Estructura y Propiedades de las Aleaciones-Facultad de Ingeniera-UNLP Captulo 9: Revenido

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Captulo 9: Revenido

Prcticamente todos los aceros endurecidos se someten a un tratamiento trmico

subcrtico de revenido mediante el cual se aumenta la tenacidad de las microestructuras templadas a expensas de disminuir la resistencia mecnica y la dureza. A continuacin se describirn los cambios que ocurren en las propiedades mecnicas y en la microestructura durante el revenido. El cambio estructural ms importante es la formacin de varias distribuciones de carburos de hierro y aleados a medida que la sobresaturacin de la martensita templada disminuye y se obtienen mezclas de fases en equilibrio con el progreso del revenido.

Cambios en las propiedades mecnicas durante el revenido

La martensita es una fase muy dura pero tambin muy frgil. Esta fragilidad se debe a

varios factores que incluyen la distorsin de la red causada por tomos de carbono atrapados en los sitios octadricos de la martensita, segregacin de tomos de impurezas en los bordes de grano de la austenita, formacin de carburos durante el temple y tensiones residuales producidas durante el temple. El objetivo primario de un revenido es incrementar la tenacidad o reducir la fragilidad del material endurecido. Para realizar el revenido es posible utilizar cualquier temperatura por debajo del punto crtico inferior (Ac1) y, por lo tanto, se puede obtener un amplio rango de estructuras y propiedades, desde las correspondientes a una martensita hasta otro lmite correspondiente a gruesos carburos esferoidizados en una matriz ferrtica. Las condiciones de revenido estarn dadas por el balance entre resistencia mecnica y tenacidad que se requieran para una aplicacin determinada.

La Fig. 9.1 muestra la tenacidad al impacto en funcin de la temperatura de revenido para aceros endurecidos de 0.4% y 0.5% C. Se observan dos rangos de temperaturas de revenido que producen una mejora significativa en la tenacidad en comparacin con el estado templado. El revenido en el rango 150-200C (300-400F) produce un ligero incremento de la tenacidad que es adecuado para aplicaciones donde se requiere alta resistencia mecnica y alta resistencia a la fatiga (aceros de medio carbono) o para aplicaciones donde existen cargas compresivas como ser cojinetes, engranajes, etc (aceros de alto carbono). Esta ltima aplicacin requiere de valores altos de dureza y buena resistencia al desgaste que se obtienen en las martensitas de alto carbono ligeramente revenidas. El revenido por encima de 425C (800F) es el otro rango de temperaturas importante donde la tenacidad aumenta significativamente aunque a expensas de una disminucin en la resistencia mecnica y la dureza. Por esta razn, el revenido por encima de 425C se efecta cuando los requerimientos son principalmente de alta tenacidad y en menor grado de resistencia mecnica y dureza.

En la Fig. 9.1 tambin se advierte que la tenacidad disminuye si los aceros se revienen entre 260 y 370C (500 y 700F). Esta disminucin se atribuye a un fenmeno conocido como fragilizacin a 350C o fragilizacin de la martensita revenida y dicho rango de revenido se evita en la prctica. Otro tipo de fragilizacin que puede desarrollarse es la fragilizacin por revenido en aceros templados y revenidos como resultado del mantenimiento o de un enfriamiento lento a travs del rango de temperaturas entre 375 a 575C. Estos tipos de fragilizacin se desarrollarn en el prximo captulo. Finalmente, a travs de la Fig. 9.1 se puede ver el efecto del contenido de carbono sobre la tenacidad al impacto a travs de la comparacin de dos aceros revenidos con 0.4% y 0.5% C. A mayor contenido de carbono, menor es la tenacidad al impacto por lo cual los aceros revenidos con contenido de carbono de 0.5% o mayor se utilizan para herramientas de corte y otras aplicaciones donde es necesario

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contar con alta dureza y resistencia al desgaste. No obstante, a mayor contenido de carbono el material ser ms susceptible a la fractura frente a tensiones de flexin o traccin.

Por otro lado, la Fig. 9.2 muestra como disminuye la dureza desde un mximo correspondiente al estado de la martensita templada a medida que se incrementa la temperatura de revenido y el efecto del contenido de carbono. Se nota la baja dureza de los aceros de bajo carbono tanto en la condicin de temple como de revenido. Por lo tanto, si se requiere de mximas durezas debe seleccionarse un acero de alto carbono y el revenido debe restringirse entre 150 a 200C. Tambin se observa un ligero incremento del valor de dureza superior al de la martensita templada para bajas temperaturas de revenido en aceros de alto carbono. Este incremento en la dureza es el resultado de la precipitacin de una densa distribucin de carburos muy finos de transicin dentro de las placas de martensita en la primera etapa del revenido. En la Fig. 9.3 se muestran las temperaturas y tiempos de revenido que producen este incremento de dureza en una aleacin Fe-1.22C.

Figura 9. 1- Tenacidad a la fractura en funcin de la temperatura de revenido para aceros endurecidos de medio carbono y baja aleacin.

Figura 9. 2- Disminucin de la dureza con el aumento de la temperatura de revenido para aceros con varios contenidos de carbono.

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Generalmente, la interrelacin entre la dureza y la tenacidad es de mayor importancia en los tratamientos trmicos y aplicaciones de los aceros templados y revenidos. Sin embargo, los cambios en otras propiedades mecnicas con el revenido estn tambin tabuladas para distintos grados de aceros al carbono y aleados y son importantes para la seleccin de los mismos y el diseo de los tratamientos trmicos. En la Fig. 9.4 se observan los cambios que ocurren en las propiedades mecnicas cuando un acero AISI 4340 templado en aceite es revenido a temperaturas por encima de 200C. Tanto la tensin de fluencia como la tensin mxima disminuyen continuamente y la elongacin y la reduccin de rea se incrementan con el aumento de la temperatura de revenido. En la Tabla 9.1 se listan los valores de dureza y propiedades mecnicas del acero AISI 4340 en el estado templado y en funcin del tratamiento de revenido y del dimetro de barra.

Figura 9. 3- Dureza en funcin del tiempo a tres temperaturas de revenido distintas para martensitas de una aleacin Fe-1.22C.

La Fig. 9.4 muestra otros dos aspectos del comportamiento mecnico de los aceros al

carbono con la temperatura de revenido. Uno es que no hay disminucin en la ductilidad en el rango de temperaturas donde se produce fragilizacin de la martensita revenida. Esto tiene que ver con el diseo de la probeta y el tipo de ensayo. Los datos de tenacidad mostrados en la Fig. 9.1 se basan en ensayos de tenacidad al impacto llevados a cabo impactando una probeta entallada a una alta velocidad de deformacin. Por otro lado, los datos de la Fig. 9.4 se basan en ensayos de tensin de probetas redondeadas a bajas velocidades de deformacin. Entonces, a bajas velocidades de deformacin sin el efecto de concentracin de tensiones de la entalla, la microestructura de un acero revenido an en el rango entre 260 a 370C puede acomodar la carga sin fragilizacin excesiva. Sin embargo, bajo una carga de impacto no puede reacomodarla y, aun sin tener en cuenta la velocidad de deformacin y el efecto de la entalla, puede fallar inesperadamente en ciertas aplicaciones.

Tambin puede observarse que las curvas de tensin de fluencia y mxima estn bien separadas durante el revenido a bajas temperaturas y tienden a aproximarse luego de revenidos a mayores temperaturas. Este efecto es una caracterstica comn de aceros endurecibles al carbono y de baja aleacin y est relacionada al comportamiento frente al endurecimiento por deformacin que se desarrolla durante el revenido. La Fig. 9.5 muestra curvas tensin-deformacin que ilustran los cambios en el endurecimiento por trabajado durante el revenido de la martensita en una aleacin Fe-0.2C. En este caso, el temple se realiz en una solucin de NaOH-NaCl y el revenido por calentamiento en plomo a 400C durante 1 minuto. La velocidad de endurecimiento por trabajado en la muestra templada es bastante alta, lo cual se observa por el rpido incremento de la tensin con el aumento de la deformacin mientras que en la muestra revenida ocurri lo contrario siendo la curva bastante plana indicando una muy baja velocidad de endurecimiento por deformacin. Esta diferencia en el comportamiento se atribuye a la interaccin de las dislocaciones con las partculas

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relativamente gruesas de cementita (Fe3C) que se forman durante el revenido. En el material templado, cuando se incrementa la deformacin, las dislocaciones se anclan y forman una subestructura cerrada de celdas muy finas pero cuando estn presentes grandes partculas de cementita, las dislocaciones permanecen uniformemente distribuidas y no es posible el desarrollo de una subestructura de celdas bien definida. En la Fig. 9.6 se muestra una distribucin uniforme de dislocaciones en una martensita 0.35% C revenida y dicha distribucin no cambia con la deformacin.

Figura 9. 4- Cambios en las propiedades mecnicas con la temperatura de revenido para un acero 4340 templado en aceite.

Elementos aleantes y revenido

Adems de incrementar la templabilidad, ciertos elementos aleantes ayudan a disminuir

la velocidad de ablandamiento durante el revenido. El ablandamiento se debe fundamentalmente al engrosamiento de la cementita con el aumento de la temperatura de revenido, un proceso que depende de la difusin del carbono y del hierro. Los elementos

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aleantes ms efectivos son aquellos fuertes formadores de carburos tales como Cr, Mo y V. Sin estos elementos los aceros al carbono y de baja aleacin se ablandarn rpidamente con el aumento de la temperatura de revenido como se observa en la Fig. 9.2. De manera similar, la Fig. 9.7 muestra el ablandamiento en funcin de la temperatura de revenido y del contenido de carbono. Si los elementos formadores de carburos estn presentes en cantidad suficiente, no slo retardarn el ablandamiento sino que tambin formarn finos carburos aleados que pueden producir un incremento de dureza a altas temperaturas de revenido conocido como endurecimiento secundario.

Tabla 9.1- Propiedades mecnicas de varios tamaos de redondos del acero 4340 luego de varios tratamientos trmicos que ilustran el efecto de masa.

La Fig. 9.8 muestra el efecto del contenido de Mo en el endurecimiento secundario,

cuanto mayor es el porcentaje de Mo, ms alto es el pico de dureza generado. An cuando no hay un pico de endurecimiento secundario como con 0.47% Mo, se observa una importante resistencia al ablandamiento. El pico de endurecimiento secundario se genera slo a altas temperaturas de revenido debido a que la formacin de carburos aleados depende de la difusin de los elementos formadores de carburos que es mucho ms lenta que la difusin del carbono y del hierro. Como resultado, no slo se forma una dispersin fina de carburos sino que una vez formados son muy resistentes al engrosamiento. Esta ltima caracterstica se utiliza en aceros para herramientas que no deben ablandarse cuando se exponen a altas temperaturas durante su uso o en aceros ferrticos de bajo contenido de carbono con cromo y

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molibdeno en vlvulas de presin y en reactores que operan a temperaturas cercanas a 540C y proveen buena resistencia a la termofluencia.

Figura 9. 5- Curvas de tensin-deformacin verdaderas de martensita en lminas con un tamao de paquete de 8.2 m en un acero Fe-0.2C en estado templado y templado y revenido.

Figura 9. 6- Microestructura de un acero 0.35% C luego del temple a martensita y revenido a 470C. Micrografa electrnica de transmisin.

A pesar de que slo se ha considerado hasta ahora como parmetro a la temperatura,

los cambios estructurales durante el revenido que generan modificaciones en las propiedades mecnicas son procesos trmicamente activados y, por lo tanto, dependen tanto de la temperatura como del tiempo. Por ejemplo, durante el engrosamiento de la cementita est operando un solo mecanismo de cambio estructural por lo que puede obtenerse una dada dureza utilizando altas temperaturas por un perodo corto de tiempo o menores temperaturas por perodos mayores. Generalmente, si no se menciona el tiempo de revenido se asume un tiempo de 1 hora. La relacin entre la temperatura y el tiempo durante el revenido est dada por el parmetro de revenido (Holloman-Jaffe):

310log20 tT donde T es la temperatura en grados Kelvin y t es el tiempo en horas. La Fig. 9.8 muestra los cambios en la dureza en funcin del parmetro de revenido y tambin en funcin de la temperatura con t = 1 hora. De esta manera, en una dada aleacin pueden seleccionarse tratamientos de revenido distintos a 1 hora para obtener una determinada dureza. Mientras

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que el parmetro de revenido puede aplicarse exitosamente en aceros al carbono no aleados, para aceros aleados que presentan endurecimiento secundario su aplicacin no es rigurosa. Esto es as en virtud de que la mxima dureza obtenible en el endurecimiento secundario es funcin de la temperatura. Por ejemplo, puede obtenerse mayor dureza manteniendo a 600C que a 700C, siendo imposible reproducir la dureza mxima en 600C an con tiempos muy cortos a 700C. Esta incapacidad de utilizar diferentes combinaciones de temperatura y tiempo para reproducir el mismo valor de dureza se debe al bajo grado de coherencia de la matriz con los carburos aleados a temperaturas mayores que las de endurecimiento secundario. Dicho de otro modo, hay un rango muy estrecho de temperaturas en donde pueden precipitar carburos coherentes con la matriz y dar as el mximo endurecimiento.

Figura 9. 7- Dureza en funcin del contenido de carbono de la martensita en aleaciones Fe-C revenidas a varias temperaturas.

Grange, Hribal y Porter1 resumieron el efecto de los elementos aleantes sobre la

dureza durante el revenido en aceros martensticos al carbono y de baja aleacin. Examinaron

1 R.A. Grange, C.R. Hribal, and L.F. Porter, Hardness of Tempered Martensite in Carbon and Low-Alloy Steels, Metall. Trans. A, Vol 8A, 1977, p 1775-1785.

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aceros con silicio, manganeso, fsforo, nquel, cromo, molibdeno y vanadio con adiciones hasta 1.5%. Determinaron en que cantidad variaba la dureza (Hv) cuando se comparaban aleaciones Fe-C y las mismas con el agregado de los elementos de aleacin revenidas durante 1h. Las Fig. 9.9 y 9.10 muestran los grficos de Hv en funcin del contenido de elementos aleantes durante el revenido a 260C y 540C, respectivamente. De estas figuras se observan diferencias interesantes entre los distintos elementos aleantes. Los elementos fuertes formadores de carburos no provocan un efecto importante a bajas temperaturas. El Ni provee un efecto constante pero reducido sobre la dureza a todas las temperaturas de revenido y se considera que se debe a endurecimiento por solucin slida. El silicio genera un importante efecto de retardo del ablandamiento alrededor de los 316C (600F) el cual se atribuye a la inhibicin de la transformacin de los carburos de transicin a cementita estable. Por otro lado, el manganeso tambin posee este efecto pero a altas temperaturas de revenido mediante su incorporacin a los carburos lo cual retardara el engrosamiento de la cementita debido a la lenta velocidad de difusin del manganeso.

Figura 9. 8- Resistencia al ablandamiento y endurecimiento secundario durante el revenido de aceros con varios contenidos de molibdeno.

Cambios estructurales durante el revenido

Como se mencion anteriormente, la estructura de un acero templado es altamente

inestable debido a distintos factores como la sobresaturacin de tomos de carbono en la red cristalina tetragonal de cuerpo centrado de la martensita, la energa de deformacin asociada con la fina estructura de dislocaciones y maclas de la martensita, la energa interfacial asociada con la alta densidad de lminas o placas y la austenita retenida que est invariablemente presente aun en aceros de bajo carbono. Todos estos factores proveen de la fuerza impulsora para el inicio de distintos procesos microestructurales que se desarrollan durante el revenido. La sobresaturacin de tomos de carbono provee la fuerza impulsora para la formacin de carburos; la alta energa de deformacin para la recuperacin; la alta energa interfacial para el

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crecimiento de grano de la matriz ferrtica; y la austenita inestable la fuerza impulsora para la transformacin a mezclas de ferrita y cementita durante el revenido. A partir de estudios sistemticos realizados por medio de dilatometra, observaciones microestructurales y rayos x, fue posible distinguir tres etapas de revenido:

Etapa I (100 a 250C)

Formacin de carburos de transicin, carburos psilon (o eta), y disminucin del contenido de carbono en la matriz martenstica hasta alrededor de 0.25% C.

Etapa II (200 a 300C)

Transformacin de la austenita retenida a ferrita y cementita.

Etapa III (250 a 350C) Reemplazo de los carburos de transicin y de la martensita de bajo carbono por

cementita y ferrita.

Figura 9. 9- Efecto de los elementos aleantes en el retardo del ablandamiento durante el revenido a 260C para aleaciones Fe-C.

Figura 9. 10- Efecto de los elementos aleantes en el retardo del ablandamiento durante el revenido a 540C en aleaciones Fe-C.

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Los rangos de temperatura para las tres etapas se solapan dependiendo de los tiempos de revenido aplicados y, en general, se denomina cuarta etapa a la formacin de los carburos aleados responsables del endurecimiento secundario. El revenido involucra mucho ms que tres etapas pero para entender el comportamiento bsico de los aceros revenidos nos centraremos en el entendimiento de estas tres. Por ejemplo, se observ que durante el temple y/o durante el mantenimiento a temperatura ambiente despus del temple, los tomos de carbono pueden segregar a las dislocaciones y a bordes de grano agrupndose en el interior de la estructura martenstica antes de que ocurra la primera etapa de revenido que es la precipitacin de los carburos de transicin.

El carburo de transicin que se forma en la primera etapa se identific inicialmente como psilon () de estructura hexagonal del tipo Fe2.4C. Luego, se encontr que los carburos de transicin tienen en realidad una estructura ortorrmbica isomorfa con una estequiometra del tipo M2C y se designan como carburos eta (). Ambos tipos de carburos tienen contenidos de carbono sustancialmente mayores que la cementita (Fe3C) que se forma a mayor temperatura. A travs de estudios cinticos se observ que la primera etapa del revenido depende de la difusin del carbono a travs de la martensita con una energa de activacin de 16 kcal/mol.

Las Fig. 9.11-13 son micrografas electrnicas de transmisin que muestran varios aspectos de la formacin de los carburos de transicin en la martensita en una aleacin Fe-1.22C revenida a 150C durante 16 h. La Fig. 9.11 muestra una estructura tpica de martensita en placas con las placas de distintos tamaos y austenita retenida (reas negras). Cada una de las placas contiene una distribucin muy uniforme de partculas finas de carburos. La Fig. 9.12 muestra un arreglo tpico de carburos de transicin identificados como carburos eta en una placa de martensita, donde los carburos parecen estar en forma de placas delgadas. Sin embargo, mediante la observacin de la micrografa de campo oscuro tomada con iluminacin desde un punto de difraccin de un carburo (Fig. 9.13) se observa que el carburo eta est en realidad presente en forma de partculas finas esfricas de 2 nm de dimetro alineadas.

Por otro lado, la segunda etapa del revenido, es decir, la transformacin de la austenita retenida, comienza slo despus de que se completa la formacin de los carburos de transicin. La Fig. 9.14 muestra la velocidad de transformacin de la austenita retenida en una aleacin Fe-1.22C a tres temperaturas de revenido diferentes. Cerca del 19% de la austenita retenida inicialmente presente en la estructura templada, est distribuida como en la Fig. 9.11. Se observa que aun a 180C la austenita retenida transforma completamente a mezclas de ferrita y cementita si se mantiene el tiempo suficiente a dicha temperatura. El anlisis de la cintica de transformacin de la austenita de la Fig. 9.14 da una energa de activacin de 1.15105 J/mol (27 kcal/mol) que concuerda muy bien con las energas de activacin para la difusin del carbono en la austenita y con la energa de activacin de la segunda etapa de revenido. En aceros de baja aleacin y contenido medio de carbono templados del tipo 4130 y 4340 la austenita retenida est presente en pequeas cantidades, del orden del 2 y 4%, respectivamente (Fig. 9.15). Para tiempos de revenido de 1 hora la transformacin de la austenita retenida comienza slo por encima de los 200C y se completa a los 300C. Ms all de los 300C, la cementita se convierte en una parte importante de la microestructura.

La tercera etapa de revenido consiste en la formacin de ferrita y cementita a partir de los carburos de transicin y la martensita de bajo carbono. La Fig. 9.16 muestra una micrografa electrnica de transmisin de la fina estructura de un acero de medio carbono conteniendo 0.35% C templado y revenido a 470C. La microestructura es tpica de aquella producida por la tercera etapa de revenido: todava se mantiene la morfologa de la martensita en lminas y las placas de cementita (carburos ) precipitaron dentro de las lminas ms grandes de martensita. Tambin se encuentran cristales delgados de cementita interlaminares

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como resultado de la transformacin de la austenita retenida durante la segunda etapa del revenido. Estos cristales poseen planos de hbito {110}M y nuclearon en las aglomeraciones de los carburos producidos durante la primera etapa del revenido.

Figura 9. 11- Microestructura martenstica de una aleacin Fe-1.22C revenida a 150C durante 16h. La microestructura consiste en placas de varios tamaos con arreglos uniformes de carburos muy finos y austenita retenida (reas negras). Micrografa electrnica de transmisin.

Figura 9. 12- Distribucin del carburo eta en una placa de martensita de la aleacin Fe-1.22C revenida a 150C durante 16 h. Micrografa electrnica de transmisin.

Figura 9. 13- Partculas finas de carburos esfricos eta alineadas en una placa de martensita en una aleacin Fe-1.22C revenida a 150 durante 16 h. Micrografa electrnica de transmisin de campo oscuro.

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Existe cierta evidencia, especialmente en aceros de alto contenido de carbono, que la formacin de los carburos theta () o cementita es posterior a la formacin de los carburos chi () El carburo chi tiene una estructura monoclnica y de composicin Fe5C2. Sin embargo, a pesar de las diferencias entre la cementita y el carburo chi, sus estructuras son similares y resulta difcil separarlos mediante difraccin de rayos x o de electrones. Por lo tanto, en vista de las dificultades experimentales, la temperatura y la composicin de los aceros en los cuales se forman los carburos chi no estn completamente definidas.

Figura 9. 14- Transformacin de la austenita retenida en una aleacin Fe-1.22C en funcin del tiempo a tres temperaturas de revenido.

Figura 9. 15- Austenita retenida y cementita en funcin de la temperatura de revenido en aceros del tipo 4340 y 4140. Las cantidades de las fases se determinaron por espectroscopia Mssbauer.

La Fig. 9.17 muestra una distribucin densa de carburos identificados como chi que se

form en la martensita de la aleacin Fe-1.22C revenida a 350C. Se presentan dos morfologas de carburos: aquellos que nuclearon y crecieron dentro de las placas de martensita y los que se formaron en las interfases entre las placas en forma planar quizs como resultado de la transformacin de la austenita retenida en la segunda etapa del revenido. Una tercera

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morfologa de los carburos chi y/o de la cementita en aceros de alto contenido de carbono revenidos consiste en arreglos paralelos de carburos formados en maclas de transformacin presentes algunas veces en las martensitas de alto carbono, especialmente en las porciones midrib de las placas. Los carburos que se forman dentro de las placas son ms gruesos que los carburos de transicin y tienden a esferoidizarse si aumenta la temperatura de revenido.

Figura 9. 16- Microestructura de un acero 0.35% C luego del temple y revenido a 470C. Micrografa electrnica de transmisin.

Figura 9. 17- Formacin de cementita y/o carburos chi en una estructura martenstica de la aleacin Fe-1.22C revenida a 350C durante 1 h. Micrografa electrnica de transmisin.

En los aceros aleados, la estructura y distribucin de los carburos que retardan el

ablandamiento y/o producen el endurecimiento secundario que precipitan durante el revenido son bastante variadas. La distribucin de los carburos aleados que se forman en el rango de endurecimiento secundario (500 a 650C) depende de la distribucin de la cementita formada a menores temperaturas de revenido y de la naturaleza de la transformacin de la cementita a los carburos aleados. Un tipo de transformacin es la conocida como transformacin "in situ" donde la formacin de los carburos es a partir de la cementita. Otro tipo es la de nucleacin independiente despus de que las partculas de cementita se disuelven en la matriz ferrtica. En general, esto ltimo se lleva a cabo en las dislocaciones residuales de la martensita templada y conduce a precipitados mucho ms finos que aquellos nucleados en las partculas de cementita.

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Cambios en la matriz durante el revenido La mayora de los cambios estructurales discutidos hasta ahora durante el revenido

involucran la formacin de varios tipos de carburos. No obstante, la matriz martenstica tambin sufre cambios que son necesarios para obtener las estructuras totalmente revenidas compuestas de carburos esferoidizados en una matriz de granos de ferrita equiaxiados. Las Fig. 9.18 a 9.21 muestran los cambios que se desarrollan en la estructura de la matriz durante el revenido de la martensita en lminas en una aleacin de Fe-0.2C. La Fig. 9.18 muestra que el revenido a 400C por 15 minutos produce cambios apenas apreciables en la estructura de la martensita dentro de la escala de resolucin por microscopa ptica. Por otro lado, en un revenido a 700C los cambios ya son visibles (Fig. 9.19) aunque todava se observa la morfologa de paquetes de la martensita con sus subunidades paralelas. El principal efecto del revenido fue eliminar la mayora de las lminas ms pequeas de martensita y producir partculas de cementita gruesas y esfricas en los bordes de grano primario de la austenita y dentro de los paquetes. Con revenidos ms severos, a 700C por 12 h (Fig. 9.20), comienzan a destruirse los bloques paralelos dentro de los paquetes y comienza la formacin de granos equiaxiados de ferrita que contienen sub-bordes de grano generados por arreglos de dislocaciones.

A travs de medidas sistemticas se evalu el cambio de rea de interfases de las lminas de martensita por unidad de volumen de un acero Fe-0.2C en funcin del revenido y se observ que el alto valor inicial correspondiente a la martensita templada disminua rpidamente durante el revenido. Esta disminucin inicial se debe principalmente a la eliminacin de los bordes de bajo ngulo entre lminas de orientaciones similares. Simultneamente, precipitan finos carburos que ayudan a estabilizar las interfases residuales manteniendo la orientacin paralela dentro de los paquetes. Esta serie de cambios iniciales en la matriz son el resultado de los mecanismos de recuperacin. La disminucin de la densidad de dislocaciones se debe a su reduccin dentro de las lminas y a la eliminacin de los bordes de bajo ngulo de las lminas. Luego, junto con el engrosamiento de los carburos, los bordes de grano de gran ngulo remanentes se reordenan y producen cruces de mayor equilibrio entre granos como ocurre tpicamente en los mecanismos asociados al crecimiento de grano. Cualquier dislocacin residual dentro de las lminas, se reordena en bordes de bajo ngulo dentro de los granos equiaxiados. Tales subdivisiones de granos grandes mediante lmites de dislocaciones se llaman poligonizacin. Por lo tanto, la formacin de una matriz de ferrita equiaxiada que se desarrolla luego de revenidos a altas temperaturas en perodos largos de tiempo en martensitas en lminas de bajo carbono, se logra por mecanismos de recuperacin y crecimiento de grano. Aparentemente, el mecanismo de recuperacin que opera inicialmente en el revenido, disminuye la energa de deformacin de la martensita templada al punto de que no hay suficiente fuerza impulsora para la recristalizacin.

El mecanismo recin descrito de la formacin de ferrita equiaxiada en microestructuras martensticas severamente revenidas procede aparentemente cuando los mecanismos de recuperacin disminuyen la densidad de dislocaciones y la energa de deformacin a niveles tales que no pueden conducir a la recristalizacin. Sin embargo, varios estudios mostraron que la recristalizacin puede ser tambin el mecanismo de formacin de ferrita equiaxiada en aceros severamente revenidos. La recuperacin de la estructura de dislocaciones de la martensita se suprime por los aleantes y hay disponible suficiente energa de deformacin para causar la recristalizacin. La Fig. 9.21 muestra el progreso de la recristalizacin en un acero de 0.12% C, 1.40% Mn, 0.29% Mo en funcin del tiempo de revenido a 675C. Se observa la nucleacin de granos equiaxiados libres de deformacin, marcados con A en la Fig. 9.21(a), dentro de la martensita en listones revenida. Los granos libres de deformacin crecen y eventualmente consumen toda la microestructura en forma de listones. La recristalizacin

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procede a pesar de la presencia de partculas de carburos y la estructura final consiste en cementita esferoidizada gruesa dentro de una matriz de granos de ferrita equiaxiada.

Cuando se produce la recristalizacin durante el revenido, la dureza disminuye de forma discontinua. La Fig. 9.22 muestra los cambios en la dureza, determinada por ensayos de microdureza, en funcin del tiempo de revenido para martensita revenida recristalizada y sin recristalizar en un acero de 0.12% C. La dureza total disminuye a medida que la cantidad de ferrita equiaxiada libre de deformacin aumenta.

Figura 9. 18- Microestructura de martensita en lminas en una aleacin Fe-0.2C luego del revenido a 400C durante 15 min. Micrografa ptica.

Figura 9. 19- Microestructura de martensita en lminas en una aleacin Fe-0.2C luego del revenido a 700C durante 2 h. Micrografa ptica.

Figura 9. 20- Microestructura de martensita en lminas en una aleacin Fe-0.2C luego del revenido a 700C durante 12 h. Micrografa ptica.

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Figura 9. 21- Evolucin de la recristalizacin de granos de ferrita equiaxiados en martensita revenida de un acero 0.12% C revenido a 675C durante (a) 1 h, (b) 1.33 h, (c) 1.67 h y (d) 4 h.

Figura 9. 22- Cambios en la dureza en funcin del tiempo de revenido en martensita revenida sin recristalizar, ferrita recristalizada y la microestructura compuesta de un acero 0.19% C templado a martensita y revenido a 675C.