Metalurgia de los Aceros

Profesores y tecnólogos: Ing. Lucio Iurman / Ing. Luis Dutari /I Ing. Virginia Aranda / Dr. Ing. Roberto Bruna

Objetivos de la asignatura:

- Comprender las diferencias en el comportamiento mecánico de diferentes metales.
- Valorar la importancia tecnológica de la estructura de los metales.
- Obtener una visión completa de los cristales metálicos reales. Comprender el rol de la energía interna de los sistemas cristalinos en la regulación de los tipos y concentraciones de defectos en la estructura de los metales.
- Vincular la respuesta mecánica de un sistema cristalino con la acción de fuerzas externas aplicadas sobre el mismo.
- Comprender el efecto del empaquetamiento atómico y de la presencia de defectos en el mismo en las propiedades mecánicas de los metales.
- Comprender el efecto de la temperatura y de la composición química en las fases presentes en los aceros.
- Sentar las bases de los tratamientos térmicos.
- Incorporar la variable tiempo en el estudio de las fases presentes en los aceros descritas en el punto anterior.
- Diferenciar las reacciones con difusión de aquéllas en las que este mecanismo no tiene lugar.
- Aprender a usar las herramientas disponibles para obtener propiedades diferentes en una misma pieza de acero mediante la modificación de las fases presentes en su estructura.
- Comprender los mecanismos de ablandamiento que pueden operar en un metal deformado en frío.
- Establecer la diferencia metalúrgica entre trabajado en frío y trabajado en caliente.
- Estudiar las combinaciones de cantidad de deformación, velocidad de deformación, temperatura y composición de los aceros que dan lugar a microestructuras con propiedades mecánicas definidas.

Temario:

Clase 1. Estructuras Cristalinas y su caracterización

- Importancia tecnológica de la estructura de los materiales.
- Enlaces atómicos. Energías y distancias interatómicas.
- Estructuras amorfas y estructuras cristalinas.
- Redes espaciales y sistemas cristalinos. Empaquetamiento cúbico centrado en el cuerpo, cúbico centrado en las caras, hexagonal compacto.
    - Planos y direcciones cristalinas. Índices de Miller.
    - Sitios intersticiales.
    - Transformaciones alotrópicas y polimórficas.
    - Difracción de rayos X.
    - Técnicas de Laue y de Debye-Scherrer.

Clase 2. Defectos en Cristales Metálicos

Imperfecciones puntuales:
    - Vacancias.
    - Átomos sustitucionales.
    - Átomos intersticiales.
Imperfecciones lineales:
    - Dislocaciones.
    - Geometría de las dislocaciones.
    - Movimiento de las dislocaciones.
    - Interacción de dislocaciones con otros defectos.
    - Dislocaciones parciales.
Imperfecciones superficiales:
    - Límites de granos.
    - Maclas.
    - Fallas de apilamiento.
    - Límites entre fases diferentes.
    - Interfaces coherentes e incoherentes.

Clase 3. Relación Entre Microestructura y Propiedades (Mecánicas; Eléctricas y Magnéticas)

Definición de propiedades mecánicas:
- Resistencia.
- Capacidad de deformación sin romperse.
- Tenacidad.

Deformación plástica en cristales metálicos:
Deformación por deslizamiento:
- Fenomenología.
- Bandas y líneas de deslizamiento.
- Sistemas de deslizamiento.
- Tensión de corte crítica resuelta.
- Deslizamiento en una red perfecta.
- Dislocaciones y deslizamiento.
- Deformación por maclado.
- Curvas tensión-deformación de metales puros: Etapas y mecanismos.
- Deformación plástica de policristales metálico.

Mecanismos de endurecimiento de los metales:
Mecanismos de endurecimiento de metales puros:
- Efecto de la temperatura.
- Efecto del tamaño de grano.
- Deformación en frío.

Mecanismos de endurecimiento de aleaciones metálicas:
- Solución sólida.
- Segundas fases.
- Dispersión y Precipitación.
- Aleaciones ordenadas.
- Transformaciones martensíticas.

Propiedades Magnéticas y Eléctricas:
- Definición de propiedades Magnéticas y Eléctricas.
- Fenomenología.
- Correlación básica con fases y microestructuras.

Clase 4. Diagrama Hierro – Carbono

- Transformaciones alotrópicas del hierro puro.
- Diagrama de equilibrio hierro-carbono y metaestable hierro-carburo de hierro. Aceros y fundiciones de hierro. Ferrita, austenita, cementita.
- Reacciones peritéctica, eutéctica y eutectoide.
- Microestructura de los aceros hipoeutectoides e hipereutectoides. Regla de la palanca.
- Modificaciones del diagrama hierro-carbono en función de: Velocidad de calentamiento/enfriamiento. Elementos aleantes; alfágenos/gamágenos.

Clase 5. Solidificación

- Transformaciones liquido sólido, etapas de nucleación y crecimiento.
- Estructuras obtenidas en el proceso de solidificación de barras y planchones de colada continua.
- Conceptos de micro y macro segregación.
- Efecto del proceso de solidificación en trasformaciones metalúrgicas posteriores.

Clase 6. Precipitación en Aceros

- Influencia del tiempo y de la temperatura en la descomposición de la austenita.
- Transformaciones difusivas y desplacivas.
- Nucleación y crecimiento de fases en estado sólido.
- Precipitación de fases proeutectoides.
- Reacción austenita – perlita.
- Reacción austenita – bainita: Bainita superior-Bainita inferior.
- Transformación martensítica.
- Diagrama TTT en aceros eutectoides y no eutectoides.
- Efecto de los elementos aleantes sobre el diagrama TTT.
- Transformaciones en enfriamiento continuo.

Clase 7. Tratamientos Térmicos

- Objeto de los tratamientos térmicos.
- Etapas de un tratamiento térmico:
    - Calentamiento.
    - Homogeneización.
    - Enfriamiento.
- Recocido: Diferentes tipos de recocido. Estructuras y propiedades resultantes.
- Normalizado.
- Temple. Influencia del contenido de carbono. Templabilidad: Influencia de los elementos aleantes.
- Revenido. Etapas del revenido. Dureza secundaria.

Clase 8. Deformación, Recristalización y Crecimiento de grano

- Cantidad de energía almacenada durante la deformación en frío.
- Etapas en la liberación de la energía almacenada: Recuperación, recristalización y crecimiento de grano.
- Recuperación: Cambio en la: Resistividad eléctrica.
    - Dureza.
    - Poligonización y subgranos.
    - Recuperación dinámica.
- Recristalización: Variables importantes en la recristalización: Deformación.
    - Temperatura.
    - Pureza.
    - Tamaño de grano.
- Cinética de la recristalización: Nucleación.
    - Crecimiento: Influencia de la orientación
    - Influencia de los solutos
    - Influencia de los precipitados
- Tamaño de grano recristalizado.
- Recristalización dinámica.
- Texturas de recristalización.
- Crecimiento de grano. Ley de crecimiento de grano. Efectos limitadores de impurezas, precipitados.
- Orientaciones preferidas por crecimiento de grano.

Clase 9 y 10. Tratamientos Termomecánicos

- Definición y objetivos.
- Cambios estructurales durante el calentamiento de los aceros.
- Tipos de procesos de restauración de granos:
    - Dinámico.
    - Metadinámico.
    - Estático.
- Efecto de la temperatura y de los elementos aleantes.
- Factores que afectan la deformación crítica para la recristalización.
- Cambios estructurales en los aceros durante el enfriamiento.
- Clasificación de los tratamientos termomecánicos.
- Tratamientos termomecánicos durante la laminación de aceros. Relevancia del enfriamiento como herramienta metalúrgica para modificar las propiedades y microestructura de los aceros laminados.
- Tipos de procesos de laminación controlada.
- Efecto de los elementos aleantes durante la laminación controlada.
- Laminación controlada y recocido de los aceros.