El temple del acero

By | 7 junio, 2014

El temple se consigue al calentar las espadas al rojo vivo, alrededor de 800°C y enfriarla súbitamente por inmersión en un fluido (agua, por ejemplo). El temple se debe a una importante transformación de la estructura atómica del acero.

Cuando el acero, después de estar al rojo vivo, se deja enfriar lentamente, los átomos de hierro se acomodan formando la red cristalina llamada ferrita. Los átomos que no acepta la ferrita se segregan formando laminillas de carburo de hierro (Fe3C). Los átomos en los metales se comportan como esferas duras de un diámetro característico en contacto unas con otras.

El hierro tieneferrita soldadura un diámetro de 2.5 Å, un cuarto de millonésima de milímetro, el carbono es ligeramente menor que 1.1Å. Un corte ilustrativo de la ferrita se indica en la imagen, donde los átomos de hierro ocupan lasesquinas y el centro del cubo. En las esquinas se dibuja un octavo de esfera solamente.Esta red es conocida en cristalografía como cúbica centrada en el cuerpo. Los pocos átomos que acepta la ferrita encuentran acomodo en los huecos que quedan entre las esferas de hierro. De acuerdo con el tamaño de las esferas de carbono, éstas caben en la ferrita, solamente.

 

Cuando el acero se calienta al rojo vivo la estructura atómica del acero cambia. Arriba de 727°C empiezan a desaparecer las fases ferrita y cementita para dar lugar a la formación de otra fase llamada austenita. Los cambios de fase de las aleaciones se ilustran en los llamados diagramas de fases. En la imagen  se muestra el de las aleaciones de hierro y carbono. En la abscisa se indica el contenido de carbono que vadesde cero, para el hierro puro, hasta 4.8%. En la ordenada se marca la temperatura.Las fases presentes en el acero dependen tanto de su contenido de carbono como de su temperatura.austenita acero soldadura

Como se decía antes, abajo de 727°C los aceros contienen las fases ferrita y cementita (a +Fe3C). Sin embargo, arriba de esta temperatura pueden existir la ferrita y la austenita (a+g) y si el contenido de carbono es mayor que 0.8%, la austenita y la cementita. En cualquier caso siempre hay austenita a temperaturas arriba de 727°C. Los átomos de hierro en la fase austenita asumen las posiciones en una red cristalina cúbica centrada en las caras, como se indica en la figura 15. Los átomos de hierro se acomodan ocupando las esquinas y el centro de cada cara en una estructura cúbica. En este caso, los átomos de carbono caben en el centro de cada una de las aristas de los cubos. La fase austenita puede admitir dentro de su red cristalina hasta un 2% de
carbono a una temperatura de 1 150°C, como puede verse en el diagrama de fases de la figura . Nótese que la austenita tiene una capacidad para aceptar carbono que es del orden de 40 veces superior a la ferrita.

En la etapamartensita acero soldadura inicial del temple del acero, cuando se pasa de una estructura de ferrita y cementita a una de austenita y de mentita, es decir al calentar al rojo vivo, una parte de la cernentita se descompone para enriquecer de carbono las zonas donde debe formarse la austenita. Cuando el acero se estabiliza al rojo vivo su fase austenita contiene alrededor del 1% de carbono, mientras que la cementita que no se disuelve sigue siendo Fe3C. En estas condiciones, si el acero fuera enfriado lentamente hasta la temperatura ambiente, el carbono se difundiría en el acero para acomodarse en las posiciones y proporciones adecuadas formando de nuevo la estructura de ferrita y cementita. ¿Y qué pasa si el enfriamiento es súbito? ¿Qué hace el carbono cuando de ser ampliamente aceptado en la red cristalina de la austenita se encuentra en una situación de inquilino indeseado en la ferrita? Pues pasa lo de siempre: el ambiente se pone tenso, el acero se ha templado.

El carbono queda atrapado en el mismo sitio donde se encontraba en la austenita y al tratar de acomodarse los átomos de hierro en la red cristalina de la ferrita, el espacio del carbono se vuelve insuficiente. Lo que se produce es una fase llamada martensita, con la red cristalina distorsionada que se describe en la figura . La martensita no es una fase de equilibrio, existe sólo porque “agarraron al carbono fuera de base”. Es una fase muy dura y muy elástica, que es lo que se necesita a la hora de los espadazos.

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