Diagrama de Fe-C

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ALEACIONES FERROSAS

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conceptos sobre las aleaciones ferrosas

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  • ALEACIONES FERROSAS

  • Curva de Enfriamiento del Hierro El hierro puro es un metal Alotrpico que al calentarse o enfriarse sufre cambios en su estructura cristalina

    A 910C el Hierro cristaliza BCCFe- (alfa)

    A 1400C el Hierro cristaliza FCC Fe- (gamma)

    A 1539C el Hierro cristaliza BCC Fe- (delta)

  • Estructuras presentes en el diagrama Fe-C

    ESTRUCTURACARACTERISTICASFERRITASolucin intersticial de una cantidad pequea de carbono disuelto en Fe- con estructura BCC AUSTENITASolucin intersticial de una pequea cantidad de carbono disuelto en Fe- con estructura FCCCEMENTITAEs el carburo de hierro (Fe3C).Compuesto intersticial, con proporciones estequiomtricas. Presenta estructura ortorrmbica

    PERLITAMezcla eutctica. Mezcla muy fina tipo placa o lmina de ferrita y cementita (Fe3C). La presentacin que da es tipo huella dactilar

  • FERRITASolucin slida de C en Fe- (BCC)

  • AUSTENITASolucin slida de C en Fe- (FCC)

  • CEMENTITA(Fe3C)

  • PERLITAMezcla eutctica de Ferrita(C en Fe-) y Cementita(Fe3C)

  • DIAGRAMA DE FASESHIERRO CARBONO El sistema de aleaciones binario ms importante en ingeniera es el sistema Hierro-Carbono. Los aceros y las fundiciones son esencialmente aleaciones de hierro y carbono.

  • La porcin eutectoide del diagrama de fase Fe-Fe3C (b) Una versin expandida del diagrama Fe-C, adaptada de varias fuentes

  • Soluciones slidas Tanto la ferrita como la austenita son soluciones slidas de tomos intersticiales de carbono en hierro. Las soluciones slidas son relativamente blandas y dctiles, pero mas fuertes que el hierro puro debido a la presencia de carbono en la estructura.

    (a) Ferrita(C disuelto en Fe (BCC))b) Austenita(C disuelto en Fe (FCC))

  • Compuesto Intermetlico En el eje de composicin slo se llega hasta 6.7% en peso de carbono, concentracin que al exceder el lmite de solubilidad de carbono en hierro produce la formacin de un compuesto intermedio denominado Carburo de hierro o Cementita (Fe3C) que es extremadamente duro y frgil y est presente en todos los aceros comerciales.

    Prcticamente todos los aceros y fundiciones tienen porcentajes de carbono inferiores a 6.7%; por tanto slo se considera la parte rica en hierro del sistema Fe-C o ms propiamente dicho el diagrama Fe Fe3C, ya que la cementita se considera un componente.

    Sin embargo, no se trata de un verdadero diagrama de equilibrio, puesto que el carburo de hierro se descompone en Hierro y carbono (grafito) y por tanto se le llama fase metaestable aunque puede considerrsele como representante de cambios en equilibrio slo a temperatura ambiente o a condiciones de calentamiento y enfriamiento muy lentos puesto que esta descomposicin se lleva a cabo en tiempos extremadamente largos.

  • Reacciones invariantes :En la regin delta la lnea horizontal a 1492C (2720F) ocurre una reaccin peritctica:

    La solubilidad mxima del C en Fe- (BCC) es 0.10%C NM : cambio de BCC a FCC con menos de 0.10% CMP : cambio de BCC a FCC con reaccin peritctica con 0.10% -0.18% CNP : al enfriar el cambio de BCC a FCC para aleaciones con menos de 0.18% CPB : cambio de BCC a FCC con reaccin peritctica con 0.18% -0.50% C

  • La reaccin eutctica :La mezcla eutctica generalmente no se ve en la micro-estructura, ya que la austenita no es estable a tempe-ratura ambiente y debe sufrir otra reaccin durante el enfriamiento.2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.El diagrama de fase Fe-Fe3C ( una porcin del diagrama Fe-C). La linea vertical est a 6.67% de C con el compuesto estequiomtrico Fe3C.

  • La reaccin eutectoide :

    Austenita

    Como ocurre en la reaccin eutctica, las dos fases que se forman tienen una composicin diferente de modo que los tomos deben difundir durante la reaccin 0.77%C 0.0218%C 6.67%CEsta redistribucin de tomos es ms fcil si las distancias de difusin son cortas, que es el caso cuando la ferrita y cementita crecen como laminillas delgadas.Fotomicrografa de la perlita

  • Diagrama de equilibrio marcado con los nombres comunes para las estructuras

  • Desarrollo de MicroestructurasMicroestructuras hipoeutectoides e hipereutectoidesThe evolution of the microstructure of hypoeutectoid and hypoeutectoid steels during cooling. In relationship to the Fe-Fe3C phase diagram.

  • A hypoeutectoid steel showing primary (white) and pearlite ( 400). A hypereutectoid steel showing primary Fe3C surrounding pearlite ( 800).

    (From ASM Handbook, Vol. 7, (1972), ASM International, Materials Park, OH 44073.)

  • Schematic representations of the microstructures for an ironcarbon alloy of hypoeutectoid composition C0(containing less than 0.76 wt% C) as it is cooled from within the austenite phase region to below the eutectoid temperature.Photomicrograph of a 0.38 wt% C steel having a microstructure consisting of pearlite and proeutectoid ferrite. 635X. (Photomicrograph courtesy of Republic Steel Corporation.)

  • Schematic representations of the microstructures for an ironcarbon alloy of hypereutectoid composition C1 (containing between 0.76 and 2.14 wt% C), as it is cooled from within the austenite phase region to below the eutectoid temperature.Photomicrograph of a 1.4 wt% C steel having a microstructure consisting of a white proeutectoid cementite network surrounding the pearlite colonies.1000. (Copyright 1971 by United States Steel Corporation.)

  • Schematic representations of the microstructures for an ironcarbon alloy of eutectoid composition (0.76 wt% C) above and below the eutectoid temperature.Photomicrograph of a eutectoid steel showing the pearlite microstructure consisting of alternating layers of ferrite (the light phase) and Fe3C (thin layers most of which appear dark). 500X. (Reproduced with permission from Metals Handbook, Vol. 9, 9th edition, Metallography and Microstructures, American Society for Metals, Materials Park, OH, 1985.)

  • Solubilidad de carbono en hierroLa austenita , que es fcc, representa un empaquetamiento de tomos ms denso que la ferrita, que es bcc. Esto se muestra por la expansin que tiene lugar cuando la austenita cambia a ferrita por enfriamiento lento.El porcentaje de espacio sin llenar en la red fcc es del 25% y en la red bcc es del 32%. Sin embargo, el orificio mas grande en ferrita permitira alojar una esfera intersticial de radio 0.36 A mientras que en austenita de 0.52 A. Por tanto, como el tomo de carbono tiene un redio de 0.70 A; la austenita tendr mayor solubilidad para el carbono que la ferrita.

  • Efecto de otros elementos de aleacinLa adicin de otros elementos aleantes cambian drsticamente la posiciones de los lmites de fases, tal como el desplazamiento de la posicin del eutectoide con respecto a la temperatura y composicin as como tambin las fracciones de perlitas y fases proeutectoides.

  • Problema 1.Un acero al carbono simple eutectoide con 0,80% C se enfra lentamente desde 750C hasta una temperatura apenas por debajo de 723C.Suponiendo que toda la austenita se transforma en ferrita y cementita.a) Calcule el porcentaje en peso de ferrita eutectoide que se formab) Calcule el porcentaje en peso de cementita eutectoide que se forma

  • Problema 2Un acero al carbono simple hipoteutoide con 0,40% es enfriado lentamente desde 940C hasta una temperatura apenas por arriba de 723C.a) calcule el porcentaje en peso de la austenita presente en el acerob) calcule el porcentaje en peso de la ferrita proeutectoide presente en el acero

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