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Perlita

Micrografía SEM de perlita grabada, 2000X. Tomografía de perlita con sonda atómica. Los puntos rojos indican la posición de los átomos de carbono. Los átomos de hierro no se mue...

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Micrografía SEM de perlita grabada, 2000X.
Tomografía de perlita con sonda atómica. Los puntos rojos indican la posición de los átomos de carbono. Los átomos de hierro no se muestran. El nanotubo se muestra como referencia de tamaño.
La perlita se presenta en el eutectoide del diagrama de fases hierro-carbono (cerca de la parte inferior izquierda).

La perlita es una estructura bifásica , lamelar (o estratificada) compuesta por capas alternas de ferrita (87,5 % en masa) y cementita (12,5 % en masa) que se presenta en algunos aceros y fundiciones . Esta descripción de capas alternas no es del todo correcta, ya que cada colonia de perlita consiste en un bicristal de capas interpenetrantes. Una buena analogía es una col en un cubo de agua, donde todas las hojas (cementita) están conectadas, al igual que el agua (ferrita). Es en secciones bidimensionales donde se observa la apariencia de capas alternas. Durante el enfriamiento lento de una aleación de hierro-carbono, la perlita se forma por una reacción eutectoide cuando la austenita se enfría por debajo de 727 °C (1341 °F) (la temperatura eutectoide). [ 1 ] La perlita es una microestructura presente en la gran mayoría de los aceros estructurales.  

Composición

La composición eutectoide de la austenita en Fe-C es 0,76 % en peso de carbono ; el acero con menor contenido de carbono ( acero hipoeutectoide ) contendrá una proporción correspondiente de ferrita proeutectoide empobrecida en carbono que crece antes de la transformación perlítica de la austenita residual. [ 2 ] De igual modo, los aceros con mayor contenido de carbono ( aceros hipereutectoides ) formarán cementita antes de alcanzar el punto eutectoide. La proporción de ferrita y cementita que se forma por encima del punto eutectoide se puede calcular a partir del diagrama de fases de equilibrio hierro/carburo de hierro utilizando la regla de la palanca .

Los aceros con microestructura perlítica (composición eutectoide) o casi perlítica (composición casi eutectoide) pueden estirarse en alambres delgados. Dichos alambres, a menudo agrupados en cuerdas, se utilizan comercialmente como alambres de piano, cuerdas para puentes colgantes y como cordón de acero para refuerzo de neumáticos. Los altos grados de estirado de alambre (deformación logarítmica superior a 3) dan como resultado alambres perlíticos con resistencias a la fluencia de varios gigapascales. Esto convierte a la perlita en uno de los materiales estructurales masivos más resistentes de la Tierra. [ 3 ] Algunos alambres de acero perlítico hipereutectoide, cuando se estiran en frío a deformaciones reales (logarítmicas) superiores a 5, pueden incluso mostrar una resistencia a la tracción máxima superior a 6 GPa (870 ksi) . [ 4 ] Aunque la perlita se utiliza en muchas aplicaciones de ingeniería, el origen de su extrema resistencia no se comprende bien. Recientemente se ha demostrado que el trefilado en frío no solo fortalece la perlita al refinar la estructura lamelar, sino que también provoca simultáneamente una descomposición química parcial de la cementita, asociada a un mayor contenido de carbono en la fase ferrítica, defectos reticulares inducidos por deformación en las lamelas de ferrita [ 5 ] e incluso una transición estructural de cementita cristalina a amorfa. La descomposición inducida por deformación y el cambio microestructural de la cementita están estrechamente relacionados con otros fenómenos, como una fuerte redistribución del carbono y otros elementos de aleación, como el silicio y el manganeso , tanto en la cementita como en la fase ferrítica; una variación de la acomodación de la deformación en las interfaces de fase debido a un cambio en el gradiente de concentración de carbono en dichas interfaces; y la aleación mecánica [ 6 ] .  

La perlita fue identificada por primera vez por Henry Clifton Sorby y, en un principio, se la denominó sorbita; sin embargo, la similitud de su microestructura con el nácar y, especialmente, el efecto óptico provocado por la escala de su estructura, hicieron que el nombre alternativo se popularizara.

La perlita se forma como resultado del crecimiento cooperativo de ferrita y cementita durante la descomposición de la austenita. La morfología de la perlita se ve significativamente afectada por la velocidad de enfriamiento y la temperatura de bobinado. A temperaturas de bobinado más bajas, la perlita se forma con un espaciado lamelar más fino, lo que resulta en mejores propiedades mecánicas debido a la distribución más fina de las capas de ferrita y cementita. Por el contrario, a temperaturas de bobinado más altas, la perlita se forma con lamelas más gruesas y se observa una menor cantidad de perlita, ya que las partículas gruesas de cementita tienden a dominar la estructura. La difusión de carbono durante la formación de la perlita, justo delante del frente de crecimiento, es fundamental para determinar el espesor de las lamelas y, en consecuencia, la resistencia del acero. [ 7 ]

La bainita tiene una estructura similar, con láminas mucho más pequeñas que la longitud de onda de la luz visible , por lo que carece de este aspecto nacarado. Se prepara mediante un enfriamiento más rápido. A diferencia de la perlita, cuya formación implica la difusión de todos los átomos, la bainita crece mediante un mecanismo de transformación por desplazamiento.

La transformación de perlita en austenita tiene lugar a una temperatura crítica inferior de 723 °C (1333 °F) . A esta temperatura, la perlita se transforma en austenita debido a un proceso de nucleación.  

acero eutectoide

El acero eutectoide puede, en principio, transformarse completamente en perlita; los aceros hipoeutectoides también pueden ser completamente perlíticos si se transforman a una temperatura inferior a la eutectoide normal. [ 8 ] [ 9 ] La perlita puede ser dura y resistente, pero no es particularmente tenaz . Puede ser resistente al desgaste debido a una fuerte red laminar de ferrita y cementita. Ejemplos de aplicaciones incluyen herramientas de corte , alambres de alta resistencia , cuchillos , cinceles y clavos .

Referencias

  1. ↑ Bhadeshia, HKDH (2025), Perlita en aceros , Taylor & Francis, págs.  1-382.
  2. ↑ Bhadeshia, HKDH; Honeycombe, RWK (2024), Aceros: estructura, propiedades y diseño, 5.ª edición , Elsevier, págs. 1-505 .
  3. ↑ Raabe, D.; Choi, PP; Li, YJ; Kostka, A.; Sauvage, X.; Lecouturier, F.; Hono, K.; Kirchheim, R.; Pippan, R.; Embury, D. (2010), Compuestos metálicos procesados ​​mediante deformación extrema: hacia los límites de la resistencia en materiales a granel , vol. 35, MRS Bulletin, pág. 982  .
  4. ↑ Li, Y.; Raabe, D.; Herbig, MJ; Choi, PP; Goto, S.; Kostka, A.; Yarita, H.; Bochers, C.; Kirchheim, R. (2014), "La segregación estabiliza el acero masivo nanocristalino con una resistencia cercana a la teórica", Physical Review Letters , 113 (10) 106104, Bibcode : 2014PhRvL.113j6104L , doi : 10.1103/PhysRevLett.113.106104 , PMID 25238372 .
  5. ↑ Chen, YZ; Csiszár, G.; Cizek, J.; Westerkamp, ​​S.; Borchers, C.; Ungár, T.; Goto, S.; Liu, F.; Kirchheim, R. (2013-04-10). "Defectos en la ferrita rica en carbono de alambres de acero perlítico estirados en frío". Metallurgical and Materials Transactions A . 44 (8): 3882– 3889. Bibcode : 2013MMTA...44.3882C . doi : 10.1007/s11661-013-1723-x . ISSN 1073-5623 . S2CID 135839236 .  
  6. ^ Li, YJ; Choi, PP; Borchers, C.; Westerkamp, ​​S.; Ir a, S.; Raabe, D.; Kirchheim, R. (2011), "Mecanismos a escala atómica de descomposición de cementita inducida por deformación en perlita", Acta Materialia , 59 (10): 3965, Bibcode : 2011AcMat..59.3965L , doi : 10.1016/j.actamat.2011.03.022.
  7. ↑ Alvarenga HD, Van Steenberge N, Sietsma J, Terryn H (febrero de 2017). "La cinética de formación y descomposición de la austenita en relación con la morfología del carburo". Metall Mater Trans A. 48 : 828–840 . doi : 10.1007 /s11661-016-3874-z .
  8. ↑ Alvarenga HD, Van de Putte T, Van Steenberge N, Sietsma J, Terryn H (abril de 2009). "Influencia de la morfología y microestructura de los carburos en la cinética de la descarburación superficial de aceros C-Mn". Metall Mater Trans A. 46 : 123–133 . doi : 10.1007 /s11661-014-2600-y . S2CID 136871961 . 
  9. ↑ "Acero eutectoide - Diccionario de ingeniería - EngNet" . Archivado del original el 10 de julio de 2011. Consultado el 15 de noviembre de 2010 .

Lecturas adicionales

  • Información completa sobre la perlita
  • Introducción a la metalurgia física, de Sidney H. Avner, segunda edición, McGraw Hill Publications.
  • Aceros: Procesamiento, Estructura y Rendimiento , Capítulo 15 Aceros con Alto Contenido de Carbono: Microestructuras Totalmente Perlíticas y Aplicaciones Archivado el 13-08-2012 en Wayback Machine por George Krauss, Edición 2005, ASM International.
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