s8_bloque iii_diagramas de equilibrio ii
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Universidad
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SESIN 8. BLOQUE III. DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO II
Diagrama Fe-C.
Transformaciones de equilibrio en el sistema Fe-C metaestable.
Aceros eutectoides.
Aceros hipoeutectoides.
Aceros hipereutectoides.
Influencia de los elementos de aleacin.
Influencia de la velocidad de enfriamiento.
Diagramas de fases de cermicos.
1Dpto. Ciencia e Ing. Materiales e Ing. Qumica
Ciencia e Ingeniera de Materiales
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www.uc3m.es Fases alotrpicas del Hierro
2Dpto. Ciencia e Ing. Materiales e Ing. Qumica
910C
1390C
1535C
Fe- (FCC)
LQUIDO
Fe- (BCC)
Fe- (BCC)
Un mismo elemento puede existir en ms de una estructura cristalina bajo distintas condiciones de P y T.
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www.uc3m.es DIAGRAMA Fe-C
Diagrama ESTABLE: Fe C (lnea slida)
Diagrama METAESTABLE: Fe Fe3C (lnea punteada)Dpto. Ciencia e Ing. Materiales e Ing. Qumica
+ Fe3C (Perlita)
+ Fe3C (Ledeburita)
L +
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ACEROS FUNDICIONES
Hipereutectoides Hipoeutcticas Hipereutcticas
AUSTENITA (Fe)
Estructura FCC
FERRITA (Fe)
Estructura BCC
CEMENTITA (Fe3C)
Peritctico
Eutctico
6,67
Eutectoide
A3
Acm
A1
Hipoeutectoides
4Dpto. Ciencia e Ing. Materiales e Ing. Qumica
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FERRITA : solucin slida intersticial de C en Fe (BCC)
Fase blanda, con pequeo %C ( Fe-.
%C hasta 0.09%
CEMENTITA: compuesto intermetlico, 6,67 % C (Fe3C).
Ortorrmbica. Fase dura y frgil, aumenta la resistencia del acero y disminuye la ductilidad
Fases presentes en el sistema Fe-C metaestable
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Reaccin peritctica (1493C): Fe(0.09%) + L(0.53%) Fe(0.16%) (austenita)
Reaccin eutctica (1147C):L(4.3%) Fe(2.14%) + Fe3C(6.67%) (ledeburita)
Reaccin eutectoide (727C):Fe(0.76%) Fe(0.022%) + Fe3C(6.67%) (perlita)
6
Reacciones invariantes en el sistema Fe-C metaestable
Dpto. Ciencia e Ing. Materiales e Ing. Qumica
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- A3: T a la cual la austenita comienza a transformarse en ferrita en el enfriamiento lento.
- A1: T a la cual toda la austenita se ha transformado en perlita en el enfriamiento lento.
- Acm: T a la cual la austenita comienza a transformarse en cementita en el enfriamiento lento.
A1,A3,Acm : T tericas de transformacin
Ac1,Ac3,Acm : T transformacin en calentamiento
Ar1,Ar3,Arm : T transformacin en enfriamiento
Puntos crticos en el sistema Fe-C metaestable
7Dpto. Ciencia e Ing. Materiales e Ing. Qumica
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Informacin de los diagramas Fe-C. Regla de la palanca
Para una composicin C0 a una temperatura:
Nmero de fases: + Fe3C
Composicin de las fases: (0.022% C) + Fe3C(6.67% C)
Fraccin en peso: CFe
CFe
CFeW
CC
CC
RS
SW
3
3
3 10
WCC
CC
RS
RW
CFe
CFe
1
3
3
0
C0C CFe3C
+Fe3C
R S
8
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Transformacin PerlticaUn solo microconstituyente:
perlita, formada por lminas alternas de dos fases: + Fe3C
La dureza y resistencia de la perlita aumenta al disminuir el tamao (espesor) de las lminas.
TRANSFORMACIONES DE EQUILIBRIO EN EL
DIAGRAMA Fe-C METAESTABLE
Lmite de grano
Direccin
crecimiento
perlita
Difusin del
carbono
Cementita
Austenita
AustenitaFerrita ()
Ferrita ()
Ferrita ()
Ferrita ()
9
(contraste claro) Fe3C
(contraste oscuro)
Aceros eutectoides (C0 = 0.76% C)
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Aceros eutectoides (C0 = 0.76% C)
Informacin en el punto b:
Microconstituyentes:
Fases:
Composicin de las fases:
CC %022.0
C%.C CFe 6763
Porcentaje en peso de cada fase:
%*..
..* 89100
0220676
760676100
3
3 0
CC
CCW
CFe
CFe
%11891003
CFeW
1 Perlita
2 Ferrita () y Cementita (Fe3C)
10Dpto. Ciencia e Ing. Materiales e Ing. Qumica
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Dos microconstituyentes: ferrita proeutectoide y perlita.
Ferrita proeutectoide o primaria (p)
Perlita ( + Fe3C)
11Dpto. Ciencia e Ing. Materiales e Ing. Qumica
Aceros hipoeutectoides (C0 < 0.76% C)
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Aceros hipoeutectoides
Informacin en el punto c:
Fases:
Composicin de las fases:
C%.CC 300
Porcentaje en peso de cada fase:
1 Austenita ()
%100W
C%.C 300
12Dpto. Ciencia e Ing. Materiales e Ing. Qumica
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Aceros hipoeutectoides
Informacin en el punto d:
C%.C 300
Fases:
Composicin de las fases:
CC %02.0
Porcentaje en peso de cada fase:
%7410002.04.0
02.03.0100100
0
CC
CC
SR
RW
2 Ferrita () y Austenita ()
C%.C 40
%2610002.04.0
3.04.0100100
0
CC
CC
SR
SW
13Dpto. Ciencia e Ing. Materiales e Ing. Qumica
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Aceros hipoeutectoides
Informacin en el punto e:
C%.C 300
Fases:
Composicin de las fases:
CC %02.0
Porcentaje en peso de cada fase:
%3810002.076.0
02.03.0100100
0
CC
CC
SR
RW
2 Ferrita () y Austenita ()
C%.C 760
%6210002.076.0
3.076.0100100
0
CC
CC
SR
SW
14Dpto. Ciencia e Ing. Materiales e Ing. Qumica
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Aceros hipoeutectoides
Informacin en el punto f:
Microconstituyentes:
Fases:
Composicin de las fases:
CC %022.0 C%.C CFe 6763
Porcentaje en peso de cada fase:
2 pro y Perlita
2 ( pro + E ) y Cementita
%96100*022.067.6
3.067.6100*
3
3 0
CC
CCtotalW
CFe
CFe
%62100*022.076.0
3.076.0100*
3
3 0
CC
CCW
CFe
CFe
p
%346296 EW %4961003 CFeW
C%.C 300
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Aceros hipereutectoides (C0 > 0.76% C)
Dos microconstituyentes: cementita
proeutectoide y perlita.
Cementita proeutectoide Fe3C
Perlita ( + Fe3C)
16Dpto. Ciencia e Ing. Materiales e Ing. Qumica
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Elementos -genos. Estabilizan fase A3, A1 desplazamiento del eutectoide a T ms altas, %C menor.
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INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIN
Si, P, Al, Be, Sn, Sb, As,
Ti, Nb, V, Ta, Mo, W, Cr
Formadores de carburos (carburgenos)
Dpto. Ciencia e Ing. Materiales e Ing. Qumica
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Elementos -genos: Estabilizan fase A3, A1 desplazamiento del eutectoide a T ms bajas, %C menor.
Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Au
18Dpto. Ciencia e Ing. Materiales e Ing. Qumica
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Influencia sobre la temperatura del eutectoide.
-genos
-genos.
19Dpto. Ciencia e Ing. Materiales e Ing. Qumica
Influencia sobre la composicin (% C) del eutectoide.
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DIAGRAMAS DE FASE:
EQUILIBRIO.
No reflejan tiempo (velocidad) de transformacin.
PROCESOS INDUSTRIALES:
Interesa tiempo de transformacin velocidad.
Transformaciones de EQUILIBRIO y NO EQUILIBRIO.
Transformaciones de no equilibrio base de los tratamientos trmicos.
20Dpto. Ciencia e Ing. Materiales e Ing. Qumica
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Consecuencia:
Para un porcentaje de C, al velocidad de enfriamiento, porcentaje de ferrita proeutectoide, tamao de la perlita (espaciamiento entre lminas).
INFLUENCIA DE LA VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO
Al velocidad de enfriamiento
desplazamiento del punto eutectoide
a temperaturas ms bajas y menores
porcentajes de C.
Si vel. enfriamiento transformaciones de NO equilibrio
21Dpto. Ciencia e Ing. Materiales e Ing. Qumica
Perlita gruesa Perlita fina
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www.uc3m.es DIAGRAMAS DE FASES DE CERMICOS
Intervalo completo de solucin slida
Al2-xCrxO3 entre la temperatura solidus
(~ 2100 C) y 950 C.
T < 950C Inmiscibilidad:
existencia de dos fases cristalinas
o soluciones slidas.
Solucin slida
Al2-xCrxO3
22Dpto. Ciencia e Ing. Materiales e Ing. Qumica
Diagrama Al2O3 - Cr2O3
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Diagrama Al2O3 - SiO2
Mullita: 3Al2O32SiO2Almina: Al2O3Cristobalita: SiO2
Reaccin invariante eutctica a 1587 C:
L (13% Al2O3) 3Al2O32SiO2 + SiO2
S.S. Mullita: Pto. fusin incongruente a 1828 C:
3Al2O32SiO2 L (53% Al2O3) + Al2O3
Reaccin invariante peritctica a 1828 C:
L (53% Al2O3) 3Al2O32SiO2 + L (53% Al2O3)
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