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Las estructuras que se han visto hasta ahora sólamente se obtienen cuando el enfriamiento es muy lento. En particular, para conseguir que un acero eutectoide se quede como perlita es necesario que transcurran muchas horas para que se desplacen los átomos de las redes y la cementita y la ferrita acaben formando las consabidas capas alternadas.
Cuando la austenita se enfría más rápidamente se obtiene un material similar a la perlita pero con una microestructura menos definida, que se llama bainita. Cuando el enfriamiento de la austenita es muy rápido, el carbono disuelto no tiene tiempo de salir de la red y la estructura se queda "congelada"; al material resultante se le denomina martensita, que tiene una gran resistencia mecánica y una elevada tenacidad. Este proceso de congelación se llama temple o templado.
Perlita
Bainita
Martensita
En realidad, el carbono de la austenita se queda bloqueado dentro de la red, pero la contracción y la tendencia a que la estructura se transforme en la red BCC de la ferrita es tan fuerte, que los átomos de carbono deforman el cristal, creando una red centrada en el cuerpo pero tetragonal (BCT):
Con objeto de analizar las distintas estructuras que se obtienen al variar la temperatura y el tiempo de enfriamiento, se lleva a cabo un ensayo que consiste en calentar un gran número de placas de acero (digamos 100) de una determinada composición por encima de su temperatura A3, a fin de que todas las placas se transformen en austenita. A continuación se introduce una serie de placas (por ejemplo 10) en un baño de sales cuya temperatura se mantiene constante. Otra serie (otras 10, por ejemplo) se introducen en otro baño que se mantiene a temperatura diferente, y así sucesivamente. De cada baño se extrae una placa cada cierto tiempo, para templarla y ver su microestructura. De esta forma se anota el tiempo que ha tardado en empezar la transformación, así como el instante en que la transformación se ha completado, y se obtienen los diagramas tiempo-temperatura-transformación, conocidos simplemente como curvas TTT:
Al representar un enfriamiento en el diagrama TTT, se puede analizar qué estructura se obtendrá, estudiando si ha comenzado la transformación de la austenta, si se ha completado la transformación, hasta qué proporción, etc.
Los tratamientos térmicos básicos del acero se pueden resumir como:
Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que A3 y se enfría luego rápidamente en un medio como agua o aceite. Las contracciones que conlleva el enfriamiento dan lugar a que las piezas queden con tensiones internas y hasta se agrieten.
Revenido: Sólo se aplica a aceros previamente templados, para eliminar las tensiones creadas en el temple, conservando parte de la dureza y mejorando la tenacidad. Consiste en calentar hasta temperaturas inferiores a A3 para permitir una ligera expulsión del carbono de la martensita y después enfriar el material.
Recocido: Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenitización (800-925ºC) seguido de un enfriamiento muy lento para anular totalmente el temple. Se realiza para facilitar el mecanizado de las piezas al ablandar el material.
Normalizado: Tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Es un tratamiento idéntico al recocido, con una velocidad de enfriamiento algo más rápida. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido.
En la siguiente animación se pueden ver algunos de estos tratamientos:
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