Intro Diagrama Fe-C

Tema 5: ALEACIONES FÉRREAS

1.- CONSTITUYENTES ALOTRÓPICOS DEL HIERRO PURO

2.- DIAGRAMA DE EQUILIBRIO Fe-C.

3.- CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DE LOS ACEROS.

4.- ANÁLISIS DEL ENFRIAMIENTO Y SOLIDIFICACIÓN DE LOS ACEROS EN EQUILIBRIO.

5.- ELEMENTOS DE ALEACIÓN DE LOS ACEROS.

6.- ANÁLISIS DEL ENFRIAMIENTO DE LOS ACEROS FUERA DEL EQUILIBRIO.

7.- CLASIFICACIÓN DE LOS PRODUCTOS FERREOS: Hiero, Acero, Fundición.

8.- CLASIFICACION DE LOS ACEROS POR SU UTILIZACIÓN: CONSTRUCCIÓN, HERRAMIENTAS E INOXIDABLES Y REFRACTARIOS

9.- DIAGRAMA DE EQUILIBRIO FE-C ESTABLE Y METAESTABLE10.- CLASIFICACION DE LAS FUNDICIONES: ORDINARIAS: Blancas, Grises,Atruchadas. ALEADAS, ESPECIALES Y MALEABLES.

FASES Y CONSTITUYENTES

El carbono forma una solución sólida intersticial con el Fe:FERRITA Feα Blanda y dúctilAUSTENITA FeγFerrita Feδ - máx solubilidad 0.09% C a 1495ºC. Formalmente equivalente a Feα pero estable a alta temp. Sin interés tecnológicoCEMENTITA Fe3C (ortorrómbica).- Muy dura y frágil. Resaltar que si bien a T amb. permanece estable indefinidamente, a alta T (>700ºC) se descompone en Fe y C (grafito) al cabo de varios años.

Fases del hierro puro:

Feα Fe γ Fe δ Líquido912 ºC 1394 ºC 1538 ºC

CLASIFICACIÓN DE LAS ALEACIONES Fe-C

HIERRO: concentración carbono < 0.008 % en pesoACERO: concentración carbono entre 0.008 y 2.11 % en peso (en la práctica, < 1%)FUNDICIÓN: concentración C entre 2.11 y 6.7 % en peso (en la práctica, < 4.5%)

Clasificación de los aceros:Aceros hipoeutectoides: concentración carbono entre 0.022 y 0.77 % en pesoAceros hipereutectoides: concentración carbono entre 0.77 y 2.11 % en peso

CONSTITUYENTES ALOTRÓPICOS DEL HIERRO PURO

Hierro γ (FCC)

a = 360 pm

N = 4

FEA = 74%

Sol máx (1148ºC) = 2.11%C

Hierro α (BCC)

a = 290 pm

N = 2

FEA = 68%

Sol máx (727ºC) = 0.02181%CSolución sólida intersticial de C (1/2, 0, 1/4)

Solución sólida intersticial de C(1/2, 0, 0)

DIAGRAMA DE EQUILIBRIO Fe-C

• Diagrama de equilibrio estable (Fundiciones)

• Diagrama de equilibrio metaestable (Aceros)

CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DE LOS ACEROS

Ferrita

Austenita

Cementita

Estructura atómica de la cementita según Hendricks. Los átomos negros son C y los blanco Fe

SOLIDIFICACIÓN Y ENFRIAMIENTO DE LOS ACEROS EN EQUILIBRIO

Líquido

Fe δLíquido

Fe γ

REGIÓN PERITÉCTICA

Fe δ (0.09% C) + Líquido (0.53% C) ⇔ Fe γ (0.17% C) (1495º C)

SOLIDIFICACIÓN Y ENFRIAMIENTO DE LOS ACEROS EN EQUILIBRIO

REGIÓN PERITÉCTICA

δ + Lδ

δ + γ

L + γγ

1495ºC0.530.09 0.17

1 2a 2 2b 3

1 solidifica en δ directamente y se transforma posteriormente por cambio alotrópico en γ.

2 tiene la composición peritéctica.

2a alcanza la T peritéctica con un exceso de fase δ de forma que termina la reacción peritéctica sin consumirse toda la fase δ.

2b alcanza la T peritéctica con exceso de fase líquida, la solidificación termina a una T inferior.

3 solidifica directamente en fase γ.

SOLIDIFICACIÓN Y ENFRIAMIENTO DE LOS ACEROS EN EQUILIBRIO

REGIÓN EUTECTOIDE

Microestructura perlítica de un acero eutectoide mostrando laminas alternas de ferrita α (fase clara) y Fe3C (láminas más delgadas y oscuras) x 500.

Fe γ (0.77% C) ⇔ Fe α (0.0217% C) + Fe3C (6.67% C) (727º C) PERLITA

SOLIDIFICACIÓN Y ENFRIAMIENTO DE LOS ACEROS EN EQUILIBRIO

REACCIÓN EUTÉCTICA: (1148º C)

Líquido (4.3% C) ⇔ Fe γ (2.08 % C) + Fe3C (6.67% C)LEDEBURITA

Esta reacción no aparece en los aceros ordinarios al carbono porque sus contenidos en carbono son demasiado bajos.

SOLIDIFICACIÓN Y ENFRIAMIENTO DE LOS ACEROS EN EQUILIBRIO

REGIÓN EUTECTOIDE

Acero Hipoeutectoide: constituido por perlita y ferrita proeutectoide

SOLIDIFICACIÓN Y ENFRIAMIENTO DE LOS ACEROS EN EQUILIBRIO

REGIÓN EUTECTOIDE

Acero Hipereutectoide: constituido cementita proeutectoide blanca reticulada alrededor de las colonias de perlita

ELEMENTOS DE ALEACIÓN DELOS ACEROS

a) Proporcionar un endurecimiento por solución sólida en la ferrita.

b) Por la precipitación de carburos de aleación en lugar de la formación de cementita

c) Mejorar la resistencia a la corrosión.

d) Mejorar la templabilidad.

INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN EN EL DIAGRAMA Fe-C

Varían la temperaturas críticas (p.e. la posición del eutectoide.

Estabilizan la austenita: Elementos gammágenos.

Estabilizan la ferrita: Elementos alfágenos.

SOLIDIFICACIÓN Y ENFRIAMIENTO DE LOS ACEROS EN EQUILIBRIO

1.-Un acero al carbono (0.40%) hipoeutectoide se somete a enfriamiento lento desde 940ºC a una temperatura ligeramente superior a 723ºC.

a) Calcular el porcentaje en peso de austenita presente en el acero.

b) Calcular el porcentaje en peso de ferrita proeutectoide presente en el acero.

2.-El mismo acero se somete a enfriamiento lento desde 940ºC a una temperatura ligeramente inferior a 723ºC.

a) Calcular el porcentaje en peso de ferrita proeutectoide presente en el acero.

b) Calcular el porcentaje en peso de ferrita eutectoide y cementita presente en el acero.

SOLIDIFICACIÓN Y ENFRIAMIENTO DE LOS ACEROS EN EQUILIBRIO

3.-Un acero al carbono hipereutectoide con 1.05% de C se enfría lentamente desde 940ºC a una temperatura ligeramente superior a 723ºC. Calcular el porcentaje en peso de austenita y cementita proeutectoide presente en el acero.

4.-El mismo acero se somete a enfriamiento lento desde 940ºC a una temperatura ligeramente inferior a 723ºC. Calcular el porcentaje en peso de cementita proeutectoide, cementita y ferrita eutectoide presente en el acero.

PROBLEMAS

5) Deducir el porcentaje en peso de carbono que contiene un acero, sabiendo que contiene un 94% de ferrita a temperatura ambiente. Indicar de qué tipo de acero se trata.

6) Un acero hipoeutectiode contienen un 80% en peso de perlita. Suponiendo que no hay cambios en la microestructura durante el enfriamiento desde una temperatura ligeramente inferior a la del eutectoide hasta temperatura ambiente, determinar el contenido en carbono del acero.

PROBLEMAS

7) Un acero hipereutectoide contiene un 10% en peso de cementita proeutectoide. Calcular el contenido en carbono, bajo el mismo supuesto del problema anterior.

8) Un acero hipoeutectoide contiene un 15% en peso de ferrita eutectoide. Bajo el mismo supuesto de los problemas anteriores, calcular el contenido en carbono del acero.

9) El examen microestructural de un acero revela que presenta granos de ferrita y granos de perlita en una proporción 3 a 1 en peso (ferrita a perlita). Determinar el contenido en carbono del acero.