ITSON

REGLA DE LA PALANCA Y MICROCONSTITUYENTES

Regla de la Palanca

Finalmente, el interés se enfoca en las cantidades relativas de cada fase, presentes dentro de la aleación. Estas cantidades normalmente se expresan como porcentaje del peso (% peso).

  En regiones de una sola fase, la cantidad de la fase simple es 100%.

En regiones bifásicas, sin embargo, se deberá calcular la cantidad de cada fase. Una técnica es hacer un balance de materiales.

Para calcular las cantidades de líquido y de sólido, se construye una palanca sobre la isoterma con su punto de apoyo en la composición original de la aleación (punto dado). El brazo de la palanca, opuesto a la composición de la fase cuya cantidad se calcula se divide por la longitud total de la palanca, para obtener la cantidad de dicha fase. 

  En general la regla de la palanca se puede escribir de esta forma:

  Se puede utilizar la regla de la palanca en cualquier región bifásica de un diagrama de fases binario. En regiones de una fase no se usa el cálculo de la regla de la palanca puesto que la respuesta es obvia (existe un 100% de dicha fase presente).

Pasos para calcular las composiciones:

1.Dibujar la isoterma

2.Encontrar el largo del lado opuesto a la composición deseada.

3.Dividir el largo del opuesto por la isoterma Y 4.El resultado se multiplica por 100

EJEMPLO:Una aleación de cobre - níquel contiene 47% en peso de Cu y 53% de Ni y está a

1.300 °C.Utilizando la siguiente figura responder lo siguiente:(a) ¿Cuál es el porcentaje en peso de cobre en las fases sólida y líquida a esta

temperatura?(b) ¿Qué porcentaje en peso de la aleación es líquida, y qué porcentaje es

sólida?

Solución: a) % Cu en fase líquida: 55% Cu

    % Cu en fase sólida: 42% Cu

b) Para el Niquel: wo = 53% wl = 45% ws = 58%

FERRITAEs una solución sólida intersticial de carbono en una red cúbica centrada

en el cuerpo de hierro. Admite hasta un 0,021 % C en solución a la temperatura eutectoide. Es el constituyente más blando del acero. Su resistencia es de 28 Kg/mm2 (2,7 MPa). Es ferromagnético siendo su

temperatura de Curie 768ºC. A partir de esta temperatura hasta los 910ºC su comportamiento es paramagnético, por lo que antigua y

equivocadamente se le creyó otra fase denominándosele hierro beta. La morfología y estructura granular de la ferrita es muy variada

pudiéndose encontrar hasta 24 términos descriptivos de la misma. Sin embargo, son dos las morfologías que conviene destacar (Fig. 1):

Morfología equiaxial y (fig. 2): estructura de Widmanstätten.

La morfología equiaxial corresponde a granos poligonales de ejes aproximadamente iguales, que resultan a veces atacados diferentemente en

función de su orientación cristalográfica respecto a la superficie de observación. En la estructura de Widmanstätten un enfriamiento rápido desde altas temperaturas

obliga a un crecimiento de la ferrita según ciertas direcciones preferenciales, resultando granos alargados en dichas direcciones del grano de austenita previo.

CEMENTITA

Es el carburo de hierro Fe3C con un contenido fijo de carbono del 6,67%. Es el constituyente más duro del acero alcanzando una dureza de 68 HRC. También

la morfología de la cementita es muy variada siendo destacables algunas estructuras típicas. Se consideran las siguientes en los aceros:

· Cementita secundaria · Cementita eutectoide · Cementita terciaria

En los aceros, la cementita libre, no asociada con otras fases suele aparecer en los aceros hipereutectoides, como cementita secundaria, formando una red

continua enmarcando una estructura granular formada por colonias de perlita (fig. 1). También, aparece como consecuencia de una precipitación en estado

sólido en aceros con muy poco carbono, como consecuencia de la disminución de la solubilidad del mismo por debajo de la temperatura de transformación

eutectoide. Se conoce como cementita terciaria. La cementita no libre, únicamente aparece asociada a la ferrita, como láminas

finas alternadas de una y otra, cuyo agregado se conoce como perlita. Son también destacables las formas que la cementita adopta como la esferoidita.

CEMENTITA

PERLITAEs un microconstituyente bifásico. Está formado por granos alargados

(considerando las tres direcciones son láminas) de cementita en una matriz ferrítica (Fig. 1). Cuando esta estructura laminar es muy fina (las láminas son muy delgadas) la perlita se ve al microscopio óptico como negra. Sin embargo ambas fases, ferrita y cementita, en condiciones normales de ataque son blancas. El color oscuro o negro lo producen el gran número de límites de grano existentes entre la matriz ferrítica y las láminas de cementita. Se comprende que cuanto más anchas sean las láminas (se habla entonces de perlita abierta o basta) la tonalidad se irá

aclarando hasta poder distinguirse las distintas láminas, no por ello la perlita pierde su carácter de microconstituyente.

Otra forma en que puede aparecer esta fina mezcla de ferrita y cementita es la esferoidita (Fig. 2). El nombre no está aceptado universalmente y muchos metalurgistas denominan a esta estructura cementita globular. Cuando la

transformación eutectoide se realiza lentamente o cuando tras la formación de perlita se da un tratamiento de esferoidización la cementita no aparece en forma laminar, sino en forma globular de menor contenido energético (menor relación

superficie/volumen)MARTENSITA

Es una fase metaestable de estructura tetragonal, obtenida por un enfriamiento brusco de una solución sólida intersticial y que se forma mediante un movimiento

de cizalladura en la red. Osmod (1902) la describía así: "(al observar al microscopio)... pueden verse agujas o fibras rectilíneas aún más finas orientadas en direcciones paralelas y separadas o no por una matriz de apariencia granular o vermicular". Debe añadirse que dichas agujas aparecen sólo claramente cuando el

porcentaje de carbono es alto siendo en otro caso la apariencia más parecida a hebras de paja amontonada. Su dureza depende del porcentaje de carbono que

tenga en solución y está comprendida entre 25 y 67 HRC, aproximadamente.

AUSTENITA 

Este es el constituyente más denso de los aceros, y está formado por la solución sólida, por inserción, de carbono en hierro gamma. La proporción de C

disuelto varía desde el 0 al 1.76%, correspondiendo este último porcentaje de máxima solubilidad a la temperatura de 1130 ºC.La austenita en los aceros al carbono, es decir, si ningún otro elemento aleado, empieza a formarse a la

temperatura de 723ºC. También puede obtenerse una estructura austenítica en los aceros a temperatura ambiente, enfriando muy rápidamente una probeta de acero de alto contenido de C a partir de una temperatura por encima de la crítica, pero

este tipo de austenita no es estable, y con el tiempo se transforma en ferrita y perlita o bien cementita y perlita.

 Excepcionalmente, hay algunos aceros al cromo-niquel denominados

austeníticos, cuya estructura es austenítica a la temperatura ambiente. La austenita está formada por cristales cúbicos de hierro gamma con los átomos de carbono intercalados en las aristas y en el centro. La austenita tiene una dureza de 305

Vickers, una resistencia de 100 Kg/mm2 y un alargamiento de un 30 %. No presenta propiedades magnéticas.

 

LEDEBURITA 

La ledeburita no es un constituyente de los aceros, sino de las fundiciones. Se encuentra en las aleaciones Fe-

C cuando el porcentaje de carbono en hierro aleado es superior al 25%, es decir, un contenido total de 1.76% de

carbono. 

La ledeburita se forma al enfriar una fundición líquida de carbono (de composición alrededor del 4.3% de C) desde

1130ºC, siendo estable hasta 723ºC, decomponiéndose a partir de esta temperatura en ferrita y cementita

    

BAINITASe forma la bainita en la transformación isoterma de la austenita, en un rango de

temperaturas de 250 a 550ºC. El proceso consiste en enfriar rápidamente la austenita hasta una temperatura constante, manteniéndose dicha temperatura

hasta la transformación total de la austenita en bainita.