Segregación en Aleaciones

• Segregación dendrítica (micro): Centro del grano rico en elemento de mayor punto de fusión; bordes ricos en menor punto de fusión.
• Segregación macroscópica: Las zonas que solidifican al final (el centro) concentran el componente con menor temperatura de fusión.
• Segregación por gravedad: Ocurre si hay una diferencia significativa de densidad entre las fases sólida y líquida, provocando que los cristales floten o se hundan.
• Exudación (segregación inversa): Líquido con baja temperatura de fusión migra hacia la pared del molde.
• Recocido de homogeneización: Para eliminar la segregación microscópica, se calienta la aleación a una temperatura inferior a la de la curva solidus (de no equilibrio) para favorecer la difusión.

Transformaciones en Estado Sólido

• Transformación Alotrópica: Cambio de estructura cristalina de un material al variar la temperatura (ej. de FCC a BCC).
  • En elementos puros: Ocurre a una temperatura constante.
  • En aleaciones binarias: Ocurre en un intervalo de temperaturas.

  Consecuencias:

  1. Reducción del tamaño de grano.
  2. Isotropía: las propiedades son iguales en todas direcciones.
  3. Redistribución de impurezas: Las impurezas segregadas en las antiguas juntas de grano quedan atrapadas en el interior de los nuevos granos, mejorando la resistencia mecánica.
  4. Variación de volumen: la diferencia de densidad puede causar grietas en materiales frágiles.
• Precipitación de Compuestos Intermetálicos: Al enfriar una aleación, la fase sólida no puede retener todos los átomos del segundo componente, expulsándolos y formando un compuesto nuevo y duro en los bordes de grano (como en las aleaciones de Al-Cu). Esto permite el endurecimiento por envejecimiento.
  
  Tratamiento de Envejecimiento (3 etapas):
  1. Puesta en solución: Disolver fases a alta temperatura.
  2. Hipertemple: Enfriamiento brusco para evitar la precipitación.
  3. Maduración: Calentar a temperatura controlada para precipitar partículas finas.

Constituyentes del Hierro y Aceros

• Constituyentes alotrópicos del hierro puro: Cambios en su estructura cristalina al variar la temperatura, acompañados de variaciones dimensionales y desprendimiento de calor.
• Constituyentes simples de los aceros: Los aceros son aleaciones de Fe y C, donde el C forma soluciones sólidas de inserción.
  • Austenita: Solución sólida octaédrica de C en Fe (FCC).
  • Ferrita: Solución sólida de inserción de Fe (BCC). Debido a pequeños intersticios, tiene baja solubilidad de C.
  • Cementita: Compuesto intermetálico. Es una fase dura y frágil.
  • Perlita: Mezcla eutectoide formada por láminas de ferrita y cementita.
• Aceros hipoeutectoides: La ferrita actúa como constituyente matriz (dúctil), mientras que la perlita es el constituyente disperso.
• Aceros hipereutectoides: La cementita es el constituyente matriz, lo que los hace duros pero muy frágiles. Ideales para aplicaciones que requieren gran resistencia al desgaste, como herramientas.

Transformaciones en Calentamiento

• Sobrecalentamiento: Crecimiento excesivo del grano austenítico por temperatura demasiado alta o tiempos de permanencia prolongados.
• Quemado: Acercamiento a la temperatura de fusión. Ocurre una oxidación local irreversible que arruina la aleación.

Transformaciones y Velocidad de Enfriamiento

La velocidad de enfriamiento define la microestructura final:

• Enfriamiento lento: Perlita gruesa (baja dureza).
• Enfriamiento rápido: Genera perlita de grano fino o medio, aumentando la dureza (medida en HRC).
• Transformación martensítica: Cuando el enfriamiento es muy rápido (temple), se evita la formación de perlita y bainita. Al alcanzar una temperatura suficientemente baja, la austenita se transforma en martensita. Es una transformación atérmica (no depende del tiempo, solo de la temperatura) y conlleva un aumento de volumen.

Templabilidad y Ensayos

• Templabilidad: Facilidad para realizar el temple. Aumenta con mayor %C, elementos de aleación y mayor tamaño de grano. Las curvas TTT se desplazan a la derecha.
• Tratamientos térmicos: Modificación de la estructura y propiedades mediante ciclos controlados de calentamiento y enfriamiento.
• Severidad del medio refrigerante (H): Medida de la capacidad de un medio para extraer calor. Aumenta con la agitación y la adición de sales.
• Etapas del temple:
  1. Etapa de ebullición: Capa de vapor aislante; enfriamiento lento.
  2. Etapa de ebullición nucleada: La capa de vapor se rompe, generando corrientes de convección y alta velocidad de enfriamiento.
  3. Etapa de convección: Temperatura por debajo del punto de ebullición del medio, reduciendo la velocidad de enfriamiento.
• Ensayo Jominy: Método estandarizado para medir la templabilidad mediante un chorro de agua en un extremo de una probeta cilíndrica.

Revenido y Tratamientos Térmicos Fundamentales

Revenido del acero: Tratamiento posterior al temple para obtener mayor tenacidad y ductilidad, reduciendo la fragilidad de la martensita.

Tratamientos Térmicos Principales

• Normalizado: Enfriamiento al aire para afinar el grano.
• Recocido: Diversos tipos (austenización completa, incompleta, subcrítico, isotérmico, homogeneización, recristalización y relajación de tensiones) para modificar la microestructura.
• Tratamientos Isotérmicos:
  • Martempering: Temple escalonado para reducir deformaciones.
  • Austempering: Transformación en bainita para mayor tenacidad.
  • Patenting: Realizado en baño de plomo fundido.

Tratamientos Superficiales y Modificación Química

• Cementación (Carburación): Enriquecimiento en C de la superficie.
• Nitruración: Adición de N mediante amoniaco; no requiere austenización.
• Carbonitruración: Enriquecimiento simultáneo con C y N.
• Temple superficial: Llama, inducción, láser y chorreado con bolas (shot peening) para mejorar la resistencia superficial.

Clasificación de Aceros y Fundiciones

• Aceros: Clasificados en construcción, herramientas (frío, caliente, rápidos) e inoxidables (ferríticos, martensíticos, austeníticos).
• Fundiciones: Aleaciones Fe-C (2.1-4.5%). Incluyen fundiciones blancas, grises, dúctiles (esferoidales), maleables y especiales.