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8/17/2019 Aleaciones hierro.docx

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Aleaciones hierro-carbono

Aceros: aleaciones de hierro con carbono (hasta 2% de C)

Aceros con aleante especial: aceros aleados

Aceros sin aleantes especiales: aceros al carbono.

Hierros fundidos o fundiciones que son?

Aleaciones de hierro con carbono, con un porcentaje de carbono de 2-6.6%

Diagrama de equilibrio Fe-Fe3C y las fases en acero

Tres zonas importantes del Diagrama Fe-Fe3C



Descomposición peritectica a !6"#C ($ase , sol. &olida 'CC) con solubilidadde C ma de 2% a !#C

*eacción eut+ctica con !.% de C, encima de !#C entre 2%-6.6% de Cse tendr una me/cla de $ases sólida li0uida.

A temperatura de 2#C ha una reacción eutectoide con una concentración de1.% de C. ($ase solida descomposición de dos nueas $ases solidas: $errita(a) cementita ('eC).

!u" sucede con la concentraci#n de C

A medida que disminuye la concentración por debajo del 2% de C, la temp. A laque comienzan a fundir las aleaciones va aumentando según A.

$a cementita es estable?

3a cementita no es una $ase de e0uilibrio. 4l 5rato es ms estable 0ue lacementita , bajo condiciones apropiadas, la cementita se descompone para$ormar 5rato. 4n aceros ordinarios esta descomposición casi nunca se obserapor0ue la nucleación de la cementita en el hierro sobresaturado con carbonoocurre ms $cilmente 0ue la nucleación del 5rato.

Fases del diagrama Fe-C

• !ase a" eiste a altas temperaturas

• !ase y" solución solida o austenita, desaparece por debajo de 2#C en

aceros al carbono pero puede ser retenida hasta la temperaturaambiente por el a5re5ado de aleantes. &in embar5o, si se en$r7a

lentamente una aleación desde el ran5o austen7tico, es decir, desde unatemperatura encima de las l7neas 849, esta austenita se descompone encristales primarios eutectoide, se5n su composición 0u7mica.

!u" sucede dentro o por deba%o de las l&neas marcadas?

• 4ncima de 849: si se en$r7a lentamente una aleación desde el ran5o

austen7tico (encima de 849), la austenita se descompone en cristalesprimarios eutectoide, se5mhmn su composición 0u7mica.



• Debajo de ;4& su prolon5ación, hasta alcan/ar la composición del

intermetalico ('eC), todas las aleaciones tendrn presente en suestructura un eutectoide (me/cla de cristales de solución solida a conuna solución de concentración mima de 1.12"% C llamado $errita decristales de intermetalico con 6.6% de carbono llamado cementita o

carburo de hierro) llamado perlita, si es 0ue el en$riamiento ha sido losucientemente lento.

C#mo se puede retener la austenita? C#mo se controla la austenitaretenida?

'n que punto se forma la cementita?

(icroconstituyentes de los aceros)

• !errita" (hierro a), o sea, hierro casi puro, 0ue puede contener en

solución pe0ue<as cantidades de &i, ; otras impure/as. en aceros,suelen $ormar solución solida con la $errita el =i, >5, Cu, &i, Al, etc. 4s elcomponente mas blando ductil de los aceros. Cristali/a en ?CC presenta propiedades ma5n+ticas.

• Cementita #!e$C" (hierro ), su composición es de 6.6% de carbono

@.% de hierro en peso. 4s el constituente mas duro $r5il de losaceros al carbono, alcan/ando una dure/a superior a 6 *C. Cristali/a

$ormando un paralelepido ortorrómbico de 5ran tama<o. 4s ma5n+ticahasta los 2#C.

• &erlita" la estructura laminar $ormada por $errita cementita recibe el

nombre de perlita. 4l nucleo ori5inial de una colonia de perlita se $ormausualmente en un limite de 5rano o en una particula de cementitapreeistente. 3a colonia se etiende rpidamente o a lo lar5o de losbordes de 5rano con menor elocidad en dirección normal a ellos.

4structura laminar (en$riamiento lento) es conocida como

perlita 5ruesa. (en$riamiento brusco) la estructura es mas cerrada (perlita

na).

&i la perlita laminar se calienta a temp. >enor a 2, lacementita adopta la $orma de 5lóbulos incrustados en lamasa de la $errita, recibiendo entonces la denominación deperlita 5lobular.

• Austenita: es una solución solida intersticial de carbono disuelto en

hierro . la mima solubilidad es del 2% de C a !BC. =o es estable atemperatura ambiente. 3a particularidad caracter7stica de la austenitaconsiste en 0ue esta puede eister en las aleaciones de hierro-carbono



nicamente a altas temperaturas, empe/ndose a $ormar a 2BC. bajociertas condiciones es posible tener austenita a temperatura ambiente.

• >artensita: 4l temple ori5ina a la martensita 0ue resulta como una

estructura de no e0uilibrio de la trans$ormación sin di$usión de laaustenita. ;osee alta dure/a (empa0uetamiento de atomos), despu+s dela cementita es ma5n+tica.

• ?ainita: se $orma por trans$ormación isot+rmica de la austenita, en un

interalo de 2"1BC-""1BC. 4l proceso consiste en en$riar rpidamente laaustenita hasta temperatura onstante, manteni+ndose para latrans$ormación total de austenita en bainita.

?ainta superior ("11-""1BC) arborescente

?ainita in$erior (2"1-!11BC) aspecto acicular parecido a la martensita.

• Carburos:

>n, Cr, , >o, E, Fi, Gr, Fa, =b. ( aumento de estabilidad)

Con ecepción de >n todos los dems elementos pertenecen al 5rupo 0uereduce la /ona del acero.

3os carburos son duros. (5ranos o 5lobulos).

• Hnclusiones no metlicas. &on elementos etra<os a la matri/ metlica,

reduciendo las propiedades del acero. ;roienen de escorias, re$ractarioso materias producidas en los procesos de oidación desoidación. &eclasican en sul$uros, oidos silicatos.

De*nici#n de Tratamiento t"rmico)

Ina combinación de operaciones de calentamiento en$riamiento, de tiemposdeterminados aplicadas a un metal o aleación en el estado sólido en una$orma tal 0ue producir propiedades deseadas.

Fodos los procesos bsicos de FF para aceros constituen la trans$ormación odescomposición de la austenita.



Tratamientos T"rmicos del acero+

4l primer paso en el tratamiento t+rmico del acero es calentar el material en opor encima del interalo cr7tico para $ormar austenita.

• &e debe considerar la $orma de la pie/a

• 3a elocidad de en$riamiento (en /onas del5adas especialmente)

• Composición del acero

• >asa del acero

&e tienen estos tratamientos t+rmicos como los ms comunes:

Caracter7sticasJtratamiento

recocido *ecocidosubcritico

*ecocidosdeausteni/acionincompleta(5lobulares)

=ormali/ado

Consiste en: Calentar a/onaaustenitica lue5o en$riarlentamentea lo lar5odel interalode

&ecalientapordebajo delatemperatura criticain$erior.

Calentamientosprolon5adosatemperaturasintermediasentre la

Calentamientoarriba de latemperaturacriticasuperior(ACK"1BC,apro),



trans$ormacion.

criticasuperior ein$erior.

se5uido deen$riamientoen airetran0uilo.

Fipo de en$riamiento

3ento 3ento 3ento 3ento

3u5ar o medio deen$riamiento.

4n el hornodonde sereali/o el FFo en unmaterialaislante decalor.

orno orno. L

;ropósito *enar5rano,proporcionarsuaidad,mejorarpropiedadesel+ctricas ma5n+ticas.4n al5unoscasosmejorar elma0uinado.

4liminartensionesdelmaterial aumentarsuductilidad.

Ablandaraceros mejorar suma0uinabilidad.

Mbtenerestructuraperlitica de5rano no distribuciónhomo5+nea, lacualcorresponde alaspropiedadesmecnicasoptimas de unacero perlitico.&e eliminantensiones

internas seuni$ormi/atama<o de5rano.

Fipos de acerocomnmenteempleados

-- --- &e da aaceros alcarbono conmas de "1%de C oaleados.

Aceroshipoeutectoides eutectoides.

Caracter7sticasJtratamiento

Femplado reenido

*eenido Fratamientosisot+rmicos.

Consiste en: &e calienta aunatemperaturali5eramente

Aplicadodespu+sdeltemple.

4lcalentamiento no sehace de una



mas eleada0ue lacriticasuperior se en$riamas omenosrpidamente.

$ormare5ular pro5resia,sino 0ue seinterrumpe ose modicaa diersastemperaturas duranteciertosinteralos,en los 0uepermaneceel material atemp.constanteduranteal5ntiempo

Fipo de en$riamiento

*pido

3u5ar o medio deen$riamiento.

>edioconeniente(a5ua,aceite, etc).

;ropósito 4ndurecer aumentarresistencia

del acero.

Frans$orma demanera

pro5resia a lamartensita haciaunaestructura masestabili/ada tena/.Despu+s

deltemple:reducelastensionesinternasde laspie/as



ori5inadas portemple,reduce$ra5ilidaddisminue ladure/a resistencia a latensión.

Fipos de acerocomnmenteempleados

Tratamientos termoqu&micos

&e a<aden di$erentes productos 0u7micos durante el proceso. 4stostratamientos tienen e$ecto solo supercial en las pie/as tratadas consi5uenaumentar la dure/a supercial de los componentes dejando el ncleo msblando Neible.

&e re0uiere de atmos$eras especiales:



a) Cementacion: Aumenta el contenido de C en la /ona peri$+rica,obteni+ndose despu+s por medio del temple reenido una 5ran dure/asupercial

b) Cianuracion carbonitruracion: las supercies eternas endurecidas 0uecontienen carbono nitró5eno se producen en ba<os li0uidos de sal(cianuracion) o mediante atmos$eras 5aseosas (carbonitruracion).

4n la cianuracion la me/cla 0ue mas se utili/a esta $ormada por 1% decianuro de sodio, !1% de carbonato de sodio 1% de cloruro de sodio. 3asatmos$eras utili/adas en carbonitruracion 5eneralmente incluen uname/cla de 5as portador (=2, 2 CM), 5as enri0uecedor (propano o 5asnatural) amoniaco.

c) &ulni/acion. &e da a "6"BC aproimadamente en ba<o de sales decomposición especial 0ue mejora etraordinariamente la resistencia aldes5aste. 4sa mejora se consi5ue por la incorporación de a/u$re a lasupercie sin 0ue se aumente mucho la dure/a ma0uinabilidad

d) =itruración. 4ndurecimiento supercial en una atmos$era de amoniaco amoniaco disociado. 3a e$ectiidad del proceso depende de la $ormaciónde nitruros en el acero por la reacción de nitró5eno con ciertoselementos de aleación (Al, Cr, >o). 3a capa nitrurada aria hasta unmimo de 1.112 in (conocida como capa blanca).

Transformacion de la austenita a temperatura constante

3a estructura 0ue se $orma a partir de la trans$ormación de la austenitadepende de la composición, del tama<o de 5rano de la austenita de latemperatura a la cual ocurre la trans$ormación.

;or lo tanto, un aspecto bsico en la trans$ormación de la austenita es ladeterminación del tiempo re0uerido para la trans$ormación inicial nal en unaserie de temperaturas subcriticas constantes.

&i la trans$ormación ocurre bajo condiciones isot+rmicas, el 7ndice denucleación el 7ndice de crecimiento de 5rano permanecen constantes.

Diagramas de TTT

3os dia5ramas de trans$ormación de la austenita se han llamado curas de la &debido a 0ue sus $ormas son a eces similares a la letra &. la 5. 2 muestra undia5rama de trans$ormación isot+rmica. 3as ariables correspondientes deestos dia5ramas son tiempo, temperatura trans$ormación.



Austenita retenida

4n muchos casos la austenita no se trans$orma a martensita, por lo 0ue laa5ujas de la martensita se obseran en una matri/ de austenita llamadaaustenita retenida. 3a austenita es relatiamente suae, por lo 0ue suprescencia no corresponde a la dure/a deseada 5eneralmente en un acero

completamente endurecido (templado).

3a trans$ormación de la austenita a martensita empie/a a una temperaturase<alada como >s continua a medida 0ue la temperatura disminue hasta latemperatura desi5nada como >$, en la cual la reacción cesa (aun cuandoeista austenita retenida). 3as temperaturas estn inNuenciadas por lacomposición del acero, especialmente por el contenido de carbono:

3a temperatura >$ de al5unos aceros aleados esta debajo de la temperaturaambiente. Ina trans$ormacion mas completa de la austenita puede serlo5rada en$riando a la temperatura >$, despu+s calentando a la temperaturaambiente posteriormente en$riamdo a la temperatura >$. *epitiendo laoperación dos eces. Con cada ciclo 0ue se en$ria un porcentaje pe0ue<o deaustenita retenida se conierte en martensita.

Transformaci#n de la austenita en enfriamiento contin,o

4l m+todo ms comn de endurecer el acero no implica la trans$ormaciónisot+rmica, sino 0ue en el temple del acero se utili/a un medio 0ue abstrai5arpidamente el calor de la pie/a tratada. 3a elocidad del medio depende delmedio 0ue se emplee.



Aun0ue se asemejan a las curas de trans$ormación isot+rmica, los dia5ramasde en$riamiento continuo se despla/an a temperaturas mas bajas a tiemposmas lar5os.

Cura A. ;erlita laminar 5ruesa.

Cura ?. ;erlita mas na o intermedia.

Cura C. ;erlita na pero con el tiempo escaso en el ran5o superior detemperaturas preiene la terminación de esta trans$ormación parte de la

austenita se trans$orma en martensita a temperaturas mas bajas. ?ajo estacondición, la trans$ormación ocurre a cierto 5rado en dos etapas(trans$ormación partida). &e tiene las me/clas de perlita na martnesita,aun0ue puede estar tambi+n la ainita presente.

Cura D. tiene un 7ndice de en$riamiento sucientemente rpido por lo 0ue latrans$ormación no ocurre hasta 0ue se alcan/a baja temperatura entonces se$orma martensita.

Cura 4. Condicion de en$riamiento, se producir un acero totalmenteendurecido, pero 0ue representa tambi+n la elocidad critica de en$riamiento.In en$riamiento mas lento 0ue la elocidad critica de en$riamiento no permitir

0ue una pie/a este totalmente endurecida, debido a la $ormación deconstituentes di$erentes de la martensita.

Clasi*cacion de los aceros

&e emplea mas comnmente la norma &A4 para identicar aceros.

2 primeros d75itos: tipo de acero



2 ultimos di5ios: contenido de carbono del acero multiplicado por 11.

8rado herramienta:

'abricación de herramientas destinados a modicar la $orma, tama<o dimensiones de los materiales por cortadura, por presión o arran0ue de iruta.(5eneralmente contienen C superior a 1.1%). &e clasican (A&>):



'undiciones:

&on aleaciones de hierro, carbono silicio con un contenido de C de 2-6.6%, ad0uieren su $orma denitia por colada, no siendo nunca las $undiciones

sometidas a procesos de de$ormación plstica.4l carbono aparece en $orma de 5rato $undición 5ris ($orma de laminas,nódulos (maleable) o es$eroides ($undion ductil).

4l carbono aparece en $orma de carburo $undicion blanca.

&A4 para clasicación de $undiciones:

Tratamientos t"rmicos de fundiciones)

a) 'liminación de tensiones" el moldeo deja acumulación de tensionesinternas por los procesos de solidicación. &e eliminan estos es$uer/oscalentando a ""1BC por media a arias horas dependiendo del espesorde la pie/a. (recocido)

b) !erritizante. 3as pie/as de $undición 5ris obtenidas por moldeo suelentener demasiada dure/a para su mecani/ado posterior. 4stecomportameinto se debe al en$riamiento demasiado rpido en elmomento de con$ormación. 4stas pie/as se someten a temperaturassuperiores a los "@"BC los carburos de hierro eistentes eolucionandescomponi+ndose en $errita 5rato. 4n la practica se acostumbra acalentarlas a 61BC durante una hora. 3a elocidad de en$riamientosuele ser del orde de los 1BCJhora. (recocido).



c) (ra)tizante. &e aplica en las $undicones con 5ran cantidad de carburos.("1-@"1BC) a elocidad de en$riamiento de 1BCJh

d) *ormalizado. &e llea arriba de la temp. De austeni/acion se mantienea esa temperatura durante una hora se en$ria al aire. ("B-@2"BC)

e) +aleabilizacion. 4s conertir la $undición blanca mu dura $r5il enmaleable. ;ara ello los carburos se hacen eolucionardescomponi+ndose en $errita nódulos de 5rato. 4sta di$usión de losatomos de carbono necesita temperatura tiempo. 4ste recocido sueledar unos dias.

$) emple por inducción. 61-@61BC. hierros nodulares 5rises. Cuantomenor sea el contenido de carbono maor es la temperatura del temple.Ina matri/ perlitica se comporta mejor al temple por inducción. 3as$undiciones 5rises con una matri/ $erritica no pueden templarse porinducción.

apidez critica de enfriamiento)

4s la cura de un dia5rama FFF 0ue es tan5ente a la nari/, presenta la rapide/cr7tica de en$riamiento para este acero, cual0uier rapide/ menor $ormara al5nproducto de trans$ormación ms blando

3a $ormación de bainita es por en$riamiento sucientemente rpido para pasarpor alto la nari/ de la cura lue5o mantenerla en el interalo de temperaturaen el 0ue se $orma la ainita, hasta 0ue termina la trans$ormación.

?ainita (trans$ormación isot+rmica)

C#mo afectan los aleantes a las cur.as TTT?

3os elementos de aleación despla/an las curas de FFF hacia tiempos maslar5os debido a 0ue antes de producirse las trnas$ormaciones de los elementosde aleación estn homo5+neamente distribuidos en la austenita, pero cuandoesta se trans$orma en $errita, perlita o bainita, estos deben de redistribuirse despla/arse por di$usión. Di$usión es mas lenta con atomos mas 5randes.

!u" mas desplaza la cur.a TTT hacia la derecha?

3a adicion de carbono el 5rano 5rueso. 4l carbono produce un aumentoostensible de la dure/a mientras 0ue los otros elementos de aleación no

a$ectan la dure/a mima. 4l 5rano 5rueso tiende a reducir la tenacidad, lo 0uelo hace poco deseable.

/ormalizado



&e dene como un calentamiento hasta una temperatura coneniente, porencima de AC, una permanencia a dicha temperatura, se5uida de unen$riamiento en el aire.

;or lo tanto un buen proceso de normali/ación re0uiere:

a) ;ie/a calentada uni$ormemente a temp. Altas para alcal/artrans$ormación completa de $errita cementita a austenitab) Oue la pie/a permane/ca a esta temperatura un tiempo sucientemente

lar5o como para alcan/ar uni$ormidad de temperatura a tra+s de todasu masa.

c) 4n$riamiento lento uni$orme

3os objetios de un normali/ado son:

-renar el 5rano homo5eni/ar la microestructura para mejorar la respuestaen el acero en una operación de endurecimiento por temple.

- mejorar las caractiristicas de ma0uinabilidad del acero

-modicar renar las estructuras dentriticcas de colada

-alcan/ar, en 5eneral, las propiedades mecnicas deseadas.

En donde es utilizado el normalizado? 'n los aceros aleados de forja,laminación o de colada como un acondicionamiento previo al tratamientot-rmico )nal.

ecocido3a nalidad del recocido de los aceros es reducir la dure/a, mejorar lama0uinabilidad, $acilitar el trabajado en $rio, producir una microestructuraparticular o para obtener propiedades mecnicas, $7sicas o 0u7micasdeterminadas.

>ientras mas alta la temperatura de austeni/acion la estructura se hace mashomon5enea.

4l producto de la trans$ormación, es decir, la me/cla de $errita carburo 0ueresulta de la trans$ormación de la austenita 0ue consitue la estructura naldel acero recocido, depende de la temperatura a la cual la austenita se

trans$orma. &i la austenita se trans$orma a temperaturas justo por debajo de latemperatura critica, es decir, del orden de "BC por debajo, el producto sercarburos es$eroidi/ados 5ruesos o perlita laminar 5rueso, dependiendo de latemp. P la composición.

!u" microestructuras se esperan de cada tratamiento t"rmico seg,nla cur.a TTT?

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