Tema_________Valor del tema _____Evaluación del maestro
1. Ensayo de la chispa-------------20%------------------20%
2. Metalografía microscópica-----10%------------------10%
3. Materiales y sus propiedades-- 10%------------------10%
4. Líquidos Penetrantes------------10%------------------10%
5. Montaje de la Probeta------------20%------------------20%
6. Diagrama Fe-C y definiciones---10%------------------10%
7. Laboratorio del pulido y el ataque de
La probeta---------------------------20% ------------------20%
MATERIALES:
Marco teórico:
La preparación de la probeta consiste en el desbaste y el pulido.El desbaste es la operación siguiente al corte y al montaje de la probeta y se efectúa en una desbastadora de cinta rotativa o sobre papeles abrasivos de diferentes grados, colocados sobre discos giratorios.Al pasar de un abrasivo a otro, debe girarse la probeta 90 grados y desbastar hasta que se borren por completo las huellas del abrasivo anterior, teniendo siempre el cuidado de lavar la probeta con agua abundante. Se aconseja pasar la probeta por toda la serie de abrasivos:150, 220, 280, 320, 400, 500, y 600, pues eliminar algún abrasivo retarda la operación en vez de acelerarla.Una presión excesiva sobre el papel abrasivo puede causar rayas profundas y difíciles de eliminar posteriormente, además se provoca una distorsión intensa sobre el metal de la superficie, alterando el aspecto de la estructura. Esta distorsión no se puede evitar completamente pero puede reducirse mediante técnicas adecuadas de desbaste y pulido.Conviene emplear un papel nuevo para cada probeta, los papeles usados se emplean para finalidades específicas porque sus partículas abrasivas desgastadas tienden a producir distorsión del metal superficial, además si sobre un papel se ha desbastado un acero templado, pueden quedar sobre él partículas muy finas y producir rayas profundas y anchas al emplearlo después para preparar un material blando como latón o aluminio.También debe tenerse en cuenta que la superficie opuesta de la probeta debe ser paralela para facilitar el soporte en el microscópio.Mediante el desbaste se consigue poner al descubierto la superficie del material, eliminando todo lo que pudiera obstaculizar su examen, a la vez que se obtiene una superficie plana con pequeña rugosidad.Consiste en frotar la superficie de la probeta, que se desea preparar, sobre una serie de papeles abrasivos, cada vez más finos. Una vez obtenido un rayado uniforme sobre un determinado papel, se debe girar la probeta 90° para facilitar el control visual del nuevo desbaste. Cada fase será completada cuando desaparezcan todas las rayas producidas por el paso por el papel abrasivo anterior.El desbaste puede hacerse manualmente, o mediante aparatos que se denominan desbastadoras o lijadoras. Suele hacerse en húmedo, para evitar los calentamientos que pueden modoficar la estructura de la probeta. El desbaste manual se realiza en cajas de desbaste donde se colocan ordenados, de izquierda a derecha, de mayor a menor rugosidad, los papeles abrasivos (véase la figura adjunta). Los papeles abrasivos pueden ser de carburo de silicio ( SiC ) o de corindón. Existen en el comercio papeles de SiC n° 60, 120, 180, 220, 320, 500, 1000, 2400, y 4000. Este número se corresponde en modo inverso con el tamaño de partícula del abrasivo, es decir, mayor número menor tamaño de la partícula de abrasivo, y viceversa.Al final del desbaste, deben lavarse con agua abundante tanto las probetas como las manos del operador para evitar que las partículas del abrasivo o del metal en la etapa del desbaste pase a las pulidoras lo cual los haría inservibles, además en algunos tipos de aleaciones como las de aluminio, la corriente de agua evita el ennegrecimiento de la superficie.El pulido tiene por objeto, eliminar las rayas finas producidas en la última operación del desbaste y conseguir una superficie sin rayas y con alto pulimento a espejo.El éxito del pulido y el tiempo empleado en la operación, depende en gran parte del cuidado con que se haya realizado el desbaste. Si una probeta tiene rayas profundas que no se han eliminado en las últimas operaciones de desbaste, no podrán ser eliminadas durante el pulido con pérdida de tiempo y trabajo.La forma de realizar el pulido es, apoyando la cara desbastada de la probeta sobre un paño embebido con una suspensión de abrasivo y fijado a un disco que gira accionado por un motor.Como paños pueden emplearse el paño de billar, el raso, la seda, el terciopelo, y otros que corresponden a nombres comerciales como Selvit, Gamal, Kanvas, Microcloth, etc. Como abrasivo puede usarse una suspensión acuosa de alúmina, óxido de cromo, óxido de hierro, óxido de magnesio, o para materiales muy duros una suspensión de polvo de diamante en aceite mineral. El tamaño de la partícula abrasiva en suspensión oscila entre 100 y algunas décimas de micrón.Los discos pueden ser de bronce, aluminio o acero, con la cara superior perfectamente pulida y su velocidad de giro entre 250 y 500 r.p.m.La presión a aplicar sobre la probeta, depende de la dureza de la aleación y debe disminuirse a medida que avanza el pulido, deberá ser tal que se logre hacer desaparecer en unos pocos minutos las rayas del último papel (600) cuidando de no excederse en la presión por el peligro de desgarramiento del paño.Durante la operación del pulido, la probeta deberá desplazarse en la dirección del radio, desde el borde hasta el centro del disco.Debe lavarse la probeta en un chorro de agua caliente, secar con la ayuda de un secador, sin tocar la cara pulida, enjuagarla con alcohol y secarla finalmente con aire seco o caliente. Observar en el microscópio a 100 aumentos; si persisten las rayas provenientes del desbaste en el último papel, continuar con el pulido en la forma ya descrita, todo el tiempo que sea necesario para que éstas desaparezcan.La combinación adecuada de estas variables, permitirá alcanzar un óptimo pulido, aunque difícilmente se logre evitar algo de distorsión; para eliminar esta última, no queda otro recurso que el de ataque y pulido alternados.La observación microscópica de la probeta pulida permite reconocer la presencia de inclusiones no metálicas como sulfuros, silicatos, aluminatos, óxidos, microporosidades. microgrietas, y grafito.
LIMPIEZA
Las probetas deben ser limpiadas después de cada paso. El método más empleado es mantener la probeta bajo un chorro de agua y frotarla con un algodón. La limpieza ultrasónica es más efectiva (10 a 30 s), aunque en ocasiones puede dañar la pieza.Después de la limpieza se enjuagan con un chorro de alcohol y se secan rápidamente bajo un chorro de aire caliente.
Procedimiento:
comenzamos con el pulido grueso este se hace con el esmelir y la lima esto se hace para dejar la superficie con la que vamos a trabajar quede pareja.
despues procedemos a hacer el pulido fino este se hace con lijas desde 100 hasta la 600 al estar puliendo la suoerficie debemos asegurarnos que al pasar a otra lija mas fina, tenemo que girar la probeta a 90° esto es para lograr mas uniformidad en la probeta y evitar que se hagan bultos tambien debemos estar lavando la probeta para ir observando el pulido y evitar dejar cuadriculas en el mismo, al finalizar el pulido osea llegar hasta la lija 600 debemos hacerle el pulido con el paño y alumina para lograr ver la superficie como espejo.
cuando ya tengamos todo esto podemos aplicarle el reactivo al aplicarle el reactivo debemos tener todos los materiales listos para hacer la observación en el microscopio, debemos tener a mano agua destilada,alcohol, una secadora, y algodon para logicamente secar la probeta. despues procederemos a realizar la observación en el microscopio y dibujaremos lo que se ve en el mismo trataremos de hacer el dibujo lo mas exacto posible y ver sus colores
conclusiones:
en conclusión podemos decir que sabremos pulir una probeta, los cuidados que debemos tener al pulirla, que debemos estar atentos a lo que estamos haciendo ya que debemos actuar con rapides por el reactivo porque el mismo se disuelve muy rapido.
Recomendaciones:
BIBLIOGRAFÍA
http://www.esi2.us.es/IMM2/Practhtml/pulido.htmlwww.utp.edu.co/~publio17/prep_probeta.htmwww.utp.edu.co/~publio17/prep_probeta.htm Kehl, George; Fundamentos de la práctica metalográfica.
DIAGRAMA HIERRO CARBONO
El estado actual del diagrama de equilibrio de las aleaciones hierro-carbono fue establecido como resultado de las investigaciones hechas por varios científicos. La elaboración de este diagrama fue empezada por D. Chernov, quien estableció en 1968 los puntos críticos del acero. Más tarde volvió a estudiar reiteradamente este diagrama. N. Gutovski, M. Wittorft, Roberts Austen, Roozebom hicieron una gran aportación al estudio de este diagrama. Los últimos datos acerca del diagrama están expuestos en las obras de I. Kornilov.
Las aleaciones hierro-carbono pertenecen al tipo de aleaciones que forman una composición química.
El carbono se puede encontrar en las aleaciones hierro-carbono, tanto en estado ligado (Fe3C), como en estado libre (C, es decir, grafito), por eso, el diagrama comprende dos sistemas:
Fe-Fe3C (metalestable); este sistema está representado en el diagrama con líneas llenas gruesas y comprende aceros y fundiciones blancas, o sea, las aleaciones con el carbono ligado, sin carbono libre (grafito);
Fe-C (estable); en el diagrama se representa con líneas punteadas; este sistema expone el esquema de formación de las estructuras en las fundiciones grises y atruchadas donde el carbono se encuentra total o parcialmente en estado libre (grafito).
Para estudiar las transformaciones que tienen lugar en aceros y fundiciones blancas se emplea el diagrama Fe-Fe3C, y para estudiar fundiciones grises, ambos diagramas (Fe-Fe3C y Fe-C).
La temperatura a que tienen lugar los cambios alotrópicos en el hierro está influida por elementos de aleación, de los cuales el más importante es el carbono. En la figura # 01 muestra la porción de interés del sistema de aleación hierro - carbono. Esta la parte entre hierro puro y un compuesto intersticial, carburo de hierro,
, que contiene 6.67 % de carbono por peso; por tanto, esta porción se llamará diagrama de equilibrio hierro - carburo de hierro. Este no es un verdadero diagrama de equilibrio, pues el equilibrio implica que no hay cambio de fase con el tiempo; sin embargo, es un hecho que el compuesto carburo de hierro se descompondrá en hierro y carbono (grafito).
Las reacciones eutéticas y eutectoides difieren entre sí, en más de un aspecto importante. Las reacciones eutéticas implican el paso de una fase líquida a dos fases sólidas mientras que las reacciones eutectoides se efectúa totalmente dentro del estado sólido. La siguiente es una expresión general de la reacción eutectoide:
ððððγðcalor
en donde ð, ð y γ son fases sólidas y, a menudo, soluciones sólidas.
La reacción eutectoide más importante es la que se produce en los aceros. Es necesario contar con la comprensión definida de las reacciones eutéticas y las eutectoides, para poder entender lo referente a los aceros al carbono y para estar capacitados para interpretar debidamente el diagrama del hierro carburo de hierro que es, probablemente, el más importante de todos los diagramas de equilibrio de los metales.
Figura # 01
La figura # 01 se ilustra con un diagrama simplificado del hierro carburo de hierro. Como indica el nombre de este diagrama, se considera que los componentes son hierro y carburo de hierro, sin embargo es más conveniente representar la composición en relación con el porcentaje de carbono, más que por el carburo de hierro (Fe3C). Si el diagrama hierro carburo de hierro se divide en dos partes, una superior a 1700 ºF (927 ºC) y la otra inferior a esta misma temperatura, es evidente que la primera se relaciona con una reacción eutética, y la segunda, con una reacción eutectoide.
Las fases y sus constituyentes que se encuentra en el diagrama del hierro carburo de hierro, se indican en las áreas correspondientes de la Figura #01. Las fases que pueden encontrarse en condiciones de equilibrio son las líquidas, hierro ð, hierro γ y cementita (otra fase, hierro δ, no se considera en el diagrama simplificado de la figura # 01). La fase líquida puede consistir en cualquier combinación de hierro y carburo, dentro de los límites de composición del diagrama. La cementita o carburo de hierro (Fe3C), es un compuesto químico de hierro y carbono que tiene 6.7 por ciento de este último elemento. Es uno de los componentes del sistema y, como tal, limita la cantidad de carbono que puede estar presente (100 por ciento de cementita equivale a 6.7 por ciento de carbono). La cementita es una fase extremadamente dura y frágil de una estructura cristalina compleja; no disuelve cualquier cantidad mensurable de carbono. El otro componente del diagrama, el hiero, existe e dos alótropos sólidos o formas definidas de cristal. El hierro alfa, que es el alótropo a la temperatura ambiente, tiene una estructura cúbica centrada en el cuerpo, que se conoce también con el nombre de ferrita y constituye una fase suave y dúctil. El hierro gamma, o austenita tiene una estructura cúbica centrada en las caras y a veces se considera que es menos dúctil y ligeramente más dura que la ferrita, aunque, en realidad, no puede efectuarse una comparación verdadera. El hierro gama existe a temperaturas superiores a las que se encuentra el hierro alfa. Ambos tipos de hierro disuelven al carbono y los símbolos ð y γ se usan para representar, tanto al hierro puro, como a las soluciones sólidas de carbono en el hierro. Es conveniente hacer notar que, aunque el hierro gamma contiene hasta 2.0 por ciento de carbono, el hierro alfa puede disolver sólo 0.03 por ciento de carbono.
Las fases mencionadas arriba son también constituyentes. Además de éstos, existen otros dos constituyentes, la ledeburita y la perlita. La primera es el nombre que se da a la composición eutética sólida; se presenta únicamente en el hierro colado y, después de la transformación que se lleva a cabo al enfriarse a la temperatura ambiente, adquiere el aspecto moteado que se ilustra en la figura # 02(b). La lebedurita transformada consiste en colonias de perlita en una red continua (llamada matriz) de cementita.
La perlita es un constituyente muy importante que se encuentra tanto en el acero como en el hierro colado. En la figura # 02 (a) se muestra la estructura eutectoide, que se compone de capas alternas de ferrita y cementita. La perlita tiene valores de dureza y ductilidad intermedios a los de la ferrita y la cementita.
Figura # 02
Enfriamiento lento de las aleaciones de hierro y carbono. Estudie el siguiente enfriamiento lento de varias aleaciones distintas de hierro y carbono, en las que existe una correlación entre las propiedades y la microestructura. Vea figura #03.
Figura # 03
Cuando un acero contiene 0.3 por ciento de carbono, se enfría desde una temperatura superior a 2800 ºF (1540 ºC), la solidificación comienza a unos 2775 ºF (1524 ºC), con la formación de una solución sólida que contiene casi 0.10 por ciento de carbono. Al reducirse más todavía la temperatura, se forma una mayor cantidad de sólidos y va quedando menos líquido, hasta finalmente se solidifica del todo. La austenita sólida tiene la misma composición del líquido del que se formó, y contiene 0.3 por ciento de carbono. A 1550 ºF (843 ºC), se producen cristales homogeneos equiaxiales de austenita, como se demuestra en la figura #03 (b) (4). A unos 1500 ºF (816 ºC), una nueva fase, la ferrita, comienza a precipitarse de los granos de austenita. A formación de núcleos de la nueva fase aparece principalmente en los límites de los antiguis granos de austenita (Este es un modo común de comportamiento. Bajo condiciones de equilibrio, generalmente se forman nuevas fases en el límite de los granos de aquellas que están presentes. En este ejemplo a la nueva fase se le llama proeutectoide por que ésta sobre enfriamiento, a prior de la formación de la estructura eutectoide. En aceros hipoeutectoides, la ferrita es proeutectoide; en aceros hipereutectoides, la cementita es proeutctoide.) conforme la temperatura se acera a 1333 ºF (724 ºC), aumenta la cantida de ferrita y su composiciónvaría hacia el 0.03 por ciento de carbono. Al mismo tiempo, la cantidad de austenita se reduce y su composcición se acerca al 0.8 por ciento de carbono. A 1400 ºf(760 ºC), la austenita tiene una composición de de 0.6 por ciento de carbono y la ferrita 0.02 por ciento de carbono. De acuerdo con el principio de la palanca, el porcentaje de austenita es (0.28/0.58)*100=48% γ, y el porcentaje de ferrita es (0.30/0.58)*100=52% ð. A 1334 ºF (725 ºC), la estructura se compone del 36 por ciento de γ que contiene 0.8 por ciento de carbono y 64 por ciento de ð que, a su vez, contiene 0.03 por ciento de carbono. A 1333 ºF (724 ºC), la austenita restante experimenta una transformación en la estructura eutectoide conocida con el nombre de perlita. La perlita se froma siempre a partir de la austenita a 1333 ºF (724 ºC) en condiciones de equilibrio. Puesto que a sta temperatura la austenita contiene invariablemente 0.8 por ciento de carbono, la perlita en la que se transforma contiene siempre 0.8 por ciento de carbono. La perlita se compone de 88 por ciento de alfa y 12 por ciento de cementita. La composición de la perlita puede determinarse mediante el uso de a regla de la palanca, utilizando 0.8 por ciento de carbono como la ubicación del punto de apoyo, 0.02 por ciento de carbono como la composición de ð y 6.7 por ciento de carbono como la composición de la cementita. Así pues, a temperaturas inferiores a 1333 ºF (724ºC), la estructura final correspondiente a una composición total de 0.3 por ciento de carbono consiste en una fase ð grande (64 por ciento) y continua, y una cantidad más pequeña (36 por ciento) de perlita. La cantidad de perlita es la misma que la de austenita de la que se formó: esto es, γ, que existía a temperaturas levemente superiores a 1333 ºF (724ºC). Está presente en la aleación que estamos estudiando, como islas de perlita aisladas en un mar de ferrita. Estas islas se denominan con frecuencia colonias de perlita y el mar, matriz. La microestructura que existe inmediatamente después de la transformación de la austenita en perlita, se mantiene básicamente invariable al efriarse a la temperatura ambiente.
Cuando la composición total es del 0.8 por ciento de carbono, la solidificación se inicia alrededor de los 2700 ºF (1485 ºC) y concluye aproximadamente 2500 ºF (1370 ºC). A una temperatura muy levemente superior a 1333 ºF (724 ºC), la estructura consiste en cristales homogéneos de austenita que contienen 0.8 por ciento de carbono. A exactamente 1333 ºF (724 ºC), la austenita se transforma en una estructura totalmente perlítica cuya composición y forma es la anteriormente descrita. En condiciones que se acercan al equilibrio, la transformación de austenita en perlita se produce a una temperatura constante. Para esta composición en particular (0.8 por ciento de carbono), no existe una fase continua masiva correspondiente la ferrita de aleación de 0.3 por ciento de carbono. Es este caso, como en los de enfriamiento equilibrado, la perlita consta de 88 porciento de alfa y 12 por ciento de cementita y contiene 0.8 por ciento de carbono.
Al enfriar acero derretido que contiene 1.1 por ciento de carbono, la solidificación se inicia a aproximadamente 2675 ºF (1470 ºC). A 1500 ºF (816 ºC), la austenita homogénea comienza a precipitar cementita en los límites de los granos. La formación de la nueva fase sigue el mismo patrón que la precipitación de la ferrita en la austenita: la mayor parte de la formación de núcleos se registra alrededor de los límites de los granos. Es así como se forma la red de cementita que rodea los límites de grano, conforme sale de la solución una cantidad cada vez mayor de cementita. A una tempertatura de 1334 ºF (725 ºC), la estructura se compone de un 95 por ciento de γ y 5 por ciento de Fe3C. Estos porcentajes se determinan mediante la aplicación de la regla de la palanca:
Cantidad de γ = [ (6.7-1.1) / 6.7-0.8) ] * 100 = 95 por ciento
La cantidad de Fe3C es:
Fe3C = [ (1.1 - 0.8) / (6.7 - 0.8)] * 100 = 5 por ciento
Al descender la temperatura por debajo de 1333 ºF (724 ºC), la austenita se transforma en perlita como siempre lo hace a esta temperatura. La red de cementita no se ve afectada por la disminución de temperatura; por lo tanto, la estructura final se compone del 95 por ciento de perlita rodeada de una red delgada de cementita. Puesto que la perlita que se forma lentamente tiene siempre la misma composición y estructura, debe contener 88 por ciento de alfa y 12 por ciento de cementita.
Veamos el enfriamiento de una aleación derretida de hierro y carbono que contiene 2.5 por ciento de carbono. En esta aleación los núcleos de austenita comienzan a formarse a aproximadamente 2425 ºF (1330 ºC), como puede observarse en la figura # 03. Conforme se desarrolla el enfriamiento, aumenta la cantidad de sólidos hasta que, ligeramente por encima de 2066 ºF (1130ºC), la masa consta de 78 por ciento de gamma y 22 por ciento de líquido. Este contiene 4.3 por ciento de carbono y se conoce como la composición eutética. Al disminuir la temperatura por debajo de 2066 ºF (1130 ºC), la red líquida se solidifica para formar el sólido eutético, ledeburita. Para esta y otras aleaciones similares, el sólido eutético se compone de núcleos de austenita rodeados por una matriz de cementita como se muestra en la figura #02 (b) y en el bosquejo de la figura # 03. Conforme avanza el enfriamiento, la austenita precipita a la cementita, tanto en la fase primaria, como en la eutética. Esto puede determinarse a partir del diagrama de hierro y carburo de hierro, que muestra que aunque la austenita puede disolver 2.0 por ciento de carbono a 2066 ºF (1130 ºC), solo se puede disolver 0.8 por ciento de carbono a 1333 ºF (724 ºC). A 1333 ºF (724 ºC), la austenita se transforma en perlita. Así pues, la estructura final se compone de grandes colonias de perlita (de cristales primarios de austenita) además de pequeñas colonias de perlita (de austenita eutética), en una matriz de cementita eutética. Las pequeñas colonias de perlita y la cementita que la rodea, producen la estructura eutética que se conoce como ledeburita. La aleación que acabamos de describir tiene una estructura típica del hierro colado blanco.
No se analiza la estructura de las aleaciones hipereutéticas, debido a que no se encuentran normalmente en la práctica.
Correlación de las propiedades y la estructura de las aleaciones de hierro y carbono enfriadas lentamente. El examen de la figura # 03 muestra que las propiedades mecánicas de las aleaciones de hierro y carbono varían ligeramente y continuamente con los cambios en el contenido de carbono. De hecho, tanto la estructura, como las propiedades dependen de dicho contenido de carbono. Al aumentar el contenido de este último, disminuye la cantidad de ferrita libre, hasta llegar al 0.8 por ciento de carbono no queda nada de este compuesto y la estructura se compone solo de eutectoide. Mas allá del 0.8 por ciento de carbono, la fase continua es de cementita dura y quebradiza. Cuando la composición es tal, que la fase continua es blanda y dúctil, la aleación tiende también a serlo; por otra parte, una fase continua dura y quebradiza dará como resultado una aleación de las mismas características. Además, tanto la cantidad, como la calidad de la fase continua, ejercen un efecto sobre las propiedades. Si aumenta la cantidad de ferrita blanda y dúctil, las aleaciones se hacen más blandas y dúctiles. Estas correlaciones entre las propiedades y la microestructura han producido una generalización importante aplicable a las aleaciones heterogéneas: las propiedades de una aleación heterogénea tienden a ser regidas por las propiedades y la cantidad de la fase continua. Las propiedades reciben también la influencia de la distribución de las fases (tanto continuas como discontinuas).
Solidificación de aceros
En su forma más simple, los aceros son aleaciones del hierro (FE) y del carbón (C). el diagrama de fase de Fe-C se muestra abajo, hasta alrededor del carbón 7%. Esto es un diagrama de fase bastante complejo pero, como estamos solamente interesados en los aceros parte del diagrama que podemos hacer algunas simplificaciones.
Los aceros han sido tan importantes para los ingenieros por tan muchos años que cada fase ha heredado un nombre así como una carta griega.
Figura # 04
La fase gamma se llama austenite. Austenite es una fase de alta temperatura y tiene una estructura cúbica centrada cara (FCC) [ que sea una estructura pila de discos cercana ].
La fase de la alfa se llama ferrita. La ferrita es un componente común en aceros y tiene una estructura cúbica centrada cuerpo (BCC) [ que pila de discos menos denso que la FCC ].
El FE3C se llama cementite y pasado (para nosotros), el " eutéctico como " la mezcla de alpha+cementite se llama pearlite.
Figura # 05
El problema se puede simplificar por las estadísticas para las dos puntas siguientes:
Estamos considerando los aceros, y por lo tanto necesitamos solamente mirar el diagrama de fase de Fe-C hasta alrededor de 1.4%C
Podemos no hacer caso de cambios muy de alta temperatura de la fase pues éstos no afectarán la aleación final - mirando el diagrama de fase, todas las aleaciones hasta 1.4%C deben refrescarse con la fase gamma (del austenite). Consideraremos tan las aleaciones abajo alrededor de 1000C
Figura # 06
El diagrama de fase muestra el diagrama de fase de Fe-C hasta alrededor de 1.4%C y de 1000C. Esto aparece causar un problema - no hay fase líquida pero de otra manera, en forma, el diagrama de fase parece nuestro diagrama de fase " estándar ". En hecho, aunque las reacciones ocurren en el de estado sólido pueden ser tratadas exactamente de la misma manera como si incluyeran el estado líquido.
Hay, aunque, una claúsula. La palabra eutéctica es substituida por el eutectoid de la palabra (eutéctico-como) para mostrar que la reacción está en el estado sólido
Figura # 07
La composición del eutectoid es Fe-0.83wt%C y en esta composición el austenite de alta temperatura experimentará la reacción del eutectoid en 723C:
austenite > ferrite+cementite
gamma > alfa + FE3C
La ferrita y el cementite crecen cooperativamente como mezcla laminar (pearlite).
(ver figura # 12)
Figura # 08
Una aleación de la composición Fe-1.3wt%C está a la derecha de la punta del eutectoid y así que se llama acero del hypereutectoid.
Pues el austenite cruza la línea de la fase en el t2 que algo del austenite transformará en cementite y así que el austenite restante llegará a ser más rico en hierro. Las consideraciones enérgias muestran que la forma de la voluntad del cementite (y ) en los límites de grano del austenite.
Cuando el acero alcanza la temperatura del eutectoid el austenite restante estará de composición del eutectoid y transforma en el pearlite (alpha+cementite).
Así pues, la microestructura final contendrá cementite en los límites de grano (favorable-eutectoid cementite) y el pearlite (eutectoid). (ver figura # 12).
Figura # 09
Las muestras del acero del hypereutectoid muestran normalmente menos favorable-eutectoid cementite en el borde que en el resto de la muestra. Esto es debido a la descarburación en las capas superficiales en las altas temperaturas (el carbón difunde de la superficie de la muestra).
Aunque esto es un efecto indeseado el efecto reverso se utiliza comúnmente. Un componente se pone en un ambiente carbón-rico caliente que anime la difusión del carbón en la superficie del acero, aumentando la dureza superficial. Se llama esto carburación del caso
Figura # 10
Las microestructuras de aceros varían considerablemente con el contenido del carbón, con el aumento de las cantidades del duro, quebradizas, cementite estando presente en aceros de un contenido más alto del carbón. Esta variación en microestructura conduce a los cambios significativos en características de la ingeniería, según lo mostrado en la figura.
Por ejemplo, la fuerza aumenta con el contenido del carbón hasta la composición del eutectoid pero después comienza a caer mientras que una red del grano-límite del cementite quebradizo se forma.
Figura # 11
Los diagramas de fase permiten que entendamos porqué las características de aceros cambian con el contenido del carbón que diferencia y nos permiten hacer los aceros con las características que requerimos.
FERRITA
Aunque la ferrita es en realidad una solución sólida de carbono en hierro alfa, su solubilidad a la temperatura ambiente es tan pequeña que no llega a disolver ni un 0.008% de C. Es por esto que prácticamente se considera la ferrita como hierro alfa puro. La ferrita es el más blando y dúctil constituyente de los aceros. Cristaliza en una estructura BCC. Tiene una dureza de 95 Vickers, y una resistencia a la rotura de 28 Kg/mm2, llegando a un alargamiento del 35 al 40%. Además de todas estas características, presenta propiedades magnéticas. En los aceros aleados, la ferrita suele contener Ni, Mn, Cu, Si, Al en disolución sólida sustitucional. Al microscopio aparece como granos monofásicos, con límites de grano más irregulares que la austenita. El motivo de esto es que la ferrita se ha formado en una transformación en estado sólido, mientras que la austenita, procede de la solidificación.
La ferrita en la naturaleza aparece como elemento proeutectoide que acompaña a la perlita en:
- - Cristales mezclados con los de perlita (0.55% C)
- - Formando una red o malla que limita los granos de perlita (0.55% a 0.85% de C)
- - Formando agujas en dirección de los planos cristalográficos de la austenita.
CEMENTITA
Es carburo de hierro y por tanto su composición es de 6.67% de C y 93.33% de Fe en peso. Es el constituyente más duro y frágil de los aceros, alcanzando una dureza de 960 Vickers. Cristaliza formando un paralelepípedo ortorrómbico de gran tamaño. Es magnética hasta los 210ºC, temperatura a partir de la cual pierde sus propiedades magnéticas. Aparece como:
- - Cementita proeutectoide, en aceros hipereutectoides, formando un red que envuelve a los granos perlíticos.
- - Componente de la perlita laminar.
- - Componente de los glóbulos en perlita laminar.
- - Cementita alargada (terciaria) en las uniones de los granos (0.25% de C)
PERLITA
Es un constituyente compuesto por el 86.5% de ferrita y el 13.5% de cementita, es decir, hay 6.4 partes de ferrita y 1 de cementita. La perlita tiene una dureza de aproximadamente 200 Vickers, con una resistencia a la rotura de 80 Kg/mm2 y un alargamiento del 15%. Cada grano de perlita está formado por láminas o placas alternadas de cementita y ferrita. Esta estructura laminar se observa en la perlita formada por enfriamiento muy lento. Si el enfriamiento es muy brusco, la estructura es más borrosa y se denomina perlita sorbítica. Si la perlita laminar se calienta durante algún tiempo a una temperatura inferior a la crítica (723 ºC), la cementita adopta la forma de glóbulos incrustados en la masa de ferrita, recibiendo entonces la denominación de perlita globular.
AUSTENITA
Este es el constituyente más denso de los aceros, y está formado por la solución sólida, por inserción, de carbono en hierro gamma. La proporción de C disuelto varía desde el 0 al 1.76%, correspondiendo este último porcentaje de máxima solubilidad a la temperatura de 1130 ºC.La austenita en los aceros al carbono, es decir, si ningún otro elemento aleado, empieza a formarse a la temperatura de 723ºC. También puede obtenerse una estructura austenítica en los aceros a temperatura ambiente, enfriando muy rápidamente una probeta de acero de alto contenido de C a partir de una temperatura por encima de la crítica, pero este tipo de austenita no es estable, y con el tiempo se transforma en ferrita y perlita o bien cementita y perlita.
Excepcionalmente, hay algunos aceros al cromo-niquel denominados austeníticos, cuya estructura es austenítica a la temperatura ambiente. La austenita está formada por cristales cúbicos de hierro gamma con los átomos de carbono intercalados en las aristas y en el centro. La austenita tiene una dureza de 305 Vickers, una resistencia de 100 Kg/mm2 y un alargamiento de un 30 %. No presenta propiedades magnéticas.
MARTENSITA
Bajo velocidades de enfriamiento bajas o moderadas, los átomos de C pueden difundirse hacía afuera de la estructura austenítica. De este modo, los átomos de Fe se mueven ligeramente para convertir su estructura en una tipo BCC. Esta transformación gamma-alfa tiene lugar mediante un proceso de nucleación y crecimiento dependiente del tiempo (si aumentamos la velocidad de enfriamiento no habrá tiempo suficiente para que el carbono se difunda en la solución y, aunque tiene lugar algún movimiento local de los átomos de Fe, la estructura resultante no podrá llagar a ser BCC, ya que el carbono está “atrapado” en la solución). La estructura resultante denominada martensita, es una solución sólida sobresaturada de carbono atrapado en una estructura tetragonal centrada en el cuerpo. Esta estructura reticular altamente distorsionada es la principal razón para la alta dureza de la martensita, ya que como los átomos en la martensita están empaquetados con una densidad menor que en la austenita, entonces durante la transformación (que nos lleva a la martensita) ocurre una expansión que produce altos esfuerzos localizados que dan como resultado la deformación plástica de la matriz.
Después de la cementita es el constituyente más duro de los aceros. La martensita se presenta en forma de agujas y cristaliza en la red tetragonal. La proporción de carbono en la martensita no es constante, sino que varía hasta un máximo de 0.89% aumentando su dureza, resistencia mecánica y fragilidad con el contenido de carbono. Su dureza está en torno a 540 Vickers, y su resistencia mecánica varía de 175 a 250 Kg/mm2 y su alargamiento es del orden del 2.5 al 0.5%. Además es magnética.
BAINITA
Se forma la bainita en la transformación isoterma de la austenita, en un rango de temperaturas de 250 a 550ºC. El proceso consiste en enfriar rápidamente la austenita hasta una temperatura constante, manteniéndose dicha temperatura hasta la transformación total de la austenita en bainita.
LEDEBURITA
La ledeburita no es un constituyente de los aceros, sino de las fundiciones. Se encuentra en las aleaciones Fe-C cuando el porcentaje de carbono en hierro aleado es superior al 25%, es decir, un contenido total de 1.76% de carbono.
La ledeburita se forma al enfriar una fundición líquida de carbono (de composición alrededor del 4.3% de C) desde 1130ºC, siendo estable hasta 723ºC, decomponiéndose a partir de esta temperatura en ferrita y cementita
LA SOLDADURA DE LOS ACEROS
Acero al alto carbono ; Acero de carbono que contiene más de 0.5% de carbono. Estos aceros son extremadamente resistentes, duros y siempre requieren de tratamiento térmico para soldar efectivamente.
Acero al bajo carbono ; Acero de carbono que contiene menos de 0.30% de carbono. Estos aceros generalmente son tenaces, dúctiles y fáciles de soldar.
Acero al medio carbono; Acero de carbono que contiene entre 0.30% y 0.45% de carbono. Estos aceros son resistentes, duros y no tan fáciles de soldar como los aceros al bajo carbono.
FUNDICIÓN
La tendencia que presenta la cementita a dejar en libertad carbono, constituye la base de la fabricación de la fundición maleable. La reacción de descomposición se ve favorecida por las altas temperaturas, por la presencia de impurezas sólidas no metálicas, por contenidos de carbono más elevados y por la existencia de elementos que ayudan a la descomposición del Fe3C.
La maleabilización tiene por objeto transformar todo el carbono que en forma combinada contiene la fundición blanca, en nódulos irregulares de carbono de revenido (grafito) y en ferrita. Industrialmente este proceso se realiza en dos etapas conocidas como primera y segunda fases de recocido.
En la primera fase del recocido, la fundición blanca se calienta lentamente a una temperatura comprendida entre 840 y 980ºC. Durante el calentamiento, la perlita se transforma en austenita al alcanzar la línea crítica inferior y, a medida que aumenta la temperatura, la austenita formada disuelve algo más de cementita.
La segunda fase del recocido consiste en un enfriamiento muy lento al atravesar la zona crítica en que tiene lugar la reacción eutectoide. Esto permite a la austenita descomponerse en las fases estables de ferrita y grafito. Una vez realizada la grafitización, la estructura no sufre ninguna nueva modificación durante el enfriamiento a temperatura ambiente, quedando constituida por nódulos de carbono de revenido (rosetas) en una matriz ferrítica (Fig. 1 y 2). Este tipo de fundición se denomina normal o ferrítica (Fig. 2).
Bajo la forma de rosetas, el carbono revenido no rompe la continuidad de la matriz ferrítica tenaz, lo que da lugar a un aumento de la resistencia y de la ductilidad.
PUNTO DE FUNDICION DEL HIERRO
Las fundiciones de hierro son aleaciones de hierro carbono del 2 al 5%, cantidades de silicio del 2 al 4%, del manganeso hasta 1%, bajo azufre y bajo fósforo. Se caracterizan por que se pueden vaciar del horno cubilote para obtener piezas de muy diferente tamaño y complejidad pero no pueden ser sometidas a deformación plástica, no son dúctiles ni maleables y poco soldables pero sí maquinables, relativamente duras y resistentes a la corrosión y al desgaste.
Las fundiciones tienen innumerables usos y sus ventajas más importantes son:- Son más fáciles de maquinar que los aceros.- Se pueden fabricar piezas de diferente tamaño y complejidad.- En su fabricación no se necesitan equipos ni hornos muy costosos.- Absorben las vibraciones mecánicas y actúan como autolubricantes.- Son resistentes al choque térmico, a la corrosión y de buena resistencia al desgaste.
De acuerdo con la apariencia de su fractura, las fundiciones pueden ser grises, blancas, atruchadas, aunque también existen las fundiciones maleables, nodulares y especiales o aleadas.
PORCENTAJE DE CARBONO DE LOS ACEROS
Los aceros son aleaciones de hierro carbono, aptas para ser deformadas en frío y en caliente.
Generalmente el porcentaje de carbono no excede e 1,76%.
El acero se obtiene sometiendo e arrabio a un proceso de descarburacion y eliminación de impurezas llamado afino (oxidación del elemento carbono)
Atendiendo al porcentaje de carbono, los aceros se clasifican en:
· Aceros hipoentectoides, si su porcentaje de carbono es inferior al punto S(entectoide), o sea al 0,89%.
· Aceros hiperentectoides, si su porcentaje de carbono es superior al punto S.
PORCENTAJE DE CARBONO DE LA FUNDICIÓN
La fundición es un compuesto de hierro (Fe) con un porcentaje de carbono (C) superior al 1,7%, aunque normalmente del 3% y pequeñas cantidades de Si, Mn, S y Ph.
Tiene bastante menor resistencia a altas temperaturas, menor resiliencia y menores tenacidades fundibles pero no es ni forjable ni soldable. (La fundición es posible soldarla, pero nunca se hace en piping).
TEMPERATURA DEL PORCENTAJE
Un eutéctico (composición para la cual el punto de fusión es mínimo) que se denomina ledeburita y contiene un 4,3% de carbono (64,5 % de cementita). La ledeburita aparece entre los constituyentes de la aleación cuando el contenido en carbono supera el 2% (región del diagrama no mostrada) y es la responsable de la mala forjabilidad de la aleación marcando la frontera entre los aceros con menos del 2% de C (forjables) y las fundiciones con porcentajes de carbono superiores (no forjables y fabricadas por moldeo). De este modo se observa que por encima de la temperatura crítica A3[21] los aceros están constituidos sólo por austenita, una solución sólida de carbono en hierro γ y su microestructura en condiciones de enfriamiento lento dependerá por tanto de las transformaciones que sufra ésta.
Un eutectoide en la zona de los aceros, equivalente al eutéctico pero en estado sólido, donde la temperatura de transformación de la austenita es mínima. El eutectoide contiene un 0,77 %C (13,5% de cementita) y se denomina perlita. Está constituido por capas alternas de ferrita y cementita, siendo sus propiedades mecánicas intermedias entre las de la ferrita y la cementita.
