Importancia de los diagramas TTT en la estimación de microestructuras en una soldadura

Los diagramas TTT son importantes en la estimación de microestructuras en aceros que van a ser tratados térmicamente. Se puede observar las variaciones microestructurales en función de la temperatura y el tiempo en la cual se realiza el enfriamiento de la pieza. En el caso de las soldaduras ocurren diferentes transformaciones que van desde la fundición y solidificación del charco hasta el tratamiento térmico en la zona adyacente a la línea de fusión. Aunque esta no se funde las altas temperaturas y la rapidez de enfriamiento pueden generar cambios microestructurales.

Veamos este ejemplo con dos aceros, el primero SAE 1080 y el segundo AISI 4340, la pregunta realizada es ¿Cual sería las posibles microestructuras de estos aceros en su zona afectada por el calor si la rapidez de enfriamiento es 150°F/s?

Fig. 1 Diagrama TTT Acero SAE 1080

Como pueden observar (Fig. 1) la linea roja muestra el lugar aproximado que representa la velocidad de enfriamiento de esta pieza. Se puede apreciar que toca la zona de transformación martensitica y tambien cruza la linea de transformación perlítica por lo que se puede estimar que la zona afectada por el calor tendrá martensita y perlita como microestructuras finales.

 

 Fig. 2 Diagrama TTT Acero AISI 4340 

En el caso del acero AISI 4340 (Fig. 2) la transfomación es mucho más compleja debido a que a esa rapidez de enfriamiento se atravieza varias zonas de transformación lo cual a su vez se reflejara en diferentes microestructuras que van desde la martensita, pasando por la bainita y ferrita mas perlita. De esta manera los diagramas TTT resultan muy valiosos a la hora de estimar posibles microestructuras en un material y deben ser consultados cuando se tiene conocimiento de la velocidad de enfriamiento de una pieza sea en un tratamiento térmico o durante operaciones de soldadura.

Diferencia entre Metal Puro y Solución Sólida

Un estudiante me preguntó ¿Cual era la diferencia entre un metal puro y una solución sólida porque el no las podía distinguir?

La respuesta a dicha pregunta es muy sencilla y la puedes ver en cualquier diagrama de fases. Primero, un metal puro tiene un punto de fusión definido mientras que una solución sólida no, la temperatura de fusión varía conforme se va agregando mas soluto a la solución. Segundo las soluciones sólidas se definen como átomos de soluto en la estructura del solvente. Veamos este ejemplo en el diagrama Cu-Zn (fig.1). Como dije los metales puros tienen sus temperaturas fijas definidas como el caso del cobre 1085 °C y el cinc 452 °C sin embargo, una vez que se forma una aleación entre estos metales (latón) la temperatura cambia. Para una aleación 20% Zn vemos que  funde aproximadamente a 1000°C si el porcentaje de cinc aumenta la temperatura de fusión de esta baja. Ese es un dato que debe siempre tenerse en cuenta para diferenciar a un metal puro de una aleación. Por otro lado a las aleaciones se les asigna letras griegas o como puede observase al metal se le coloca en paréntesis ( ), esto para diferenciarlo del metal puro de ahí que, (Cu) puede definirse como una aleación Cu-Zn o átomos de cinc en la estructura del cobre. Las soluciones sólidas pueden ser sustitucionales cuando un átomo sustituye a otro en la estructura cristalina o intersticial cuando este ocupa los espacios entre dos átomos y la ventaja de ellas es que mantienen las misma propiedades eléctricas y térmicas pero son mucho mas resistentes que los metales puros.   

Fig. 1 Diagrama Cu-Zn. Fuente: Metals handbook volumen 3 Diagramas de Fases y aleaciones