalto, aumentan los tiempos de
transformación isoterma de la austenita.
Existe una fórmula, la “Fórmula de Andrews” que nos da la influencia de los
elementos aleantes en la temperatura Ms, en grados Celsius:
Ms(ºC)=500-350(%C)-40(%Mn)-35(%V)-20(%Cr)-17(%Ni)-10(%Cu)-
5(%W)+15(%Co)+30(%Al) 1
A partir de estos diagramas podemos determinar el tratamiento bajo el cual
debemos someter a un material para obtener la estructura y las propiedades deseadas,
y como deben ser los tiempos y las temperaturas de dichos tratamientos.
Además de las curvas TTT, podemos hablar de las curvas TTT de
enfriamiento continuo, que no pueden ser deducidas a partir de las anteriores y que
presentan unos tiempos mayores debido a que en el caso de enfriamiento continuo se
pasa mayor cantidad de tiempo a altas temperaturas, mientras que en el caso
isotérmico el material llega instantáneamente a la temperatura de transformación. En
estos últimos se indica en la parte inferior una escala de dureza
1 Según: “Ciencia de Materiales”, Laceras y Carrasquilla. Ed Donostiarra.

9. Usos
Los aceros inoxidables austeníticos constituyen la familia con el mayor
número de aleaciones disponibles, integra las series 200 y 300 AISI. Su popularidad
se debe a su excelente formabilidad y superior resistencia a la corrosión. Sus
características son las siguientes: Excelente resistencia a la corrosión Endurecidos por
trabajo en frío y no por tratamiento térmico Excelente soldabilidad Excelente factor
de higiene y limpieza Formado sencillo y de fácil transformación Tienen la habilidad
de ser funcionales en temperaturas extremas Son no magnéticos Los Austeníticos se
obtienen adicionando elementos formadores de austenita, tales como níquel,
manganeso y nitrógeno. El contenido de cromo generalmente varía del 16 al 26% y su
contenido de carbono es del rango de 0.03 al 0.08%. El cromo proporciona una
resistencia a la oxidación en temperaturas aproximadas de 650º C en una variedad de
ambientes. Esta familia se divide en dos categorías: SERIE 300 AISI.- Aleaciones
cromo-níquel SERIE 200 AISI.- Aleaciones cromo-manganeso-nitrógeno SERIE 300
AISI Es la más extensa, mantiene alto contenido de níquel y hasta 2% de manganeso.
También puede contener molibdeno, cobre, silicio, aluminio, titanio y niobio,
elementos que son adicionados para conferir ciertas características. En ciertos tipos se
usa azufre o selenio para mejorar su habilidad de ser maquinados. SERIE 200 AISI
SERIE Contiene menor cantidad de níquel. El contenido de manganeso es de 5 a
20%. La adición de nitrógeno incrementa la resistencia mecánica.
301.- Menor resistencia a la corrosión que otros aceros de la serie 300. Puede
ser fácilmente formado y ofrece buenas propiedades de soldabilidad. Utilizado en
partes de aviones, adornos arquitectónicos, cajas de ferrocarril y de trailer, cubiertas
de rines, equipos para procesamiento de alimentos. 303.- Especial para propósitos de
maquinado, buena resistencia a la oxidación en - ambientes de hasta 900º C. Se
emplea para cortes pesados. Se usa para la fabricación de partes para bombas,
bushings, partes maquinadas y flechas. 304.- Todo propósito, tiene propiedades
adecuadas para gran cantidad de aplicaciones. Se recomienda para construcciones
ligeras soldadas que requieran buena resistencia a la corrosión. Tiene buen
desempeño en temperaturas elevadas (800 a 900º C) y buenas propiedades mecánicas.
Es recomendable cuando se requiera soldar altos espesores de material. Algunas
aplicaciones son equipo químico de proceso, accesorios para aviones, remaches,
equipo para hospitales, etc. 309.- Poseen alta resistencia mecánica, tenacidad y
excelente resistencia a la oxidación en temperaturas de hasta 1000º C. Calentadores
de aire, equipo químico de proceso, partes de quemadores de turbinas de gas e
intercambiadores de calor son algunas de las aplicaciones más comunes fabricadas
con este tipo de acero. 310.- Es frecuentemente usado en servicios de alta
temperatura. Se utiliza para - fabricar calentadores de aire, equipo para tratamiento
térmico de aceros, equipo químico de procesos, etc. La información aquí plasmada se
proporciona al destinatario con fines exclusivamente informativos, el presente
documento no implicará responsabilidad u obligación alguna por parte del publicador
316.- Resistente a la corrosión frente a diversos químicos agresivos, ácidos y
atmósfera salina. Se utiliza para adornos arquitectónicos, equipo para el

10. procesamiento de alimentos, farmacéutico, fotográfico, textil, etc. 321.- Es similar al
304, pero contiene una adición de titanio equivalente a cinco veces el contenido de
carbono. Las principales aplicaciones de este acero son recipientes a presión y
almacenamiento, partes de motores de jet, equipo químico de proceso, etc.