diagrama fe-cfe temple

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

Iván García Gutiérrez I Semestre 2010

I.-GENERALIDADES

• SISTEMA CRISTALINO EN LOS METALES.

Todos los elementos metálicosestán formados por un sistemacristalino, el cual tiene comomínima unidad a la celdaunitaria.

SISTEMA CRISTALINOS

• SOLUBILIDAD EN ESTADO SÓLIDO

• Soluciones sólidas por sustitución.Ocurren cuando átomos aleantes sustituyen a los átomos

del metal base. Para ello deberá cumplirse con la regla de“Hume- Rothery”.

1.- La diferencia entre los radios < 15%.

2.- La electronegatividad debe ser similar.

3.- Los dos metales deben poseer la misma estructura cristalina.

4.- La valencia con la que actúan debe ser la misma.

Si no se cumple con una o mas de las reglas, sólo es posible obtener solubilidad parcial.

• Soluciones sólidas por sustitución.

• Soluciones sólidas por inserción.

Cuando los átomos del elementosoluto son de diámetro muy pequeño conrelación a los del disolvente, puedenformarse soluciones solidas por inserción enla que los átomos de soluto se insertan enlos espacios interatómicos de los cristalesdel disolvente.

El acero es un claro ejemplo de este tipo desolución en el cual el disolvente es el Fe y elsoluto el C.

CURVAS DE ENFRIAMIENTO EN METALES Y ALEACIONES

ESTRUCTURAS CRISTALINAS DEL HIERRO

CURVAS DE ENFRIAMIENTO DEL HIERRO

• Hierro α:

– Red cúbica centrada.

– Existe como forma alotrópica hasta los 910 ºC (β) si bien cambia sus propiedades.

– Hasta los 768ºC es magnético.

– Desde 768 a 910ºC no es magnético. Hierro β

– Poca capacidad de disolución del carbono. (máx. 0,02% a 768ºC)

• Hierro γ:

– Red cúbica centrada en las caras.

– Entre 910 y 1400 ºC

– Más denso y dilatable que el hierro β.

– No es magnético

– Mucha capacidad de disolución del carbono. (hasta 2% a 1130ºC)


• Hierro δ:

– Red cúbica centrada.

– Entre 1400 y 1539ºC (temperatura de fusión) Más denso y dilatable que el hierro γ.

– Débilmente magnético

– Poca capacidad de disolución del carbono. (hasta 0.1% a 1492ºC)


CONSTITUYENTE ESTRUCTURALES DEL ACERO

1.5.-CONSTITUYENTE ESTRUCTURALES DEL ACERO

• FERRITA. Es el mas blando y dúctil de los

aceros. Posee una dureza de 90 HB. Resistencia a la tracción de

28Kg/mm2 y con un alargamiento del 40%.

A temperatura ambiente solubiliza 0.008%C y a 723ºC 0.02%C.

Posee una estructura cubica de cuerpo centrado y es magnética hasta los 728ºC.

• AUSTENITA

Posee una dureza de 300 HB. Resistencia a la tracción de

100Kg/mm2 y un alargamiento del 30%.

Es el mas denso por que llega hasta solubilizar 2.1%C a 1130ºC

Posee una estructura cubica de cara centrada.


• PERLITA

Cada grano de perlita está formado por láminas o placas alternadas de Cementita y ferrita.

Esta compuesta por un 86.5% de ferrita y 13.5% de Cementita.

Posee una dureza de 200 HB.

Resistencia a la tracción de 80Kg/mm2 y un alargamiento del 15%.


• CEMENTITA

Es un compuesto intersticial muy duro y frágil, posee una dureza de 700 HB. Aprox. 68 HRc.

Es magnética hasta los 210ºC

Posee una estructura cristalina ortorrómbica compleja.


• MARTENSITA


La Martensita es una solución solida sobresaturada de carbono en hierro alfa. Se obtiene por enfriamiento

rápido de los aceros.Su dureza varía desde 50 a 68

HRc.Posee una resistencia a la

tracción de 175 a 250 Kg/mm2.

• TROOSTITA Se produce por transformación

isotérmica de la austenita entre los 500ºC y 600ºC.

se presenta en forma de nódulos compuestos de laminillas radiales, de Cementita sobre ferrita, parecidas a las de la perlita, pero más finas.

Su dureza es de 450 Hb; su resistencia, de 250 kg/mm2.

Posee un alargamiento del 7.5%.


• SORBITA Se produce también por

transformación isotérmica de la austenita, aunque entre los 600 y 650ºC.

También se obtiene enfriando la austenita a una velocidad bastante inferior a la crítica.

Tiene la sorbita una dureza de 350 Hb, una resistencia de 100 Kg/mm2

Posee un alargamiento de un 15%.


• BAINITA Se obtiene por la

transformación que sufre la austenita entre los 250 y 550ºC.

Se enfría esta rápidamente hasta la temperatura indicada y se la mantiene luego a este nivel constante hasta la total transformación de la austenita en bainita.

Posee una dureza de 40 a 60 Rc.


• LEDEBURITA:

– Formada por una mezcla eutéctica deaustenita 48% y Cementita 52% ycontiene un 4.3% de carbono.

– Punto de fusión más bajo 1145ºC.

– Gran fluidez y poca importancia suspropiedades mecánicas.

– En fundiciones ordinarias no aparece atemperatura ambiente ya que sedescompone en perlita y cementita.


• STEADITA


Es un constituyente de naturaleza eutéctica y de alta fluidez. Aparece con contenidos mayores del 15% P.Es muy dura y frágil. Funde a

los 960ºC. Compuesta por u eutéctico

de ferrita y fosforo de hierro.

2 DIAGRAMA Fe-CFe3

II.DIAGRAMA Fe-CFe3

2.1 DIAGRAMA DE FASES

Son representaciones gráficas de temperatura vs. composición a presión constante, que permiten conocer:- las fases presentes para cada temperatura y composición.- solubilidades a diferentes temperaturas de un componente en otro- temperatura de solidificación,, etc.

Los diagramas de fases se construyen a partir de datos experimentales de Análisis Térmico diferencial (ATD), observación metalográfica y difracción de rayos X.

2.2 TIPOS DE DIAGRAMAS

• TIPO I. DOS METALES COMPLETAMENTES SOLUBLES EN ESTADO LÍQUIDO Y SÓLIDO

• TIPO II. DOS METALES COMPLETAMENTE SOLUBLES EN ESTADO LÍQUIDO Y COMPLETAMENTE INSOLUBLES EN ESTADO SÓLIDO.

• TIPO III. DOS METALES COMPLETAMENTES SOLUBLES EN ESTADO LÍQUIDO PERO PARCIALMENTE SOLUBLES EN ESTADO SÓLIDO.

• TIPO I. DOS METALES COMPLETAMENTES SOLUBLES EN ESTADO LÍQUIDO Y SÓLIDO

CURVA DE ENFRIAMIENTO METAL PURO

CURVA DE ENFRIAMIENTO ALEACIÓN

Tiempo

• CURVAS DE ENFRIAMIENTO PARA DIFERENTES ALEACIONES

EN UN SISTEMA COMPLETAMENTE SOLUBLE.

• DIAGRAMA DE FASES DE DOS METALES COMPLETAMENTES SOLUBLES EN LIQUIDO Y SOLIDO.

X

• REGLA I. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LAS FASES

• SOLIDO α: 90A - 10 B

• LIQUIDO: 74A - 26 B

• REGLA II. CANTIDADES RELATIVAS DE CADA FASE

10 B 26B20B

% Sólido α % Líquido

% Líquido:

% Sólido:

20 - 10

26 - 10x 100% = 62.5 %

26 - 20

26 - 10x 100% = 37.5 %

Línea de vinculación mo de lafigura, que muestra la aplicación dela regla de la palanca.

• DOS METALES COMPLETAMENTE SOLUBLES EN ESTADO LÍQUIDO Y COMPLETAMENTE INSOLUBLES EN ESTADO SÓLIDO.

Curvas de enfriamiento y micro estructuras.

• DOS METALES COMPLETAMENTE SOLUBLES EN ESTADO LÍQUIDO Y COMPLETAMENTE INSOLUBLES EN

ESTADO SÓLIDO.

• SOLUBLES EN ESTADO LÍQUIDO PEROPARCIALMENTE SOLUBLES EN ESTADO SÓLIDO.

REACIONES INVARIANTES EN DIAGRAMAS DE FASES

DIAGRAMA DE EQUILIBRIO FE-CFe3

Acero eutectoide

Fundición eutéctica

LÍNEAS DE TEMPERATURA CRÍTICA

Definimos a estas líneas como aquellas que

varían en el calentamiento y

enfriamiento.

Ac = calentamientoAr = enfriamiento

3.TRATAMIENTO TÉRMICO DE TEMPLE

3.1 TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Los tratamientos térmicos son operaciones de

enfriamiento y calentamiento continuos que se

realizan sobre un material con la finalidad de

mejorar propiedades mecánicas que uno

requiere para determinadas aplicaciones.

Se debe tener en cuenta que en todas las

transformaciones de fases no hay cambio en la

composición química total.

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

• NORMALIZADO

• RECOCIDO

• TEMPLE

• REVENIDO

TEMPLESe puede definir como una operación de calentamiento, lo necesario para que toda la masa se transforme en austenita, luego un enfriamiento brusco (velocidad de enfriamiento mayor que la critica) con la finalidad de obtener como fase final la martensita.

Microestructura: austenita → martensita

CARACTERISTICAS DE LOS CONSTITUYENTES

constituyente Dureza (brinell) característica

Ferrita 90 Cúbica de cuerpo centrado

Perlita 250-300 Constituyente bifásico

Cementita 700 Compuesto ínter metálico

Austenita 300 Cúbica de cara centrada

martensita 515-700 Tetragonal de cuerpo centrado (BCT)

Etapa de calentamiento.

El principal factor en esta etapa es alcanzar la temperatura de austenización, la recomendación normal o clásica es asegurar la temperatura de austenización (t°aust.= t° critica + 50°).

En esta etapa hay que diferenciar un acero hipoeutectoide de un acero hipereutectoide.

PROCESO DE TEMPLADO

• Etapa de enfriamiento.- Es la etapa más crítica ya que de esta dependen los diversos productos a obtener.

En este caso el factor analizar es le velocidad de enfriamiento, para esto definimos velocidad critica de enfriamiento.

CURVA T.T.T O CURVA DE LA S

VARIABLES QUE INFLUYEN EN EL TEMPLE

• COMPOSICIÓNLos elementos aleantes modifican diversosdiagramas de influencia para el temple.

Sobre los diagramas TTT. Los elementos (en sumayoría) así como el carbono, manganeso,níquel, cromo, molibdeno desplazan estediagrama hacia la derecha. Con lo cualaumenta la templabilidad.sobre el inicio y fin (Ms y Mf).

• GEOMETRÍA DE LA PIEZA

Con respecto al tamaño de la pieza podemosdecir que se generan diferentes velocidades deenfriamiento considerando desde la superficiede la pieza hacia el centro de la misma. Esto esmás influyente en piezas de gran espesor, porlo tanto la composición final podría tenerdiferentes constituciones.

La forma de la pieza que contenga mayorescaras de enfriamiento tendrá una altavelocidad de enfriamiento.

• MEDIO DE ENFRIAMIENTO

Tiene influencia sobre la velocidad de enfriamiento ya que de el depende como conseguir la rapidez de enfriamiento diseñada.Comúnmente se conocen diversos medios de enfriamiento como: agua, aceite, sales fundidas, agua y sal, etc.De las cuales se deben analizar ciertas propiedades fisicoquímicas como: viscosidad, conductividad calorífica, calor especifico

4 ENSAYOS EXPERIMENTALES

4. ENSAYOS

1. PROBETAS EXPERIMENTALES• MATERIAL: Acero ASTM A615 G 60

• DIMENSIONES:

– Altura: 40 mm

– Diámetro: 19.05 mm

• DUREZA: 15HRC

2. HORNO ELÉCTRICO

Horno de resistencia usado

en laboratorio con sistema de control

de temperatura tipo PID

(PROPORCIONAL, INTEGRAL,

DERIVATIVO)

2. HORNO ELÉCTRICO

• SISTEMA DE CONTROL PID

3. COMPOSICIÓN DE FASES

0.02 % 0.8 %0.4 %

% Ferrita % Perlita

% Ferrita:

% Perlita:

0.8 – 0.40.8 – 0.02

x 100% = 51.28 %

0.4 – 0.020.8 – 0.02

x 100% = 48.72 %

4.2 PARÁMETROS DE PROCESO

1. TEMPERATURA DE AUSTENIZACIÓN

2 . TIEMPO DE HOMOGENIZACIÓN

• El tiempo de mantenimiento lo escogimos en función al diámetro de la probeta, bajo el CRITERIO DE : 1 h / pulg. de sección.

• Diámetro de probeta = ¾ “.

• Tiempo de homogenizado = 45 min

3. MEDIO DE ENFRIAMIENTO

• PARA PODER COMPARA LA IMPORTACIA DEL MEDIO DE ENFRIAMIENTO Y LOS CONSTITUYENTES QUE ESTOS GENERAN SEGÚN LA CURVA T.T.T ESCOGIMOS DOS MEDIOS DE ENFRIAMIENTO:

• PROBETA N° 1: AGUA.

• Probeta N° 2 : ACEITE.

DIAGRAMA DE PROCESO

Gráfica de proceso

IMÁGENES DEL ENSAYO

TEMPLE EN ACEITE : PROBETA A 830 °C

PROBETAS TEMPLADAS

RESULTADOS • Probeta sin tratamiento térmico

Con ataque a 100X (Nital 2%)

•Probeta sin tratamiento térmico


•Probeta templada en agua

Sin ataque se observa la fisura provocada por la rápida velocidad de enfriamiento

•Probeta templada en agua

Con ataque a 500X (Nital 2%), se observa martensita al 100% y otra fisura de menor sección.

•Probeta templada en aceite

Con ataque a 200X (Nital 2%), se observa austenita retenida y sorbita.

•Probeta templada en aceite

Con ataque a 500X (Nital 2%), se observa austenita retenida y bainita.

TABLA DE DUREZA OBTENIDAS

MEDIO DE ENFRIAMIENTO

DUREZA (HRC)

AGUA 50

ACEITE 40

ACEITE 42

CONCLUSIONES

• Darle mayor importancia al medio de enfriamiento.

• Tener en cuenta las variables que influyen en el temple.

• Seleccionar una buena velocidad de enfriamiento.

• Contar con buen equipamiento.

• La metalurgia se basa en principios Físicos, Químicos y termodinámicos.

Recuerden:

GRACIAS

diagrama fe-cfe temple

Documents

Transcript of diagrama fe-cfe temple