Aceros Son las aleaciones de mayor producción Bibliografía Callister (cap. 10, 11, 13) Ashby-Jones...
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AcerosSon las aleaciones de mayor producción
Bibliografía
Callister (cap. 10, 11, 13)Ashby-Jones (cap. 8, 11, 12, 13) Porter-Easterling (cap. 5, 6, microestructuras, tratamientos térmicos)
Para profundizar
Steels, Microstructure and Properties, R.W.K Honeycombe and H.K.D.H. Bhadeshia.
Fe - C
• acero (CC < ~1% -1,5%)
• fundición CC > 2%)
Fe
elemento muy abundante
C
el aleante más barato y efectivo para mejorar
las propiedades mecánicas del Fe
Diagrama de fases Fe-C
Fe-C diagrama de equilibrio
Fe-Fe3C diagrama metaestable
Fe3C: cementita
Fases: LíquidoFerrita: (b.c.c.): hierro con hasta to 0.035 wt%
C es solución sólida.Austenita: (f.c.c.): hierro con hasta 1.7 wt% C en
solución sólida.Hierro- δ : δ (b.c.c.) hierro con hasta 0.08 wt% C en
solución sólida.Cementita: Fe3C, compuesto.
Perlita
Ledeburita
Aleaciones de hierro-carbono
Acero(steel)
Aleación de Fe-C que transforma a la fase
(austenita) al aumentar la temperatura
típicamente el contenido de C es menor a 1% (peso)
Fundición de hierro(cast iron)
Aleaciones de Fe-C con más de 2.1 % (peso) de C
típicamente contienen entre 3 y 4,5%C (peso)
Aceros al carbono
Aceros aleados
Ashby Jones
Aceros al carbono (sin otros aleantes)
Acero de bajo carbono
Acero de alto carbono
Fundición de hierro
Acero de mediano carbono
Fases del hierro puro:
Líquido
Delta () - BCC
Austenita () - FCC
Ferrita () - BCC
Solubilidad de carbono Austenita 2,1% pesoFerrita 0,022% peso
Tamaño de sitios intersticiales:
Ferrita: intersticial octaédrico
rI / rFe = 0,155
Austenita: intersticial octaédrico
rI / rFe = 0,414
rC / rFe = 0,62
Expansión homogénea
Interacción suave con dislocaciones
Endurecimiento bajo
Distorsión tetragonal
(anisotrópica)
Interacción fuerte con dislocaciones
Endurecimiento alto
1. Microestructura del Fe puro
: austenita, fcc: ferrita, bcc
Ashby Jones
Microestructuras de aceros producidas por enfriado lento desde la fase austenita (tratamiento térmico de
normalización)
2. Microestructura del Fe-C eutectoide
Perlita: + Fe3C
Ashby Jones
723ºC
Formación de la perlita
Callister
1. Se nuclea (ferrita) o Fe3C (Cementita) sobre un borde de grano
2. Las zonas lindantes están empobrecidas o enriquecidas en C favorece la nucleación de la otra fase.
3. Ambas fases crecen hacia el grano con el cual la interfase es incoherente.
4. El crecimiento del frente depende de la velocidad de difusión del C
1. Se nuclea (ferrita) o Fe3C (Cementita) sobre un borde de grano; interfase coherente con uno (1) e incoherente con el otro (2).
2. Las zonas lindantes están empobrecidas o enriquecidas en C favorece la nucleación de la otra fase. Relación de orientaciones entre ferrita y cementita.
3. Ambas fases crecen hacia el grano con el cual la interfase es incoherente.
4. El crecimiento del frente depende de la velocidad de difusión del C
Porter Easterling
Microestructura perlítica
Callister
http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2008/Steel_Microstructure/SM.html
Micrografía óptica, colonias de perlita (courtesy S. S. Babu)
Micrografía óptica de perlita extremadamente fina.
Micrografía de microscopía electrónica de transmisión de la perlita fina de la diapositiva anterior.
esferoidita
Efecto de un recocido de la perlita a T 723°C
3. Microestructura acero hipoeutectoide: ferrita pro-eutectoide + perlita
Ferrita en borde de grano con morfología alotriomórfica (grain boundary
allotriomorphs) + perlita en Fe 0.4%C (cortesía del proyecto DoItPoms).
granos claros: ferrita; granos “oscuros”: perlita
Microestructura de perlita y ferrita pro-eutectoide
granos claros: ferrita; granos “oscuros”: perlita
Callister
50 m
Morfología de ferrita WidmanstättenWidmanstätten ferrite
Morfología de ferrita alotriomórficaAllotriomorph ferrite
bajo sobreenfriamiento alto sobreenfriamiento
Placas de ferrita Widmanstätten (áreas claras) que se desarrollan a partir de un borde de grano de la fase austenita. Acero de bajo aleante.
Irina Loginova, John Ågren, Gustav Amberg, Acta Materialia, 52, 13, 2004, pp 4055–4063
4. Microestructura de acero hipereutectoide: cementita pro-eutectoide + perlita
Ashby-Jones
Microestructura de cementita pro-eutectoide + perlita
Callister
granos claros: cementita; granos “oscuros”: perlita
http://www.georgesbasement.com/Microstructures/LowAlloySteels/Lesson-2/Specimen01.htm
Microestructura de cementita pro-eutectoide + perlita
Ashby-Jones
Diagrama TTT para la composición eutectoide Fe-C.
Callister
Perlita gruesa
Perlita fina
Perlita gruesa
Perlita fina
X 20
http://www2.ing.puc.cl/icmcursos/metalurgia/apuntes/cap3/36/
¿Qué sucede para velocidades de enfriamiento más altas?
formación de Bainita ( + Fe3C)
Relieve superficial generado por placas de bainita
UPPER BAINITE(High Temperature)
LOWER BAINITE(Low Temperature)
Carbon supersaturated plate
Carbon diffusion into austenite
Carbon diffusion into austenite and carbide
precipitation in ferrite
Carbide precipitation from austenite
Porter Easterling
Bainita superior Bainita inferior
http://www.heatreat.de/en/news/detail/149/Column/Shortened-bainitic-treatments-of-steel-showing-increased-properties/
Microestructura de la Bainita
Diagrama TTT para la composición eutectoide Fe-C.
Callister
Perlita gruesa
Perlita fina
Bainita superior
Bainita inferior
Ms
Martensita
Transformación martensítica
• Cambio de estructura cristalina (para aceros: fcc bct).• Sin difusión.• Movimiento cooperativo de átomos.• Cambio de forma macroscópico descripto por una deformación de corte.
• Interfase coherente con la matriz: plano sin distorsión (se denomina plano de hábito y es el plano invariante de la deformación de corte).
• Temperatura de comienzo: Ms• Temperatura de finalización: Mf
Ms, Mf dependen fuertemente del contenido de carbono (y de otros aleantes)
Plano de hábito
DISPLACIVE
RECONSTRUCTIVE
Cristalografía de la transformación martensítica en aceros: fcc bct.
1. Distorsión de Bain
2. Deslizamiento de planos cristalinos Se combinan para dar una deformación de corte macrscópica.Ashby-Jones
Distorsión de matriz por el exceso de C
Ashby-Jones
Relieve superficial por placas de martensita (o bainita).
Placas de martensita
Placas de martensita - microscopía óptica.
Yamasaki & Bhadeshia, 2004
http://info.lu.farmingdale.edu/depts/met/met205/tttdiagram.html
Coeficientes de difusión de C en Fe y de Fe en Fe
Transformación austenita perlita: difusión del Fe y del C
Transformación austenita bainita: difusión del C, sin difusión de Fe
Transformación austenita martensita: sin difusión (ni Fe ni C)
Obtención de diferentes microestructuras por variación del tratamiento térmico.
Curvas TTT: aceros de composición eutectoide, hipoeutectoide e hipereutectoide
Eutectoide
Hipoeutectoide
Hipereutectoide
Ashby-Jones
A1
A3
Acm
Microestructuras en aceros