Aleaciones ferreas

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 METAESTABLE 10.- CLASIFICACION DE LAS FUNDICIONES: ORDINARIAS: Blancas, Grises, Atruchadas. ALEADAS, ESPECIALES Y MALEABLES.

FASES Y CONSTITUYENTES
Fases del hierro puro: Feα
912 ºC

Fe γ
1394 ºC

Fe δ
1538 ºC

Líquido

Elcarbono forma una solución sólida intersticial con el Fe: FERRITA Feα Blanda y dúctil AUSTENITA Feγ Ferrita Feδ - máx solubilidad 0.09% C a 1495ºC. Formalmente equivalente a Feα pero estable a alta temp. Sin interés tecnológico CEMENTITA 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) alcabo de varios años.

CLASIFICACIÓN DE LAS ALEACIONES Fe-C
HIERRO: concentración carbono < 0.008 % en peso ACERO: 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 peso Aceros hipereutectoides:concentración carbono entre 0.77 y 2.11 % en peso

CONSTITUYENTES ALOTRÓPICOS DEL HIERRO PURO
Hierro α (BCC) a = 290 pm N=2 FEA = 68%
Solución sólida intersticial de C (1/2, 0, 1/4)

Sol máx (727ºC) = 0.02181%C

Hierro γ (FCC) a = 360 pm N=4 FEA = 74% Sol máx (1148ºC) = 2.11%C
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

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

SOLIDIFICACIÓN Y ENFRIAMIENTO DE LOS ACEROS EN EQUILIBRIO
REGIÓN PERITÉCTICA

Líquido Fe δ Líquido Fe γ

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
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 faselíquida, la solidificación termina a una T inferior. 3 solidifica directamente en fase γ.

δ

δ+L 0.09 δ+γ γ 0.17 0.53 L+γ 1495ºC

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)

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

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

SOLIDIFICACIÓN Y ENFRIAMIENTO DE LOS ACEROS EN EQUILIBRIO
REGIÓN EUTECTOIDEAcero 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 DE LOS ACEROS
a) Proporcionar un endurecimiento por solución sólida en la ferrita. b) Por la precipitación...