Ciencia de los materiales. Problemas diagrama Fe-C

Problemas diagrama Fe-C

1º: Transformación durante el proceso de solidificación de un liquido con el 4,5%C.

(Fundición blanca: Diagrama Fe-Fe3C).

1. Temperatura de comienzo del proceso de solidificación

            [pic 1]=[pic 2]   ; T = 1155ºC [pic 3][pic 4][pic 5]

                                                               T              1227    

                                                                               1148[pic 6]

                                          4,3                    4,5       6,67

1. Calculo de todas las fases que intervienen en le proceso de solidificación: cementitas, austenitas, ferritas, perlitas

          Cementita primaria:  [pic 7]·100 = 8%; Líquido 92%  

          Cementita eutéctica:( [pic 8]·100)  – ([pic 9]·100) = 44%

         Austenita eutéctica: [pic 10]·100 = 48%

        Cementita proeutectoide (secundaria): ([pic 11]·100)-([pic 12]·100) = 11%

       Austenita eutectoide: ([pic 13]· 100) = 37%

       Cementita eutectoide: ([pic 14]· 100) – ([pic 15]· 100) = 4%

      Ferrita Eutectoide: [pic 16]·100 = 33%

     Ferrita total ≈ Ferrita eutectoide = 33%

    Cementita terciaria (vermicular):([pic 17]· 100)–([pic 18]·100) = 0,097

   Cementita total = ( 8 + 44 + 11+ 4 + 0,097) = 67,097%

Intervalo de solidificación: 1155ºC – 1148ºC = 7ºC  

Macrorrechupe y escasa segregación; Ver pagina 273 del manual de la asignatura.

2º: Indicar el tipo de transformaciones que tienen lugar durante el proceso de solidificación de una aleación Fe-C (sistema metaestable) con el 3,5% de carbono así como la proporción en cada caso de las fases que se pueden formar según la solidificación de equilibrio metaestable Fe-CF3. ¿ Cual será la temperatura a la cual comienza a precipitar la primera fase sólida?

Austenita primaria: [pic 19]·100 = 36%

Liquido eutéctico (ledeburita): [pic 20]·100 = 64%; 100-36 = 64%

Cementita eutéctica: [pic 21]·100 = 31% 

100 % de ledeburita; [pic 22] Fe[pic 23]; [pic 24]Fe3C por tanto: 0,64· 48 = 31 % de cementita eutéctica.

Cementita proeutectoide: ([pic 25]·100) – ([pic 26]·100) = 15% 

Cementita eutectoide: ([pic 27]·100) – ([pic 28]·100) = 6%  

Cementita terciaria: ([pic 29]·100) – ([pic 30]·100) = 1% 

Cementita total: (31 + 15 + 6 + 1) = 53% 

Temperatura  de comienzo de la solidificación: [pic 31]= [pic 32]; T = 1222ºC

3º Calcular la composición de las fases y las temperaturas criticas que se obtendrán durante el proceso de solidificación de equilibrio de una aleación Fe-C con el 1,0 % C. Concretamente determinar las siguientes:

1. Temperatura a la cual se inicia el proceso de solidificación
2. Temperatura final del proceso de solidificación
3. Cantidad que puede existir de Austenita antes de que comience la precipitación de la cementita proeutectoide o secundaria.
4. Cantidad de cementita proeutectoide
5. Cantidad de cementita eutectoide
6. Cantidad de cementita total

1)    [pic 33] =  [pic 34] ; T = 1452ºC

2)    [pic 35] = [pic 36]; T = 1347 ºC 

       Intervalo de solidificación: Tl-Ts = 1452 – 1347 = 105 ºC

3) Entre 1347ºC y la temperatura de aparición de la  cementita todo el sistema es monofásico de    austenita.  

[pic 37] = [pic 38]; Tcement = 799 ºC

Por tanto entre 1347ºC y 799ºC todo es austenita.

4)   Cementita proeutectoide: [pic 39]·100 = 4,0%

5) Cementita eutectoide: ([pic 40]·100) – ([pic 41]·100) = 10,8%

6) Cementita terciaria: ([pic 42]) – ([pic 43]·100) = 0,20%

Cementita total: Cementita proeutectoide + Cementita eutectoide + Cementita terciaria = ( 4 + 10,8  + 0,20 ) = 15%

4º: Dibujar la curva de enfriamiento de un acero con el 0,45% C desde el estado líquido a la temperatura ambiente indicando las fases y las temperaturas para las cuales aparecen o desaparecen las fases del diagrama de equilibrio metaestable.

Comienzo del proceso de solidificación:

[pic 44][pic 45]

[pic 46][pic 47]

[pic 48]

[pic 49][pic 50]

[pic 51]

[pic 52][pic 53][pic 54][pic 55][pic 56]

[pic 57] ;                T = 1502ºC

Ferrita δ properitéctica:

[pic 58] ;        82% líquido (C = 0,53 %)

[pic 59][pic 60][pic 61]

[pic 62][pic 63][pic 64]

[pic 65][pic 66]

[pic 67]

% Austenita peritéctica (0,17%):

[pic 68];                78%  líquido

Reacción Peritéctica:        (82%) Líquido + (18%) Sólido (Fe – δ) [pic 69] (22%) Sólido (Fe – γ)

En esta reacción peritéctica el 18% de sólido (Fe – δ) (0,09% C) reacciona con el 82% de líquido (0,53% C) para dar 22% de sólido (Fe – γ) con 0,17% C. El líquido se reduce un 4%.

[pic 70]

Final del proceso de solidificación (100% Austenita):

[pic 71]

[pic 72]         

[pic 73]

[pic 74]

[pic 75][pic 76]

Comienzo de la transformación alotrópica de austenita en ferrita:

[pic 77]

[pic 78]

[pic 79][pic 80]

[pic 81]

Ferrita Proeutectoide:

[pic 82]                   Austenita Proeutectoide = 57%

Ferrita Eutectoide:

[pic 83]

Ferrita Total a Tª ambiente:

[pic 84]

Cementita Total:  Eutectoide + Terciaria = 7%

[pic 85]

[pic 86]

[pic 87][pic 88]

[pic 89]

[pic 90]

Curva de enfriamiento del acero:

[pic 91]

...