Tratamiento Térmico Curva C: Todo lo que necesita saber

Principio del tratamiento térmico

Transformación del acero durante el calentamiento

Transformación del acero durante el calentamiento

Curva C

La curva C es una herramienta utilizada para analizar la transformación de la microestructura del acero al carbono durante el enfriamiento después de haber sido calentado para formar austenita.

Existen dos métodos para enfriar el acero en el proceso de tratamiento térmico:

  • Transformación isotérmica por enfriamiento: Este proceso consiste en enfriar el acero, que se ha calentado para formar austenita, hasta una temperatura específica por debajo de la línea A1 a un ritmo relativamente rápido y, a continuación, aislarlo para permitir que la austenita experimente una transformación estructural a una temperatura constante.
  • Transición de refrigeración continua: Se refiere a la disminución continua de la temperatura que se produce con el tiempo durante el proceso de enfriamiento.

En la producción práctica, la refrigeración continua es el método más utilizado.

1. Método de enfriamiento del acero durante el tratamiento térmico

Curva de transformación isotérmica del subenfriado austenita en acero eutectoide

a. Transición a alta temperatura

En austenita de acero eutectoide se enfría a una temperatura que oscila entre A1 y 550°C, dando lugar a una estructura de perlita mediante el proceso de transformación isotérmica. Esta transformación de austenita en perlita es el resultado de la nucleación y el crecimiento alternos de ferrita y cementita, tal como se representa en la Figura 3-7.

Formación de perlita

En primer lugar, el núcleo de cristales de cementita se forma en el límite de grano de la austenita.

En contenido en carbono de la cementita es superior al de la austenita, lo que provoca la absorción de átomos de carbono de la austenita circundante.

Como resultado, el contenido de carbono de la austenita cercana se reduce, creando las condiciones para la formación de ferrita y convirtiendo esta parte de austenita en ferrita.

La baja solubilidad en carbono de la ferrita significa que el exceso de carbono debe transferirse a la austenita adyacente a medida que crece, haciendo que aumente el contenido de carbono de la región de austenita adyacente y creando las condiciones para la formación de nueva cementita.

Mediante este proceso, la austenita acaba transformándose totalmente en una estructura de perlita con capas alternas de ferrita y cementita.

La formación de perlita requiere el movimiento de átomos de carbono, y la distancia del movimiento determina la anchura de las láminas de perlita. A altas temperaturas, el movimiento de los átomos de carbono es mayor, lo que da lugar a láminas de perlita más anchas.

Por el contrario, a bajas temperaturas, los átomos de carbono tienen dificultades para moverse y, por tanto, las láminas de perlita son más densas. La microestructura transformada de 727°C a 650°C es la perlita.

La estructura obtenida por transformación entre 650°C y 600°C se conoce como sorbita, que también se denomina perlita fina. La transformación entre 600°C y 550°C da lugar a la formación de troostita, que también se conoce como perlita muy fina.

Estos tres tipos de estructuras de perlita sólo se diferencian por su espaciado laminar y no presentan diferencias fundamentales.

b. Transición a temperatura intermedia

Los productos de la transformación isotérmica de la austenita en el acero eutectoide, desde el subenfriamiento hasta un intervalo de temperaturas de 550°C a 240°C, pertenecen a la estructura de la bainita. La bainita superior se forma en la parte superior de este intervalo de temperaturas, mientras que la bainita inferior se obtiene en la parte inferior. La bainita inferior tiene mayor dureza y resistencia, así como mejor plasticidad y tenacidad. Sin embargo, la bainita superior no tiene aplicaciones prácticas.

c. Transición a baja temperatura

Es muy difícil que los átomos de carbono de la austenita se desplacen por debajo de 240°C.

La austenita sólo sufre una transformación isomórfica, pasando de una estructura cúbica centrada en la cara (y-hierro) a una estructura cúbica centrada en el cuerpo (α-hierro).

Todos los átomos de carbono de la austenita original permanecen en la red cúbica centrada en el cuerpo, lo que da lugar a un hierro α sobresaturado.

Esta solución sólida sobresaturada de carbono en α-hierro se denomina martensita.

Austenita retenida

Cuando la austenita del acero eutectoide se enfría a 240°C (MS), comienza a transformarse en martensita.

A medida que desciende la temperatura, aumenta la cantidad de martensita y disminuye la de austenita subenfriada.

Cuando la temperatura alcanza los -50 °C (MF), la austenita subenfriada se ha transformado completamente en martensita.

Así, la estructura entre MS y MF consiste en martensita y austenita retenida.

Debido a las variaciones en el contenido de carbono, la martensita presenta dos formas.

La martensita con alto contenido en carbono adopta una forma de aguja, conocida como martensita en aguja.

Por el contrario, la martensita con bajo contenido en carbono tiene forma de placa y se denomina martensita tipo placa.

TejidoContenido de carbono (%)Propiedades mecánicas
HRC(Mpa)ak
J/cm2
Ψ(%)
Baja emisión de carbono0.240~4515006020~30
Alto contenido en carbono1.260~6550052~4

Tabla 4-5 comparación de las propiedades del acero martensítico de bajo contenido en carbono 15MnVB y templado y revenido Acero 40Cr

Calidad del acero15MnVB40Cr
EstadoEstado de temple y revenido de la martensita de bajo contenido en carbono
HRC4338
σo.2/MPa1133800
σb/MPa13531000
δ5(%)12.69
φ(%)5145
ak/Jcm-29560
ak(-50℃)/J.cm-270≤40

(2) Refrigeración continua

Fig. 3-9 Curva de transformación por enfriamiento del acero eutectoide

a. Refrigeración con horno

Cuando la curva de enfriamiento se cruza con la línea de inicio de la transformación en perlita, comienza la transformación de austenita en perlita.

Una vez que la curva de enfriamiento se cruza con la línea final de la transición, la transformación se ha completado.

Como resultado de la transformación que se produce dentro de la región de perlita, se forma una estructura de perlita.

b. Refrigeración por aire

Como resultado de la rápida velocidad de enfriamiento, la transformación tiene lugar en la región de sorbita, produciendo ferrita como producto de transformación.

c. refrigeración por aceite

La curva de enfriamiento sólo se cruza con la línea de inicio de la transformación en perlita (en la zona de transformación en troostita), pero no se cruza con la línea final.

Como resultado, sólo una parte de la austenita se transforma, dando lugar a la formación de troostita como producto de transformación. La porción restante de austenita se transforma en martensita al enfriarse hasta la línea MS.

Por último, un estructura de la martensita y se obtiene troostita.

Se refiere al producto que se ha enfriado en aceite.

d. Refrigeración por agua.

Debido a la rápida velocidad de enfriamiento, la curva de enfriamiento no se cruza con la línea de inicio de la transformación en perlita.

Cuando se enfría por debajo de la línea de inicio de la transformación en martensita, la austenita se transforma en martensita.

Comparación entre la curva de enfriamiento continuo y la curva isotérmica C

La curva de enfriamiento continuo se sitúa en la parte inferior derecha de la curva isotérmica C, con una temperatura de transformación P más baja y una duración más larga.

Los aceros eutectoides e hipereutectoides presentan una línea de terminación de la transformación P, pero ninguna transformación de tipo B durante el enfriamiento continuo.

Para el acero hipoeutectoide, el subenfriamiento en un intervalo de temperatura específico durante el enfriamiento continuo puede dar lugar a una transformación parcial en B.

Determinar la curva de transformación en enfriamiento continuo es un reto, por lo que muchos aceros aún carecen de esta información.

En el tratamiento térmico práctico, el proceso de transformación en enfriamiento continuo suele estimarse tomando como referencia la curva C.

Comparación de la curva TTT y la curva CCT del acero al carbono eutectoide

Curva TT de los aceros hipoeutectoides e hipereutectoides

2. Endurecimiento del acero

(1) Concepto de templabilidad

La dureza del acero se refiere a la profundidad a la que puede endurecerse el acero durante el temple, que es una característica del acero.

Durante el enfriamiento rápido, la velocidad de enfriamiento varía en las distintas secciones de la pieza.

La superficie se enfría a mayor velocidad, superando el tasa de enfriamiento crítica para la formación de martensita. En consecuencia, a estructura martensítica se forma después del enfriamiento.

A medida que la velocidad de enfriamiento disminuye hacia el centro, si la velocidad de enfriamiento a cierta profundidad desde la superficie cae por debajo de la velocidad de enfriamiento crítica requerida para la formación de martensita en el acero, entonces la pieza no se endurecerá completamente ya que habrá una estructura no martensítica presente después del temple.

(2) Efecto de la templabilidad en las propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas de los aceros con buena templabilidad son uniformes en toda la sección, mientras que las de los aceros con mala templabilidad varían a lo largo de la sección. Las propiedades mecánicas, en particular la tenacidad, disminuyen a medida que nos acercamos al centro.

Fig. 5-53 Comparación de las propiedades mecánicas de aceros con diferente templabilidad tras el tratamiento de temple y revenido.

a) Eje endurecido

b) Eje no endurecido

(3) Determinación y expresión de la templabilidad

Existen varios métodos para determinar la templabilidad. El método más utilizado, tal como se especifica en la norma GB225, es el ensayo de temple final para acero estructural. Este ensayo mide el espesor de la capa templable.

Otra medida comúnmente utilizada de la templabilidad es el diámetro crítico. Este valor representa el diámetro máximo de la estructura semimartensítica (50%) que puede alcanzarse en el centro del acero tras el temple en un medio refrigerante. Se denomina Do.

Método de enfriamiento superior

Diámetro crítico de enfriamiento

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Shane
Autor

Shane

Fundador de MachineMFG

Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.

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