Diagrama Fe-C

Diagramas:Existen dos tipos:

Meta estable: Es aquel que abarca desde el 0 al 6,67% el diagrama donde se encuentran los aceros al carbono y las fundiciones blancas, esta marcado dentro de este por líneas continuas. Sus dos fases principales son el hierro y la cementita (Fe3C).

Estable: Abarca el 100% de Carbono y se concentran los aceros al carbono y las fundiciones grises las cuales se comentaran mas adelante.

Fases sólidas del diagrama: Ferrita: - Fase muy importante para los aceros.- Su estructura es cúbica de cuerpo centrado.- El carbono es muy poco soluble en la ferrita de hecho recién alcanza máxima solubilidad sólida en el 0.02% a 723ºC.-Su dureza es de 90 Brinell.-Es magnética.

Austenita:-Se encuentra a altas temperaturas (no existe a temperatura ambiente).-Es de estructura cúbica de caras centradas. -Solidifica en forma dendrítica.

Cementita:-Es un carburo de carbono que llega hasta los 6,67%.-Su dureza es superior a los 68 Rowell C (duro y quebradizo).

Perlita: (Ferrita+Cementita)-Su composición es en capas (al microscopio se ve huella digital).-Su dureza esta entre los 200 y 300 Brinell.-Entre mas fina mas dura.

Diagrama Meta estable

Consta de dos partes:

•Aceros

•Fundiciones blancas

Fundiciones blancas:

Las fundiciones blancas al carbono (Fe, C, Mn, Si, P, S) no tienen mayor relevancia en la empresa acerera, la mayoría de las piezas que se fabrican vienen directo de fundición, no se procesan en caliente (fundir, trefilar, laminar, etc.) ya que son dura y al mismo frágiles condiciones ideales para resistir el desgaste.Las fases presentes son Fe3C mayor al 40% y Perlita+Cementita, todo el carbono se encuentra combinado bajo la forma de cementita

Fundiciones blancas por temperatura:

Ejemplo fundición blanca 3.2%• Entre 1270º y 1147º C

Austenita primaria(1.5%C)

Austenita Primaria (2.1%C)

• A 1147ºC

Reacción eutectica

Liquido

Austenita+Fe3C

(Ledeburita)

• A 1147ºC - T Austenita Primaria

+

Austenita (Ledeburita)

+

Fe3C(Ledeburita)

•Entre 1147º C Y 727º C

Austenita (2.1%) Austenita (0.8%)

•La reducción de carbono se debe a un cambio de solubilidad y por difucion del carbono el cual difunde a la superficie libre

• A 727ºC + T

Se forma Fe3C segundaria que nace a partir de la Austenita máxima.

100% Austenita 22% Fe3C segundaria

• A 727º C

Ocurre la reacción Eutectoide

Austenita Perlita

• A temperatura ambiente se aprecia:

Fe3C (Led) ; Fe3C (segundaria) ; Perlita

Fundición blanca Hipoeutectica:

Lo primero que se forma son dendritas ricas en Austenita. Después el líquido se transforma en Ledeburita (Austenita + Fe3C), Nodular “piel de tigre”

Fe3C2 rodea a la Austenita (bordes blancos)

Fundición blanca Hiperecutectica:

Fe3C bastones blancos

Austenita dendritas

Al microscopio se observa:

Diagrama Estable:El diagrama estable se caracteriza por tener porcentaje de 0 a 100% donde dentro de este rango que encuentran dos partes importantes las cuales son los aceros y las fundiciones grises.

Fundiciones Grises:•Estan presentes el Fe, C, Mn, Si, P, S.•Las reacciones ocurren al igual que en el diagrama meta estable solo que varían los puntos de reacciones por la incorporación importante de Si el cual como requisito basico debe ser > a 1%(este favorece a la grafitizacion).También debe haber Mn ,en un menor porcentaje, para la creacion de MnO el que desoxida la fundicion. Las fundiciones se crean en grandes moldes de arena o ceramicos.

•Los porcentajes exactos de los aleados

P : 0.05 – 0.2 % S : 0.05 – 0.07 % Mn : 0.3 – 1 %

Fases de las fundiciones grises:

•Fundición Gris Ferrifica (ferrifica ,C(g) ) Estable

•Fundición Gris Ordinaria (ferrifica ,C(g) ,Perlitica) Meta estable

•Fundición Gris Perlitica (C(g) ,Perlita) +

•Fundición Gris Atrunchada (C(g), P, Fe3C, Ferrita) Estable

Morfologías de las fundiciones grises:

•Fundición Gris Laminar

•Fundición Gris Roseta

•Fundición Gris Nodular

•Fundición Gris Esferoidal (se prioriza el Mg)

•Fundición Gris Atrunchada

• Cuando en las fases hablamos de metaestable + estable queremos decir que de el metaestable se pasa al estable por medio de variaciones producidas por el Silicio presente con los siguientes calculos:

- Nuevo Pto. Eutectoide = Pto. Eutectoide - % Si

9

- Nuevo Pto. Eutectico = Pto. Eutectico - % Si

3

•Aplicaciones:

-Resistente al desgaste

-Resistente a la compresion

-Resistente a la oxidacion

-Resistente a altas temperaturas (Oxidacion)

Acido

Humedad

Ventajas y desventajas:

+Barata

-No resiste altos impactos

-Mala tenacidad

•Microscopicamente se pueden apreciar el C(g) de las tres formar el primario es el mas grueso, el eutectico es menos gruso y el secundario el mas fino.

Fotografia de algunas fundiciones grises al microscopio:(se pueden ver con o sin ataque)

Fundición Gris Laminar Fundición Gris Esferoidal

Fundicion Gris Nodular Fundición Gris Roseta

Aceros:

La parte más importante y extensa se encuentra en la parte de los aceros al carbono.

Estos son aleaciones Fe-C Con un % de carbono entre los 0.02 – 2 %, contienen elementos como Si, Mn, P, S.

Existen dos tipos importantes de aceros:

•De baja aleación (< al 5%)•De alta aleación

Pero antes de referirnos a los aceros tendremos

que hablar de una parte importante de los aceros,

los aleados.

Existe distintos tipos de

aleantes de los cuales nombraremos uno a uno mostrando sus principales propiedades que le confieren

al acero.

De partida se habla de un acero aleado cuando este tiene unos porcentajes de aleantes mínimos

los cuales son

0.35 % Si y un 0.9 % Mn

• Fósforo (P) y Azufre (S)

- Aumenta la resistencia máxima a la

tracción

- Forma viruta corta (uso mecánico)

• Manganeso (Mn)- Se disuelve en la ferrita y la endurece

-No forma carburos

-Neutraliza los efectos del Oxigeno y el azufre

-Forma MnS el cual a Tº de laminación tiene comportamiento plástico

-Aumenta resistencia a la ruptura, fluencia y tenacidad

-Fundamental para aceros estructurales

• Silicio (Si)- Desoxidante del acero

- >6% favorece la conducción eléctrica

- +Mn hacen el acero mas homogéneo

- Aumenta la templabilidad y resistencia a la fatiga

- Se usa para resortes (1.5%-2.25%)• Cromo:- Aumenta resistencia a la oxidación y corrosión

- Aumenta dureza, resistencia mecánica y la fatiga

- Aumenta la templabilidad

- Solo forma carburos cuando no existen otros y le da resistencia al desgaste y al creep

• Molibdeno:

-Para aceros de construcción (0.1- 1%)

-Aumenta la dureza e impide fluencia plástica

-Hacen solución sólida con la austenita

• Titanio

- Al igual que el Zirconio, Vanadio, Niobio crea

carburos y le da propiedades de dureza y resistencia al desgaste

• Niquel- Aumenta considerablemente la resistencia mecanica y tenacidad

- No forma carburos

- Aumenta la templabilidad del acero ya que baja la velocidad de temple

- + Cromo le da dureza y resistencia a la fluencia, traccion, y al impacto

- Aumenta resistencia a la fatiga

• Niobio- Con un 0.02 % aumenta fluencia del acero

- Aumenta resistencia mecanica

- Aumenta resitencia l impacto

- Disminuye el limite de grano en la laminacion

- Forma carburos

- Con un 0.2 % evita la segregacion

• Vanadio-Gran formador de carburos (no con la austenita)

- Evita crecimiento de grano a altas temperaturas

- se ocupa en los aceros Cr-Mo para evitar crecimiento de grano

• Boro- Se ocupa en bajas cantidades (0.001 – 0.006 %)

- mejora templabilidad 50 veces mas

Solucion solida: Elemento sustituye al átomo de Hierro en la red cristalina al ser distinto el tamaño de

los átomos sustituyentes a el del hierro crea una contracción o una expansión de la red lo que le otorga una mayor dureza y por la deformación le da una resistencia mecánica también mayor.

• Metales que forman Solución sólida Ni, Mn, Co, Cr, Si (pero a menor escala)

• Metales que forman carburos Mo, W, Nb, Ti, V, Ta, Zr, ‘‘Cr’’

Aceros: > Resistencia mecánica Soluciones Dureza Sólidas Limite de fluencia

Aceros:>Resistencia al desgaste Carburos < resistencia a los golpes

Aceros de baja aleación:

Tienen como requisito tener menos del 5% de aleantes. Son muy utilisados por los ingenieros mecanicos en piezas como pernos, resortes, etc.

Son denominados aceros SAE y estan clasificados por la siguiente tabla:

1XXX Carbono 2XXX Niquel 3XXX Cromo, Niquel 4XXX Molibdeno (Cr, Ni)

5XXX Cromo

6XXX Cromo, Vanadio

8XXX Cromo,Mo, Vanadio

9XXX Silicio (Mn)

Aceros de alta aleación:

El significado de la palabra acero aleado o acero especial se refiere al uso de elementos tales como Ni, Cr, Mo, V, etc.

Los aceros especiales se pueden clasificar como:

•Aceros para trabajar en caliente •Aceros indeformables•Aceros rápidos•Aceros extra rápidos•Aceros inoxidables

Aceros para trabajar en caliente:

-La principal característica es que el % de carbono fluctúa

entre 0.3 – 0.6 %C y con aleados como el Cr, W, Mo, V y Si.

-Soporta temperaturas entre 450º - 500º C • Especificaciones del acero para trabajar en caliente:

-Función especifica que desempeña la pieza

-Temperatura máxima que alcanza la pieza

-Tipo de refrigeración• Aplicaciones:

-Matrices para forjar

-Prensas en caliente

-Herramientas para soportar enfriamientos bruscos

Aceros indeformables: Tienen este nombre porque experimentan la menor deformación durante el

temple. Tienen contenido de carbono alto (=1%) y contenido de cromo 5 – 12% y Mn en 2%

Su aplicación esta en matricerías de alta precisión y alto rendimiento y partes de chancadoras de la minería de cobre

Aceros rápidos: Están destinados como lo dice el nombre a maquinaria de alta velocidad.

Son aceros de herramientas de corte que deben mantener su función a altas temperaturas.

El contenido de carbono fluctúa entre los 0.75 – 0.9 % además de tener Cr, V, W, Mo.

Aceros Extra rápidos: La diferencia es que al estar expuesto a mayores temperaturas (750ºC) se

le agrega al acero cantidades mayores de Cr, Mo, W, V y también una cantidad de Co que le da características de mayor dureza y resistencia a altas temperaturas.

Se aplica este acero en trozadoras, brocas , fresas, sierras de gran velocidad.

Aceros inoxidables:

Son aceros que resisten de buena forma la corrosión donde el aleado

principal es el cromo que debe superar su contenido en un 12%, este le confiere el la característica de inoxidables, Se dividen en los siguientes:

• Aceros inoxidables Austeníticos:

% C : 0.04 – 0.08 (AISI 300)

% Cr: 17 – 19

% Ni: 7 – 12 (hace que la curva descienda a temperatura ambiente)

-Conformado en frió -Corrosión bajo

y caliente tensión (S.C.C)

Ventajas -Soporta corrosión Desventajas -Fase Sigma

-Es soldable -Corrosión

ínter granular

•Bacteriana

•Ácidos

•Cloro

Aplicaciones:

Su mayor aplicación se encuentra en la industria química, láctea, utensilios de cocina, etc.

• Acero inoxidable Ferritico: (AISI 400)

Son aceros resistentes a altas temperaturas y a atmósferas oxidantes.

% C : 0.08 – 0.35

% Cr : 16 - 30

% Mn = % Si = 1%

-Se laminan y forjan -No solda

en caliente Desventajas -No resiste la

Ventajas -muy dura corrosion bacteriana

-resiste la oxidacion

mejor que los

austeniticos

Aplicaciones:

-Planchas

-Paredes de Hornos

• Aceros inoxidables Martensíticos: (AISI 400)

Al tener un considerable contenido de carbono tiene una gran dureza por lo que son muy utilizados en artículos de resistencia.

% C : 0.1 – 0.4

% Cr: 12 - 15

% Mo = % Si = % Mn = 1%

-Es una Ferrita deformada

-Son inoxidables

Propiedades -Resistentes al desgaste

-Alta dureza

-Resistentes a la corrosión

Aplicaciones:

-Materiales quirúrgicos

-Cuchillos

-Ejes de bombas

Otros Aceros:

• Aceros inoxidables Duplex:-Tienen un 50% Austeniticos

50% Ferriticos

• Aceros Refractarios: (aleación austenitica)-Trabajan a altas temperaturas (870º - 1100º C)

-Resisten la corrosión y oxidación a altas temperaturas

-Tienen contenidos de Cr = 20% y de Ni = 35%

Ejemplos:

HK – 40 ,HP – 50 , HN