PRINCIPALES CONSTITUYENTES DE LAS ALEACIONES HIERRO

DIAGRAMA DE EQUILIBRIO

TRAZADO DE LOS DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO

Consideramos el caso mas sencillo: de una aleación binaria en la que los dos componentes A Y B son totalmente solubles en estado liquido y solido.

En la grafica siguiente se muestran las curvas de enfriamiento correspondientes al

100% de A, 50%de A y 100 de B

DIAGRAMA DE EQUILIBRIO DE LAS ALEACIONES HIERRO-CARBONO

La temperatura a que tienen lugar los cambios alotrópicos en el hierro estará influida por los elementos que forman parte de la aleación, de los cuales el más importante es el carbono. Las figura muestra la porción de interés del sistema de aleación Fe-C. Contiene la parte entre Fe puro y un compuesto intersticial, llamado carburo de hierro, que contiene un 6.67% de C en peso. Esta porción se llamará diagrama de equilibrio hierro-carburo de hierro.

CONPOSICION DE LAS FASES.REGLA DE LA HORIZONTAL

Se trata de la determiar la composición quimica de las fases de una aleación de composición m, ala temperatura constante en su sistema, que para mayor sencillez supondremos binario osea con dos componentes y dos fases de equilibrio:una solida y otra liquida. Es decir que se trata de un sistema mono variante y, por lo tanto si se figa uno de los factores como la temperatura, quedaran figados los otros factores como la composición.

Los diagramas de fases muestran las fases en las que se encuentra una determinada aleación de composición química conocida. Así.

- En el punto a, la aleación constituida por un 50% de a y 50% de B forma una solución sólida (alfa) de solubilidad total.

- En un punto como el B la aleación se encuentra en un estado bifásico en el que coexisten un sólido y un líquido.

- Y en el punto C la aleación se encuentra en estado líquido.

La composición química de las dos fases se determina mediante la llamada regla de la horizontal: se traza una recta isoterma a la temperatura correspondiente al punto B y en sus puntos de corte con las líneas líquidus y sólidus se construyen rectas perpendiculares verticales; los puntos de intersección de estas últimas rectas con el eje de abcisas indican la composición de ambas fases

REGLA DE LOS SEMENTOS INVERSOS:Se utiliza la regla de los segmentos inversos para hallar el tanto por 1 en peso de la fase líquida.

En la fórmula encontramos el componente sólido de A, el componente líquido de A, y el componente total de A; todos ellos en % .P + F = C + 2

COPOSICION DE LAS FASES. REGLA DE LA HORIZONTAL

- Línea líquidus: Línea superior de inicio de solidificación que marca la transición entre la fase líquida y la fase líquida + sólida.

- Línea sólidus: línea inferior que marca la transición entre la fase líquida + sólida y la fase sólida.

PRINCIPALES CONSTITUYENTES DE LAS ALEACIONES HIERRO-CARBONO

CONSTITUYENTES COMPOSICION DUREZA

(brinell) RESISTENCIA DE ROTURA (Kg/mm) ALARGAMIENTO (%) FORMA DE CRISTALIZAR MAGNETICA CARACTERISTICAS

GENERALES

FERRITA Solución sólida en de carbono hierro a Temp. Ambiente de 0,008% C 90 28 35-40 Red cúbica centrada Si hasta 768º. Es el mas blando, dúctil pero poco resistente. La máxima solubilidad del carbono en el hierro alfa es de 0.002% a 723º.

CEMENTITA

(CARBURO DE HIERRO) Fe3 C

6,67% de C y 93,3% fe 700 Red ortorrómbica Si hasta 210º. Es el mas duro y frágil

PERLITA 86,5% de ferrita y 13,5 de cementita (0,89% C) 200 80 15 Forma laminar alternando capas de cementita y de ferrita Se denomina perlita por las irisaciones que adquiere al iluminarla. Es mas dura y resistente que la ferrita pero mas blanda y maleable que la cementita

AUSTENITA Solución sólida de inserción de carbono en hierro ganma (de 0 a 1,7% de C) 300 100 30 Cristales cúbicos de hierro ganma no Solo es estable a elevadas temperaturas (cuando el hierro alfa se transforma en ganma) a 723º se descompone en cementita y ferrita (perlita) tiene una gran plasticidad (se trabaja fácilmente). Su máxima solubilidad es a 1130º.

MARTENSITA Solución sólida sobresalida de carbono en hierro alfa donde el % de C varia hasta un 0,89% 175-250 514-700 2,5-0,5 Red

tretagonal si Es el constituyente de los aceros femplados. Se obtiene por un enfriamiento rapido de la austenita en hierro alfa. Presenta una gran dureza y resistencia aunque es poco maleable dúctil.

TROOSTITA

(OSMONDITA 450 250 7,5 Nódulos compuestos de laminillas radiales de cementita sobre ferrita Se produce por transformación isotérmica de la austentita entre 500-600º. Se enfría rápidamente la austenita hasta la temperatura de 500-600º y se mantiene constante hasta que se halla transformado en troostita.

SORBITA 350 100 15 Laminillas muy finas Transformación isotérmica de la austentita entre 600 y 650º y manteniendo constante la temperatura.

BAINITA Transformación isotérmica de la austentita de 250 a 550 y manteniéndola constante hasta la transformación.

LEDEBURITA Aleación del 35% Fe y un 64,5% de Fe3C Tiene el punto de fusión mas bajo y tiene gran fluidez. Es un constituyente de las fundiciones se forma al enfriar una fundición liquida de 4,3% de C desde 1130º siendo estable a 723º.

STEADITA Fundición con un 10% aprox., de Fósforo Constituyente de la naturaleza eutectica que aparece en fundiciones de mas de 0,15% de fósforo. Funde a 960º, es muy dura y frágil. En las fundiciones grises esta compuesto por un eutectico de ferrita y fosfuro. Y en las fundiciones blancas y atruchadas por un eutectico de ferrita, fosfuro y cementita

GRAFICO Laminas en fundiciones grises, nódulos en fundiciones maleables y esferoidal en fundiciones especiales Es blando, untuoso, de color gris y peso especifico 2,25. El grafito baja la dureza. Resistencia mecánica, elasticidad y plasticidad. Mejora la resistencia al desgaste y a la corrosión y a su veza sirve de lubricante en el roce

ACEROS: ALEACIONES HIERRO-CARBONO

El hierro técnicamente puro, es decir, con menos de 0.008% de carbono, es un metal blanco azulado, dúctil y maleable, cuyo peso específico es 7.87. Funde de 1536.5ºC a 1539ºC reblandeciéndose antes de llegar a esta temperatura, lo que permite forjarlo y moldearlo con facilidad. El hierro es un buen conductor de la electricidad y se imanta fácilmente.

Aleaciones Fe-C (Mirar) Diagrama de equilibrio de las aleaciones Fe-C Proceso de enfriamiento lento del acero

Tipos de aceros: Ferrita Cementita Perlita Austenita Martensita Bainita

Troostita Sorbita Ledeburita Steadita Grafito

VARIEDADES ALOTRÓPICAS DEL HIERRO

El hierro cristaliza en la variedad alfa hasta la temperatura de 768ºC. La red espacial a la que pertenece es la red cúbica centrada en el cuerpo (BCC). La distancia entre átomos es de 2.86 Å. El hierro alfa no disuelve prácticamente en carbono, no llegando al 0.008% a temperatura ambiente, teniendo como punto de máxima solubilidad a T=723ºC (0,02%).

La variedad beta existe de 768ºC a 910ºC. Cristalográficamente es igual a la alfa, y únicamente la distancia entre átomos es algo mayor: 2.9 Å a 800ºC y 2905ºC a 900ºC.

La variedad gamma se presenta de 910ºC a 1400ºC. Cristaliza en la estructura FCC. El cubo de hierro gamma tiene más volumen que el de hierro alfa. El hierro gamma disuelve fácilmente en carbono, creciendo la solubilidad desde 0.85% a 723ºC hasta 1.76% a 1130ºC para decrecer hasta el 0.12% a 1487ºC. Esta variedad de Fe es amagnético.

La variedad delta se inicia a los 1400ºC, observándose, entonces una reducción en el parámetro hasta 2.93Å, y un retorno a la estructura BCC. Su máxima solubilidad de carbono es 0.007% a 1487ºC. Esta variedad es poco interesante desde el punto de vista industrial. A partir de 1537ºC se inicia la fusión del Fe puro

ALEACIONES HIERO-CARBONO

El hierro puro apenas tiene aplicaciones industriales, pero formando aleaciones con el carbono (además de otros elementos), es el metal más utilizado en la industria moderna.

COMPOSICION DE LAS ALEACIONES HIERRO CARBONO

A la temperatura ambiente, salvo una pequeña parte disuelta en la ferrita, todo el carbono que contienen las aleaciones Fe-C está en forma de carburo de hierro( CFe3 ). Por eso, las aleaciones Fe-C se denominan también aleaciones hierro-carburo de hierro.

A temperaturas mas elevadas se disocia el carburo de hierro y queda el carbono en su totalidad formando soluciones solidas en el hierro gamma

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