Diagrama de fases

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Fundamentos de Ciencia de Materiales

Problemas Tema 5

DIAGRAMA HIERRO-CARBONO:
1.- Haciendo uso del diagrama Fe-C , verificar el enfriamiento lento ( en
condiciones próximas al equilibrio) de las siguientes aleaciones:
a) Acero de 0.17% de C
b) Acero de 0.30% de C
c) Acero de 0.53% de C
d) Acero de 0.77% de C
e) Acero de 1.00% de C
2.- De las aleaciones del problema anterior,calcular los porcentajes y las fases
constituyentes a 1496 y 1494 ºC (sólo en el caso de las tres primeras) y a 728 y
726 ºC para todas.
3.- Para las mismas aleaciones, construir las curvas de enfriamiento, especificando
a que tipo de transformación corresponde cada punto de detención.
4.- Determinar cuantitativamente los constituyentes a temperatura ambiente de
los siguientes aceros:
a) Acero de0.1% de C
b) Acero de 0.2% de C
c) Acero de 0.5% de C
d) Acero de 1.5% de C
5.- Describir la solubilidad del Carbono en el Hierro en función de la temperatura y
de sus distintos estados alotrópicos.
6.- Calcular el porcentaje de Ferrita y Cementita que contiene la Perlita a
temperatura ambiente.
7.- Deducir el porcentaje de C que contiene un acero hipoeutectoide, sabiendo que
en suestructura final a temperatura ambiente contiene un 94% de Ferrita.
8.- ¿ Por qué en el diagrama de las aleaciones Fe-C la concentración de C está
limitada al 6.67%?
9.- ¿ Por qué la transformación Fe α ⇔ Fe γ produce una variación de volumen?
10.- Una pieza de hierro de 50 Kg contiene 800 g de C,
a) ¿Qué tipo de aleación es ?
b) ¿Cuales son sus constituyentes y su estructura a temperaturaambiente?
c) Calcular su densidad a temperatura ambiente sabiendo que la ρ Feα es
7.87 g cm-3 y que la ρ CFe3 es 7.54 g cm-3.
d) Estudiar su enfriamiento lento desde fase líquida hasta temperatura
ambiente.

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Problemas Tema 5

SOLUCIONES:
1. y 2 - a) 0.17% de C
Comienza a solidificar a una temperatura (T1) aproximada de 1520 ºC con primeros
gérmenes deFe δ (0.06 % C).
A medida que desciende la temperatura hasta (T2) 1495 ºC + dT, la fracción sólida
va haciéndose más importante en masa a expensas de la fase líquida cuya
composición varía desde el 0.17 %C inicial hasta el 0.53 %C a esta temperatura,
simultáneamente la fase sólida se concentra en C hasta alcanzar la composición
0.09 %C. Si el enfriamiento se verifica en condiciones deequilibrio, la fase sólida
va homogeneizándose a medida que avanza la solidificación, mediante la acción de la
difusión en fase sólida.

Fundamentos de Ciencia de Materiales

Problemas Tema 5

T2 =1496 ºC:
Fe δ (0.09 % C) = 81,8%
Líquido ( 0.53 % C) = 18,2 %
A T3 =1495ºC : Reacción peritéctica:
Fe δ (0.09 % C) + Líquido ( 0.53 % C) ⇔ Fe γ (0.17 % C)
A T4 = 1494ºC: temperatura a la cual setermina la solidificación, quedando toda la
aleación formada por una única fase sólida, Fe γ (0.17 % de C).
Fe γ (0.17 % C) = 100%
Durante el enfriamiento que sigue hasta los 850 ºC, la única fase presente es Fe γ
(0.17 % de C).
Durante el enfriamiento entre 850 y 727 ºC + dT, se produce la separación del Fe
α (0.022 % de C), mientras que el Fe γ (0.17 % de C) se concentra en C hastaalcanzar la concentración 0.77% de C.
A T5= 727 + dT = 728ºC:
Fe γ (0.77 % C) = 19,8%
Fe α (0.02 % C) = 80,2%
A T6= 727ºC: Reacción eutectoide:
Fe γ (0.77 % de C) ⇔ Fe α (0.02 % de C) + Fe3C (6.67 % de C)
A T7= 727 - dT = 726ºC:
Fe α (0.02 % de C) = 97,75%
Fe3C (6.67 % C) = 2,25 %
Durante el enfriamiento entre 726 ºC hasta temperatura ambiente se produce la
separación de C del Fe α (desde 0.022% de C hasta 0% a 500ºC) en forma de
Fe3C.
A T8= 0ºC :

Fe α (0.00 % de C) = 95,5%
Fe3C (6.67 % C) = 4,5 %

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Problemas Tema 5

b) 0.3% de C
T1 = 1525 ºC: Primeros gérmenes de Fe δ (0.04 % C).
T2 =1496 ºC: Fe δ (0.09 % C) ⇔ Líquido ( 0.53 % C)
Fe δ (0.09 % C) = 52.3 %
Líquido ( 0.53 % C) = 47.7 %
T3 = 1495ºC: Reacción peritéctica:
Fe δ (0.09...
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