Acero hipoeutectoide: estructura, propiedades, producción y aplicación

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

El uso de aceros al carbono está muy extendido en la construcción y la industria. El grupo de los llamados hierros técnicos tiene muchas ventajas que conducen a un mayor rendimiento de los productos y estructuras finales. Junto con las características óptimas de fuerza y resistencia a la tensión, estas aleaciones también se distinguen por propiedades dinámicas flexibles. En particular, el acero hipoeutectoide, que también contiene un porcentaje considerable de mezclas de carbono, es valorado por su alta ductilidad. Pero estas no son todas las ventajas de esta variedad de hierro de alta resistencia.

Información general sobre la aleación

Una característica distintiva del acero es la presencia de impurezas de aleaciones especiales y carbono en la estructura. En realidad, la aleación hipoeutectoide está determinada por el contenido de carbono. Aquí es importante distinguir entre los aceros clásicos eutectoideos y los de ledeburita, que tienen mucho en común con la variedad de hierro técnico descrita. Si consideramos la clase estructural del acero, entonces la aleación hipoeutectoide se referirá a los eutectoides, pero que contienen ferritas y perlitas aleadas. La diferencia fundamental con los hipereutectoides es el nivel de carbono por debajo del 0,8%. Excediendo estoEl indicador nos permite clasificar el acero como eutectoide de pleno derecho. De alguna manera, lo opuesto al hipoeutectoide es el acero hipereutectoide, que además de perlita también contiene impurezas secundarias de carburos. Así, hay dos factores principales que permiten distinguir las aleaciones hipoeutectoides del grupo general de eutectoides. En primer lugar, se trata de un contenido de carbono relativamente pequeño y, en segundo lugar, se trata de un conjunto especial de impurezas, cuya base es la ferrita.

Tecnología de producción

El proceso tecnológico general para la fabricación de acero hipoeutectoide es similar a la producción de otras aleaciones. Es decir, se utilizan aproximadamente las mismas técnicas, pero en diferentes configuraciones. El acero hipoeutectoide requiere una atención especial en cuanto a la obtención de su estructura específica. Para esto, se utiliza una tecnología para garantizar la descomposición de la austenita en el contexto del enfriamiento. A su vez, la austenita es una mezcla combinada, que incluye la misma ferrita y perlita. Al regular la intensidad del calentamiento y enfriamiento, los tecnólogos pueden controlar la dispersión de este aditivo, que finalmente afecta la formación de ciertas cualidades de desempeño del material.

Sin embargo, el carbono proporcionado por la perlita sigue siendo el mismo. Aunque el recocido posterior puede corregir la formación de la microestructura, el contenido de carbono estará en el rango de 0,8%. Una etapa obligatoria en el proceso de formación de estructuras de acero es la normalización. Este procedimiento es necesario para la optimización fraccionada de granos del mismoaustenita En otras palabras, las partículas de ferrita y perlita se reducen a tamaños óptimos, lo que mejora aún más las prestaciones técnicas y físicas del acero. Este es un proceso complejo en el que mucho depende de la calidad de la regulación de la calefacción. Si se supera el régimen de temperatura, es posible que se produzca el efecto contrario: un aumento de los granos de austenita.

Recocido de acero

Se practica el uso de varios métodos de recocido. Existe una diferencia fundamental entre las técnicas de recocido total y parcial. En el primer caso, la austenita se calienta intensamente hasta una temperatura crítica, después de lo cual se normaliza mediante enfriamiento. Aquí es donde ocurre la descomposición de la austenita. Como regla, el recocido completo de los aceros se realiza en el régimen de 700-800°C. El tratamiento térmico a este nivel solo activa los procesos de descomposición de los elementos de ferrita. La tasa de enfriamiento también se puede ajustar, por ejemplo, el personal del horno puede operar la puerta de la cámara cerrándola o abriéndola. Los últimos modelos de hornos isotérmicos en modo automático pueden realizar un enfriamiento lento de acuerdo con un programa dado.

En cuanto al recocido incompleto, se produce por calentamiento a una temperatura superior a 800 °C. Sin embargo, existen serias limitaciones en el tiempo de mantenimiento del efecto de temperatura crítica. Por este motivo se produce un recocido incompleto, por lo que la ferrita no desaparece. En consecuencia, no se eliminan muchas deficiencias en la estructura del material futuro. ¿Por qué es necesario tal recocido de los aceros si no mejora las propiedades físicas?¿calidad? De hecho, es un tratamiento térmico incompleto que le permite mantener una estructura suave. Es posible que el material final no se requiera en todas las aplicaciones específicas de los aceros al carbono per se, pero permitirá un fácil mecanizado. La aleación blanda pro-eutectoide es fácil de cortar y menos costosa de fabricar.

Normalización de aleación

Después de la cocción llega el turno de los procedimientos de tratamiento térmico incrementado. Hay operaciones de normalización y calentamiento. En ambos casos, estamos hablando de un efecto térmico en la pieza de trabajo, en el que la temperatura puede superar los 1000 °C. Pero en sí, la normalización de los aceros hipoeutectoideos se produce tras la finalización del tratamiento térmico. En esta etapa comienza el enfriamiento en condiciones de aire quieto, durante el cual tiene lugar la exposición hasta la completa formación de austenita de grano fino. Es decir, el calentamiento es una especie de operación preparatoria antes de llevar la aleación a un estado normalizado. Si hablamos de cambios estructurales específicos, la mayoría de las veces se expresan en una disminución del tamaño de la ferrita y la perlita, así como en un aumento de su dureza. Las cualidades de resistencia de las partículas aumentan en comparación con las que se logran mediante los procedimientos de recocido.

Después de la normalización, puede seguir otro procedimiento de calentamiento de exposición prolongada. Luego, la pieza de trabajo se enfría y este paso se puede realizar de diferentes maneras. El acero hipoeutectoide final se obtiene ya sea en aire o enhornos de enfriamiento lento. Como muestra la práctica, la aleación de la más alta calidad se forma utilizando la tecnología completa de normalización.

El efecto de la temperatura en la estructura de la aleación

La intervención de la temperatura en el proceso de formación de la estructura de acero comienza desde el momento de la transformación de la masa ferrítico-cementítica en austenita. En otras palabras, la perlita pasa a un estado de mezcla funcional, que en parte se convierte en la base para la formación de acero de alta resistencia. En la siguiente etapa del tratamiento térmico, el acero endurecido elimina el exceso de ferrita. Como ya se señaló, no siempre se elimina por completo, como en el caso del recocido incompleto. Pero la aleación hipoeutectoide clásica aún implica la eliminación de este componente austenítico. En la siguiente etapa, la composición existente ya está optimizada con la expectativa de formar una estructura optimizada. Es decir, hay una disminución en las partículas de la aleación con la adquisición de propiedades de mayor resistencia.

La transformación isotérmica con una mezcla sobreenfriada de austenitas se puede realizar de diferentes modos y el nivel de temperatura es solo uno de los parámetros controlados por el tecnólogo. También varían los intervalos máximos de exposición térmica, velocidad de enfriamiento, etc.. Dependiendo del modo de normalización elegido, se obtiene un acero templado con unas características técnicas y físicas determinadas. Es en esta etapa que también es posible establecer propiedades operativas especiales. Un ejemplo sorprendente es una aleación con una estructura blanda, obtenida con el objetivo de un procesamiento posterior eficiente. Pero la mayoría de las veceslos fabricantes aún se enfocan en las necesidades del consumidor final y sus requisitos para las principales cualidades técnicas y operativas del metal.

Estructura de acero

El modo de normalización a una temperatura de 700 °C provoca la formación de una estructura en la que los granos de ferritas y perlitas formarán la base. Por cierto, los aceros hipereutectoides tienen cementita en su estructura en lugar de ferrita. A temperatura ambiente, en estado normal, también se nota el contenido de ferrita en exceso, aunque esta parte se minimiza a medida que aumenta el carbono. Es importante destacar que la estructura del acero depende en pequeña medida del contenido de carbono. Prácticamente no afecta el comportamiento de los componentes principales durante el mismo calentamiento, y casi todo está concentrado en perlita. En realidad, la perlita se puede utilizar para determinar el nivel de contenido de la mezcla de carbono; por regla general, este es un valor insignificante.

Otro matiz estructural también es interesante. El hecho es que las partículas de perlita y ferrita tienen la misma gravedad específica. Esto significa que por la cantidad de uno de estos componentes en la masa total, puede averiguar cuál es el área total que ocupa. Por lo tanto, se estudian superficies de microsección. Dependiendo del modo en que se haya calentado el acero hipoeutectoide, también se forman los parámetros fraccionarios de las partículas de austenita. Pero esto sucede casi en un formato individual con la formación de valores únicos; otra cosa es que los límites para varios indicadores siguen siendo estándar.

Propiedades del acero hipoeutectoide

Este metal pertenecea los aceros bajos en carbono, por lo que no debe esperar un rendimiento especial de él. Baste decir que, en términos de características de resistencia, esta aleación es significativamente inferior a los eutectoides. Esto se debe a las diferencias en la estructura. El hecho es que la clase de acero hipoeutectoide con el contenido de ferritas en exceso es inferior en resistencia a los análogos que tienen cementita en el conjunto estructural. En parte por esta razón, los tecnólogos recomiendan el uso de aleaciones para la industria de la construcción, en cuya producción se implementó al máximo la operación de cocción con desplazamiento de ferritas.

Si hablamos de las excepcionales propiedades positivas de este material, son la plasticidad, la resistencia a los procesos biológicos naturales de destrucción, etc. Al mismo tiempo, el endurecimiento de los aceros hipoeutectoides puede añadir una serie de cualidades adicionales a la metal. Por ejemplo, puede ser tanto una mayor resistencia térmica como la ausencia de predisposición a los procesos de corrosión, así como toda una gama de propiedades protectoras inherentes a las aleaciones convencionales con bajo contenido de carbono.

Áreas de aplicación

A pesar de una ligera disminución en las propiedades de resistencia debido al hecho de que el metal pertenece a la clase de aceros ferríticos, este material es común en diferentes áreas. Por ejemplo, en ingeniería mecánica se utilizan piezas fabricadas con aceros hipoeutectoides. Otra cosa es que se utilizan altos grados de aleaciones, en cuya fabricación se utilizaron tecnologías avanzadas de cocción y normalización. Además, la estructura del acero hipoeutectoide con un contenido reducido de ferrita es bastantepermite el uso de metal en la producción de estructuras de construcción. Además, el costo asequible de algunos grados de acero de este tipo le permite contar con ahorros significativos. A veces, en la fabricación de materiales de construcción y módulos de acero, no se requiere en absoluto una mayor resistencia, pero sí la resistencia al desgaste y la elasticidad. En tales casos, se justifica el uso de aleaciones hipoeutectoides.

Producción

Muchas empresas se dedican a la fabricación, preparación y producción de metal hipoeutectoide en Rusia. Por ejemplo, la Planta de Metales No Ferrosos de Ural (UZTSM) produce varios grados de acero de este tipo a la vez, ofreciendo al consumidor diferentes conjuntos de propiedades técnicas y físicas. La planta siderúrgica Ural produce aceros ferríticos, que incluyen componentes aleados de alta calidad. Además, las modificaciones de aleaciones especiales están disponibles en el surtido, incluidos los metales resistentes al calor, con alto contenido de cromo y acero inoxidable.

Metalloinvest también se puede destacar entre los mayores productores. En las instalaciones de esta empresa se producen aceros estructurales con estructura hipoeutectoide, diseñados para su uso en la construcción. En este momento, la planta de acero de la empresa está trabajando de acuerdo con los nuevos estándares, lo que permite mejorar el punto débil de las aleaciones de ferrita: el indicador de resistencia. En particular, los tecnólogos de la empresa están trabajando para aumentar el factor de intensidad de la tensión, para optimizar la resistencia al impacto y la resistencia a la fatiga del material. Esto nos permite ofrecer aleaciones casi universales.

Conclusión

Hay varias propiedades técnicas y operativas de los metales industriales y de construcción que se consideran básicas y se mejoran regularmente. Sin embargo, a medida que los diseños y los procesos tecnológicos se vuelven más complejos, también surgen nuevos requisitos para la base del elemento. En este sentido, se manifiesta claramente el acero hipoeutectoide, en el que se concentran diferentes cualidades de desempeño. El uso de este metal se justifica no en los casos en que se necesite una pieza con varias prestaciones ultra altas, sino en situaciones en las que se requieran conjuntos especiales atípicos de diferentes propiedades. En este caso, el metal ejemplifica la combinación de flexibilidad y ductilidad con una óptima resistencia al impacto y las cualidades protectoras básicas que se encuentran en la mayoría de las aleaciones de carbono.