Ciencia de la katana japonesa, parte 2
Las microestructuras de los aceros que implica en los estados del acero de una katana japonesa.
Es el constituyente más denso de los aceros y está formado por una solución sólida por inserción de carbono en hierro gamma.
La cantidad de carbono disuelto, varía de 0.8 al 2 % C que es la máxima solubilidad a la temperatura de 1130 °C.
La austenita no es estable a la temperatura ambiente pero existen algunos aceros al cromo-níquel denominados austeníticos cuya estructura es austenita a temperatura ambiente.
La austenita está formada por cristales cúbicos centrados en las caras, con una dureza de 300 Brinell, una resistencia a la tracción de 100 kg/mm2 y un alargamiento del 30 %, no es magnética.
La austenita no puede atarcarse con nital, se disuelve con agua regia en glicerina apareciendo como granos poligonales frecuentemente maclados, puede aparecer junto con la martensita en los aceros templados.
Es el carburo de hierro de fórmula Fe3C, contiene 6.67 %C y 93.33 % de hierro.
Es el microconstituyente más duro y frágil de los aceros al carbono, alcanzando una dureza Brinell de 700 (68 Rc) y cristaliza en la red ortorómbica.
En las probetas atacadas con ácidos se observa de un blanco brillante y aparece como cementita primaria o proeutéctica en los aceros con más de 0.9%C formando una red que envuelve los granos de perlita.
Formando parte de la perlita como láminas paralelas separadas por otras láminas de ferrita, se presenta en forma de glóbulos o granos dispersos en una matriz de ferrita.
Cuando los aceros de alto carbono se han sometido a un recocido de globulización, en los aceros hipoeutectoides que no han sido bien templados.
Es una solución sólida de carbono en hierro alfa, su solubilidad a la temperatura ambiente es del orden de 0.008% de carbono.
Por esto se considera como hierro puro, la máxima solubilidad de carbono en el hierro alfa es de 0,02% a 723 °C.
En la figura de la izquierda, microestructura del acero al carbono, cristales blancos de ferrita.
La ferrita es la fase más blanda y dúctil de los aceros, cristaliza en la red cúbica centrada en el cuerpo.
Tiene una dureza de 90 Brinell y una resistencia a la tracción de 28 kg/mm2, llegando hasta un alargamiento del 40%.
La ferrita se observa al microscopio como granos poligonales claros.
En los aceros, la ferrita puede aparecer como cristales mezclados con los de perlita, en los aceros de menos de 0.6%C, formando una red o malla que limita los granos de perlita.
En los aceros de 0.6 a 0.85%C en forma de agujas o bandas circulares orientados en la dirección de los planos cristalográficos de la austenita como en los aceros en bruto de colada o en aceros que han sido sobrecalentados.
Este tipo de estructura se denomina Widmanstatten.
La ferrita también aparece como elemento eutectoide de la perlita formando láminas paralelas separadas por otras láminas de cementita.
En la estructura globular de los aceros de herramientas aparece formando la matriz que rodea los glóbulos de cementita.
En los aceros hipoeutectoides templados, puede aparecer mezclada con la martensita cuando el temple no ha sido bien efectuado.
Es el constituyente de los aceros templados, está conformado por una solución sólida sobresaturada de carbono o carburo de hierro en ferrita y se obtiene por enfriamiento rápido de los aceros desde su estado austenítico a altas temperaturas.
El contenido de carbono suele variar desde muy poco carbono hasta el 1% de carbono, sus propiedades físicas varían con su contenido en carbono hasta un máximo de 0.7 %C.
La martensita tiene una dureza de 50 a 68 Rc, resistencia a la tracción de 170 a 250 kg/mm2 y un alargamiento del 0.5 al 2.5 %, muy frágil y presenta un aspecto acicular formando grupos en zigzag con ángulos de 60 grados.
Los aceros templados suelen quedar demasiado duros y frágiles, inconveniente que se corrige por medio del revenido que consiste en calentar el acero a una temperatura inferior a la crítica inferior (727°C).
Dependiendo de la dureza que se desee obtener, enfriándolo luego al aire o en cualquier medio.
Es el microconstituyente eutectoide formado por capas alternadas de ferrita y cementita, compuesta por el 88 % de ferrita y 12 % de cementita, contiene el 0.8 %C.
Tiene una dureza de 250 Brinell, resistencia a la tracción de 80 kg/mm2 y un alargamiento del 15%; el nombre de perlita se debe a las irisaciones que adquiere al iluminarla, parecidas a las perlas.
La perlita aparece en general en el enfriamiento lento de la austenita y por la transformación isotérmica de la austenita en el rango de 650 a 723°C
Si el enfriamiento es rápido (100-200°C/seg.), la estructura es poco definida y se denomina Sorbita.
Si la perlita laminar se somete a un recocido a temperatura próxima a 723°C, la cementita adopta la forma de glóbulos incrustados en la masa de ferrita, denominándose perlita globular.
Es también un agregado fino de cementita y ferrita. Se obtiene por enfriamiento de la austenita con una velocidad de enfriamiento bastante inferior a la crítica de temple o por transformación isotérmica de la austenita en la zona de 600 a 650%, o por revenido a la temperatura de 600%.
Su dureza es de 250 a 400 Brinell, su resistencia a la tracción es de 88 a 140 kg/mm2, con un alargamiento del 10 al 20%.
Con pocos aumentos aparece en forma muy difusa como manchas, pero con 1000X toma la forma de nódulos blancos muy finos sobre fondo oscuro.
De hecho tanto la troostita como la sorbita pueden considerarse como perlita de grano muy fino.
Es un agregado muy fino de cementita y ferrita, se produce por un enfriamiento de la austenita con una velocidad de enfriamiento ligeramente inferior a la crítica de temple o por transformación isotérmica de la austenita en el rango de temperatura de 500 a 6000C, o por revenido a 4000C.
Sus propiedades físicas son intermedias entre la martensita y la sorbita, tiene una dureza de 400 a 500 Brinell, una resistencia a la tracción de 140 a 175 kg/mm2 y un alargamiento del 5 al 10%.
Es un constituyente nodular oscuro con estructura radial apreciable a unos 1000X y aparece generalmente acompañando a la martensita y a la austenita.
El acero damasquinado
Muchas personas confunden el acero damasquinado como algo relacionado con las katanas o que es una invención occidental.
Sin embargo el acero damasquinado no tiene nada que ver con la fabricación de una katana, no obstante, existen algunas similitudes en preparar el acero.
El acero damasquinado tiene su procedencia en la India, se hallaron restos arqueológicos del acero damasquinado de la ciudad de Kamptee de la India, la pieza recuperada data de 1500 años antes del Cristo.
El acero damasquinado consistía en sucesión de una capa de acero con alta proporción en carbono seguido de otra capa con baja proporción en carbono.
Esta sucesión de capas se conseguía de igual manera que en el proceso del “Orikaeshi Tanren” de una katana japonesa, es decir, alargar, doblar, y volver a alargar para luego doblar, así sucesivamente.
Esta suceción de distintas capas, daba como resultado una taxtura muy compleja como se puede observar en la fotografía de la izquierda (parte de una nabaja forjado con el acero damasquinado).
Si aumentamos esta textura del acero damasquinado obtenemos:
Como ejemplo de objeto fabricado por el acero damasquinado, esta el pilar de Delhí de India.
En el patio de un templo de Delhi, en la India hay una columna hecha de trozos de hierro soldados que han sido expuestos al desgaste durante más de 4000 años sin mostrar nunca ni rastro de oxidación, ya que no contienen ni azufre ni fósforo.
Tenemos frente a nosotros, pues, una extraña aleación.
Quizá la columna fue levantada por un grupo de ingenieros que no disponían de recursos para construir un edificio colosal, pero que querían legar a la posteridad un monumento visible que desafiara al tiempo.
La columna pesa más de seis toneladas; lo que resulta curioso es que en Europa no pudo haberse construído ni una sola pieza de un tamaño similar hasta finales del siglo XIX.