Metalografia

Metalografía-Aceros, Fundiciones, Inoxidables
Posted: Agosto 18, 2007 by juliocorrea in General, MATERIALES Y ENSAYO
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Aleaciones Hierro-Carbono. Aceros y Fundiciones.
El sistema de aleaciones binario más importante es el hierro-carbono. Los aceros y fundiciones son aleaciones hierro-carbono. La clasificación de las aleaciones férreas según el contenido en carbono comprende tres grandesgrupos: hierro cuando contiene menos del 0.008 % en peso de C, acero cuando la aleación Fe-C tiene un contenido en C mayor del 0.008 y menor del 2.11 % en peso (aunque generalmente contienen menos del 1 %), y fundición cuando la aleación Fe-C tiene un contenido en C superior al 2.1 % (aunque generalmente contienen entre el 3.5 y el 4 % de C).
Estructura Cristalina
Lo primero es comprender que unmetal está internamente ordenado en celdas cristalinas como por ejemplo la celda cúbica simple, y otras de mayor complejidad como la celda cúbica centrada en el cuerpo que se muestra en la figura 1.
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Cuando el metal fundido solidifica, en varios puntos se comienzan a reunir moléculas y forman un núcleo ordenado que crece en todas direcciones. Las figuras 2 y 3 ilustran la asociación de dosceldas vecinas en un diagrama simple y en una maqueta.
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Las agrupaciones de celdas que comienzan a solidificar, crecen tridimensionalmente hasta toparse unas con otras, deteniendo el crecimiento.
Esto produce zonas en las cuales la red cristalina está ordenada las que llamaremos granos y zonas denominadas límites de grano o fronteras de grano, en donde no existe orden alguno. En lafigura 4 se muestra una micrografía obtenida con un microscopio electrónico, donde se aprecian granos y sus fronteras.
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Para observar esto en un microscopio, se pule una superficie plana, lo que corta los granos en cualquier dirección. Para mejorar la visualización se aplica sobre la superficie una solución ácida denominada ataque, la cual corroe los granos en mayor o menor grado, dependiendode su orientación cristalina. En la figura 5 se muestra una metalografía con granos de acero ampliada 175 veces.
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Los cambios que ocurren en las aleaciones a distintas temperaturas dependen de la cantidad presente de cada elemento aleante. Esto se puede graficar en los llamados diagramas de fases, que indican las posibles combinaciones en función de la composición química de la aleación y dela temperatura. Estos diagramas sirven para seleccionar los tratamientos térmicos y optimizar la composición de la aleación en función a la microestructura que se desea obtener.
Diagrama Fe-C.
Fases en el sistema Fe-Fe3C.
En la figura se representa el diagrama de fases del sistema binario Fe- Fe3C para contenidos altos de hierro. El hierro sufre cambios estructurales con la temperatura antesde fundir. A temperatura ambiente la forma estable es la ferrita o Fe-α.
A 912 ºC la ferrita sufre una transformación polimórfica a austenita o Fe-γ. La austenita se transforma a otra fase a 1394 ºC que se conoce como ferrita-δ, la cual funde a1538 ºC. Todos estos cambios se pueden observar en el eje vertical del diagrama de fases para el hierro puro. El otro eje de la figura, sólo llega al 6.70 %en peso de C, concentración que coincide con el compuesto intermedio Fe3C conocido como carburo de hierro o cementita. La parte entre el 6.70 % de C y el 100 % de C (grafito puro) no es importante desde el punto de vista tecnológico y no se va a estudiar.
La ferrita es relativamente blanda y dúctil. Su estructura cristalina es cúbica centrada en el cuerpo, ferromagnética por debajo de 768 ºC, yde densidad 7.88 g/cc.
La austenita es la más dúctil de las fases del diagrama Fe-Fe3C, su estructura es cúbica centrada en las caras. Esta fase permite un proceso de difusión con el carbono mucho más rápido, tiene una solubilidad máxima de carbono del 2.11 % a 1148 ºC. Solubilidad aproximadamente 100 veces superior a la de la ferrita. Las transformaciones de fase de la austenita son muy...