¿Qué es el acero?
El acero es una aleación entre hierro y carbono, con un porcentaje de carbono inferior al 2.1%. Esta adición de carbono al hierro le proporciona al hierro (denominado dulce cuando su pureza es muy alta) unas propiedades mejoradas con respecto al hierro. El acero es empleado en material quirúrgico, en construcción, en material de cocina, en material de laboratorio aunque el uso más conocido puede ser en armamento.
Las aleaciones con porcentajes de carbono superior al 2.1% ya no se consideran aceros, sino fundiciones. Estas fundiciones tienen propiedades diferentes al acero, por ejemplo, su dureza es mayor pero aumenta mucho su fragilidad, es decir, es más fácil romperlo con un golpe seco. Las fundiciones son muy usadas en las tapas del alcantarillado, debido a que aguantan una gran cantidad de peso pero son frágiles a los golpes fuertes (todos hemos visto alguna tapa de alcantarilla rota).
¿Y de donde viene esa diferenciación en 2.1%? Esto se debe a que, a partir del 2.1% empieza a aparecer una fase de Fe3C, más iónica, que aporta un extra de dureza pero también de fragilidad, que muchas veces es indeseable.
¿Cómo se consigue el acero?
Inicialmente se cree que fue accidental, al calentar el hierro para fundirlo en hornos de carbón, donde pequeñas cantidades del carbón en el humo se depositaron en el hierro, confiriéndole nueva propiedades.
El proceso que realmente ocurre es que, por diferencia de tamaños atómicos, el carbono es capaz de colocarse en los pequeños huecos que deja el hierro en su estructura, creando un tipo compuesto denominado intersticial (por que el carbono se coloca en los huecos o intersticios).
Dependiendo del porcentaje de carbono que tenga, de la temperatura a la que se haya calentado y a la velocidad que se haya enfriado se obtienen diferentes tipos de acero. Las estructuras que se obtienen se muestras en un diagrama en el que, en el eje de abscisas (horizontal), se muestra el porcentaje de carbono y, en el eje de ordenadas (vertical), se muestra la temperatura.
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| Diagrama hierro-carbono con nombres de cada fase (si no se puede ver os dejo el enlace abajo) https://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Diagrama_Fe_C_zona_de_los_aceros.svg |
En este diagrama se representan las transformaciones que sufren los aceros al carbono con la temperatura, admitiendo que el calentamiento (o enfriamiento) de la mezcla se realiza muy lentamente, de modo tal que los procesos de difusión (homogeneización) tengan tiempo para completarse. Por tanto, sabemos qué fase se va a obtener a partir del porcentaje en carbono y la temperatura de calentamiento. Para fijar alguna de las estructuras se utiliza la técnica del templado.
El templado es es un tratamiento térmico consistente en el rápido enfriamiento de la pieza para obtener determinadas propiedades de los materiales. Se evita que los procesos de baja temperatura, tales como transformaciones de fase, se produzcan al solo proporcionar una estrecha ventana de tiempo en el que se produce el cambio de fase. Esto permite que el acero se fortalezca y endurezca.
Cada estructura (austenita, perlita, cementita, ferrita, cementita) tiene unas propiedades de dureza y tenacidad diferente por lo que cada estructura puede ser apta para diferentes fines, por lo que controlar la temperatura de calentamiento y el porcentaje de carbono es crítico en ciertas aplicaciones.
¿Cómo se qué estructura tengo?
Cada estructura tiene un orden tridimensional diferente por lo que bajo el microscopio se ven diferentes. Tras un tratamiento ácido, las estructuras pueden identificarse por su forma y su color y su forma bajo el microscopio. Hay múltiples libros e información multimedia donde se pueden ver las micrografías obtenidas para cada estructura.
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| Micrografía del acero de una pistola (Enciclopedia Británica, 1911) |
Otra forma indirecta de saber qué estructura tenemos (o al menos poder estimarlo) es a través de ensayos físicos, como los ensayos de dureza. A partir de la dureza obtenida y del porcentaje de carbono se puede estimar la estructura obtenida en el templado.
Hasta aquí el post de esta semana. Espero que a partir de hoy veas programas como "Forjado a Fuego" (Forged on Fire) o similares de otra manera. En caso de tener alguna duda, pregunta o querer más información déjalo en los comentarios del post, o en las páginas del blog en Facebook, Instagram o Twitter, en todos con @callofchemistry. Alí también tendréis todas las novedades del blog y las encuestas para la elección de los temas del blog.
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