s8_bloque iii_diagramas de equilibrio ii

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Carlos III de Madrid

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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


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


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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


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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)


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Dos microconstituyentes: ferrita proeutectoide y perlita.

Ferrita proeutectoide o primaria (p)

Perlita ( + Fe3C)


Aceros hipoeutectoides (C0 < 0.76% C)

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Aceros hipoeutectoides

Informacin en el punto c:

Fases:


C%.CC 300


1 Austenita ()

%100W

C%.C 300


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Informacin en el punto d:

C%.C 300

Fases:


CC %02.0


%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


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Informacin en el punto e:

C%.C 300

Fases:


CC %02.0


%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


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Informacin en el punto f:

Microconstituyentes:

Fases:


CC %022.0 C%.C CFe 6763


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

15

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Aceros hipereutectoides (C0 > 0.76% C)

Dos microconstituyentes: cementita

proeutectoide y perlita.

Cementita proeutectoide Fe3C

Perlita ( + Fe3C)


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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)

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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


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Influencia sobre la temperatura del eutectoide.

-genos

-genos.


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.


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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


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


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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