Tema 5: ALEACIONES FÉRREAS - V.Espino

Tema 5: ALEACIONES FÉRREAS
1.- CONSTITUYENTES ALOTRÓPICOS DEL HIERRO PURO
2.- DIAGRAMA DE EQUILIBRIO Fe-C.
3.- CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DE LOS ACEROS.
4.- ANÁLISIS DEL ENFRIAMIENTO Y SOLIDIFICACIÓN DE LOS ACEROS EN
EQUILIBRIO.
5.- ELEMENTOS DE ALEACIÓN DE LOS ACEROS.
6.- ANÁLISIS DEL ENFRIAMIENTO DE LOS ACEROS FUERA DEL
EQUILIBRIO.
7.- CLASIFICACIÓN DE LOS PRODUCTOS FERREOS: Hiero, Acero, Fundición.
8.- CLASIFICACION DE LOS ACEROS POR SU UTILIZACIÓN:
CONSTRUCCIÓN, HERRAMIENTAS E INOXIDABLES Y REFRACTARIOS
9.- DIAGRAMA DE EQUILIBRIO FE-C ESTABLE Y METAESTABLE
10.- CLASIFICACION DE LAS FUNDICIONES: ORDINARIAS: Blancas, Grises,
Atruchadas. ALEADAS, ESPECIALES Y MALEABLES.

FASES Y CONSTITUYENTES
Fases del hierro puro:
Feα Fe γ Fe δ Líquido
912 ºC 1394 ºC 1538 ºC
El carbono forma una solución sólida intersticial con el Fe:
FERRITA Feα Blanda y dúctil
AUSTENITA Feγ
Ferrita Feδ - máx solubilidad 0.09% C a 1495ºC. Formalmente
equivalente a Feα pero estable a alta temp. Sin interés
tecnológico
CEMENTITA Fe 3 C (ortorrómbica).- Muy dura y frágil. Resaltar
que si bien a T amb. permanece estable indefinidamente, a alta
T (>700ºC) se descompone en Fe y C (grafito) al cabo de varios
años.

CLASIFICACIÓN DE LAS
ALEACIONES Fe-C
HIERRO: concentración carbono < 0.008 % en peso
ACERO: concentración carbono entre 0.008 y 2.11 % en
peso (en la práctica, < 1%)
FUNDICIÓN: concentración C entre 2.11 y 6.7 % en
peso (en la práctica, < 4.5%)
Clasificación de los aceros:
Aceros hipoeutectoides: concentración carbono entre
0.022 y 0.77 % en peso
Aceros hipereutectoides: concentración carbono entre
0.77 y 2.11 % en peso

CONSTITUYENTES ALOTRÓPICOS
DEL HIERRO PURO
Hierro α (BCC)
a = 290 pm
N = 2
FEA = 68%
Solución sólida intersticial de C
(1/2, 0, 1/4)
Sol máx (727ºC) = 0.02181%C
Hierro γ (FCC)
a = 360 pm
N = 4
FEA = 74%
Sol máx (1148ºC) = 2.11%C
Solución sólida intersticial de C
(1/2, 0, 0)

DIAGRAMA DE EQUILIBRIO Fe-C
• Diagrama de
equilibrio
estable
(Fundiciones)
• Diagrama de
equilibrio
metaestable
(Aceros)

CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS
DE LOS ACEROS
Ferrita
Cementita
Austenita
Estructura atómica de la
cementita según Hendricks.
Los átomos negros son C y
los blanco Fe

SOLIDIFICACIÓN Y ENFRIAMIENTO
DE LOS ACEROS EN EQUILIBRIO
REGIÓN PERITÉCTICA
Líquido
Fe δ
Líquido
Fe γ
Fe δ (0.09% C) + Líquido (0.53% C) ⇔ Fe γ (0.17% C) (1495º C)

SOLIDIFICACIÓN Y ENFRIAMIENTO
DE LOS ACEROS EN EQUILIBRIO
REGIÓN PERITÉCTICA
1 2a 2 2b 3
1 solidifica en δ directamente y
se transforma posteriormente
por cambio alotrópico en γ.
2 tiene la composición
peritéctica.
δ
δ + L
0.09 0.17
δ + γ
γ
0.53
L + γ
1495ºC
2a alcanza la T peritéctica con
un exceso de fase δ de forma que
termina la reacción peritéctica
sin consumirse toda la fase δ.
2b alcanza la T peritéctica con
exceso de fase líquida, la
solidificación termina a una T
inferior.
3 solidifica directamente en fase
γ.

SOLIDIFICACIÓN Y ENFRIAMIENTO
DE LOS ACEROS EN EQUILIBRIO
REGIÓN EUTECTOIDE
Microestructura perlítica de un acero
eutectoide mostrando laminas alternas
de ferrita α (fase clara) y Fe 3
C (láminas
más delgadas y oscuras) x 500.
Fe γ (0.77% C) ⇔ Fe α (0.0217% C) + Fe 3
C (6.67% C) (727º C)
PERLITA

SOLIDIFICACIÓN Y ENFRIAMIENTO
DE LOS ACEROS EN EQUILIBRIO
REACCIÓN EUTÉCTICA:
(1148º C)
Esta reacción no
aparece en los aceros
ordinarios al carbono
porque sus contenidos
en carbono son
demasiado bajos.
Líquido (4.3% C) ⇔ Fe γ (2.08 % C) + Fe 3
C (6.67% C)
LEDEBURITA

SOLIDIFICACIÓN Y ENFRIAMIENTO
DE LOS ACEROS EN EQUILIBRIO
REGIÓN EUTECTOIDE
Acero Hipoeutectoide:
constituido por perlita
y ferrita proeutectoide

SOLIDIFICACIÓN Y ENFRIAMIENTO
DE LOS ACEROS EN EQUILIBRIO
REGIÓN EUTECTOIDE
Acero Hipereutectoide: constituido
cementita proeutectoide blanca
reticulada alrededor de las colonias
de perlita

ELEMENTOS DE ALEACIÓN DE
LOS ACEROS
a) Proporcionar un
endurecimiento por solución
sólida en la ferrita.
b) Por la precipitación de
carburos de aleación en
lugar de la formación de
cementita
c) Mejorar la resistencia a
la corrosión.
d) Mejorar la templabilidad.

INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE
ALEACIÓN EN EL DIAGRAMA Fe-C
Varían la temperaturas
críticas (p.e. la posición del
eutectoide.
Estabilizan la austenita:
Elementos gammágenos.
Estabilizan la ferrita:
Elementos alfágenos.

SOLIDIFICACIÓN Y ENFRIAMIENTO DE
LOS ACEROS EN EQUILIBRIO
1.-Un acero al carbono (0.40%) hipoeutectoide se somete a
enfriamiento lento desde 940ºC a una temperatura ligeramente
superior a 723ºC.
a) Calcular el porcentaje en peso de austenita presente en el
acero.
b) Calcular el porcentaje en peso de ferrita proeutectoide
presente en el acero.
2.-El mismo acero se somete a enfriamiento lento desde 940ºC a
una temperatura ligeramente inferior a 723ºC.
a) Calcular el porcentaje en peso de ferrita proeutectoide
presente en el acero.
b) Calcular el porcentaje en peso de ferrita eutectoide y
cementita presente en el acero.

SOLIDIFICACIÓN Y ENFRIAMIENTO DE
LOS ACEROS EN EQUILIBRIO
3.-Un acero al carbono hipereutectoide con 1.05% de C se
enfría lentamente desde 940ºC a una temperatura
ligeramente superior a 723ºC. Calcular el porcentaje en
peso de austenita y cementita proeutectoide presente
en el acero.
4.-El mismo acero se somete a enfriamiento lento desde
940ºC a una temperatura ligeramente inferior a 723ºC.
Calcular el porcentaje en peso de cementita
proeutectoide, cementita y ferrita eutectoide presente
en el acero.

PROBLEMAS
5) Deducir el porcentaje en peso de carbono que contiene
un acero, sabiendo que contiene un 94% de ferrita a
temperatura ambiente. Indicar de qué tipo de acero se
trata.
6) Un acero hipoeutectiode contienen un 80% en peso de
perlita. Suponiendo que no hay cambios en la
microestructura durante el enfriamiento desde una
temperatura ligeramente inferior a la del eutectoide hasta
temperatura ambiente, determinar el contenido en carbono
del acero.

PROBLEMAS
7) Un acero hipereutectoide contiene un 10% en peso de
cementita proeutectoide. Calcular el contenido en
carbono, bajo el mismo supuesto del problema anterior.
8) Un acero hipoeutectoide contiene un 15% en peso de
ferrita eutectoide. Bajo el mismo supuesto de los
problemas anteriores, calcular el contenido en carbono del
acero.
9) El examen microestructural de un acero revela que
presenta granos de ferrita y granos de perlita en una
proporción 3 a 1 en peso (ferrita a perlita). Determinar el
contenido en carbono del acero.