ACTIVIDAD_10_GRUPO_20_

TRABAJO COLABORATIVO 2 2

CONTENIDO

CONTENIDO......................................................................................................................................... 2

INTRODUCCIÓN................................................................................................................................... 3

OBJETIVOS ........................................................................................................................................... 4

DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD .......................................................................................................... 5

CONCLUSIONES ................................................................................................................................... 5

BIBLIOGRAFIA.................................................................................................................................... 31


INTRODUCCIÓN

Mediante el estudio de la unidad 2 del curso, se pretende afianzar cada uno de los

conocimientos de los diagramas de fases y transformaciones de los materiales,

definiciones y características explicitas de los metales y aleaciones para poder

desarrollar la guía propuesta.


OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Conocer los diagramas de fases y transformaciones de los materiales; metales yaleaciones expuestas en la unidad 2 del curso.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Resolver los problemas propuestos de diagramas de fases y cambio deestado.

Explicar cada proceso de fundición dado en la guía de actividades.

Realizar las preguntas expuestas para el tema de tratamientos térmicos delos materiales.

Efectuar una explicación detallada de la solidificación de los metales.


DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD

Trabajo individual:1. Diagramas de fases y cambios de estado.

Resolver los siguientes problemas propuestos:

1. Una fundición con 3% de C se encuentra en equilibrio a la temperaturaambiente. Se sabe que la solución de C en el Feα a la temperatura ambiente es de0.008%. Con lo anterior determine:

a. Fases presentes en su composición.

Como se observa en el diagrama la concentración del 3% de C; se encuentra laFerrita (Feα) + Cementita (Fe3C)

Ferrita delta δ (0% hasta 0,08%C)Se inicia a los 1400ºC y presenta una reducción en la distancia interatómica que lahace retornar a una estructura cristalina BCC. Su máxima solubilidad de carbonoes 0.08% a 1492ºC. Las características de la ferrita δ son: Muy blanda. Estructura cristalina BCC Es magnética. Muy poca posibilidad de disolución del carbono.

No posee una importancia industrial relevante. A partir de 1538ºC se inicia lafusión del Fe puro.La ferrita δ es como la ferrita α, sólo se diferencian en el tramo de temperaturas enel cual existen.


Fase Cementita (0,025% hasta 6,67%C)

Se forma cementita (Fe3C) cuando se excede el límite de solubilidad del carbonoen ferrita α por debajo de 723°C (la composición está comprendida en la región defases α+Fe3C). La cementita, desde el punto de vista mecánico, es dura y frágil, ysu presencia aumenta considerablemente la resistencia de algunos aceros.La cementita se presenta de forma oscura al ser observada al microscopio.Estrictamente hablando, la cementita es sólo metaestable; esto es, permanececomo compuesto a temperatura ambiente indefinidamente. Pero si se calientaentre 650 y 700°C, cambia gradualmente o se transforma en hierro α y carbono,en forma de grafito, que permanece al enfriar hasta temperatura ambiente. Esdecir, el diagrama de fases no está verdaderamente en equilibrio porque lacementita no es un compuesto estable. Sin embargo, teniendo en cuenta que lavelocidad de descomposición de la cementita es extraordinariamente lenta, en lapráctica todo el carbono del acero aparece como Fe3C en lugar de grafito y eldiagrama de fases hierro-carburo de hierro es, en la práctica, válido.

La cementita posee las siguientes propiedades: Alta dureza. Muy frágil. Alta resistencia al desgaste.

b. Cantidades relativas de cada una.


(Feα) + (Fe3C)

(Feα)=(6.67-3)/(6.67-0.008) =0.550*100= 55%

(Fe3C)=1-0.550=0.45*100= 45%

2. Del diagrama Fe-C que se adjunta, se pueden extraer los siguientes datos:

A 960°C el carbono puede disolverse en la austenita hasta un 1.5% A 600°C el carbono puede disolverse en ferrita hasta un 0.067%

Se desea saber las fases presentes y su composición:

a. En una aleación con un 1% de carbono, a las temperaturas de 600 y 960°Cb. En una aleación con el 2% de carbono, a la temperatura de 960°C


2. Proceso de fundiciones: Explique detalladamente los siguientes procesos defundición incluyendo esquemas e imágenes.

a) Fundición blanca.

Son aquellas en las que todo el carbono se encuentra combinado bajo la forma decementita. Todas ellas son aleaciones hipoeutécticas y las transformaciones quetienen lugar durante su enfriamiento son análogas a las de la aleación de 2,5 % decarbono.

La figura 1 muestra la microestructura típica de las fundiciones blancas, la cualestá formada por dendritas de austenita transformada (perlita), en una matrizblanca de cementita. Observando la misma figura con más aumentos, vemos quelas áreas oscuras son perlita (fig. 2).Estas fundiciones se caracterizan por su dureza y resistencia al desgaste, siendo

sumamente quebradiza y difícil de mecanizar. Esta fragilidad y falta demaquinabilidad limita la utilización industrial de las fundiciones " totalmenteblancas ", quedando reducido su empleo a aquellos casos en que no se quieraductilidad como en las camisas interiores de las hormigoneras, molinos de bolas,algunos tipos de estampas de estirar y en las boquillas de extrusión. También seutiliza en grandes cantidades, como material de partida, para la fabricaciónde fundición maleable.

Fig.1.x100 Fig.2. x400


b) Fundición gris

La mayoría de las fundiciones grises son aleaciones hipoeutécticas que contienenentre 2,5 y 4% de carbono. El proceso de grafitización se realiza con mayorfacilidad si el contenido de carbono es elevado, las temperaturas elevadas y si lacantidad de elementos grafitizantes presentes, especialmente el silicio, es laadecuada.

Para que grafiticen la cementita eutéctica y la proeutectoide, aunque no laeutectoide, y así obtener una estructura final perlítica hay que controlarcuidadosamente el contenido de silicio y la velocidad de enfriamiento.

El grafito adopta la forma de numerosas laminillas curvadas (Fig.1-4), que son lasque proporcionan a la fundición gris su característica fractura grisácea onegruzca.

Fig.1. x100 pulida Fig.2. x100

Si la composición y la velocidad de enfriamiento son tales que la cementitaeutectoide también se grafitiza presentará entonces una estructura totalmenteferrítica (Fig. 1. X100 pulida). Por el contrario, si se impide la grafitización de lacementita eutectoide, la matriz será totalmente perlítica (Fig. 2. X400). La fundicióngris constituida por mezcla de grafito y ferrita es la más blanda y la que menorresistencia mecánica presenta; la resistencia a la tracción y la dureza aumentancon la cantidad de carbono combinada que existe, alcanzando su valor máximo enla fundición gris perlítica.

Las figuras 3 y 4 muestran la microestructura de una fundición gris cuya matriz estotalmente perlítica. Además, en la micrografía a 200 aumentos –igual que en laFig. 2- se observan como unos granos blancos, los cuales resueltos a mayoresaumentos (Fig. 4, x400) son, en realidad, esteadita.


Fig.3. x200 Fig.4. x400

La mayoría de las fundiciones contienen fósforo procedente del mineral de hierroen cantidades variables entre 0,10 y 0,90%, el cual se combina en su mayor partecon el hierro formando fosfuro de hierro (Fe3P). Este fosfuro forma un eutécticoternario con la cementita y la austenita (perlita a temperatura ambiente) conocidacomo esteatita (Fig. 4), la cual es uno de los constituyentes normales de lasfundiciones. La esteadita, por sus propiedades físicas, debe controlarse con todocuidado para obtener unas características mecánicas óptimas.

c) Fundición nodular

Es un hierro con la composición del hierro gris, en la cual al metal líquido se leagrega aleaciones de magnesio en forma diluida como una aleación MgFeSi conel fin de que el grafito se convierta en nódulos y no en hojuelas como el hierro gris.El proceso de fabricación de esta fundición involucra un primer paso dedesulfurización, que consiste en eliminar el azufre y el oxígeno de la fundiciónañadiendo sustancias como el carburo de calcio (CaO). La segunda etapadenominada nodulación consiste en agregar magnesio en la forma anteriormentemencionada y la última etapa la inoculación se lleva a cabo con compuestos deFeSi para causar la nucleación heterogénea.


El agregar magnesio o cerio se generan nódulos de grafito en una matriz ferrifica yperlitica. Esta fundición presenta características de un acero y de un hierro gris,dentro de las cuales se encuentran: buena resistencia mecánica, resistencia aldesgaste, moldeabilidad, buenas características de mecanizado, tenacidad,ductilidad, posibilidad de ser trabajado en caliente y en frío. Dentro susaplicaciones se encuentran cuerpos de válvulas, engranajes, cigüeñales.

d) Fundición maleable.

La tendencia que presenta la cementita a dejar en libertad carbono, constituye labase de la fabricación de la fundición maleable. La reacción de descomposición seve favorecida por las altas temperaturas, por la presencia de impurezas sólidas nometálicas, por contenidos de carbono más elevados y por la existencia deelementos que ayudan a la descomposición del Fe3C.

La maleabilización tiene por objeto transformar todo el carbono que en formacombinada contiene la fundición blanca, en nódulos irregulares de carbono derevenido (grafito) y en ferrita. Industrialmente este proceso se realiza en dosetapas conocidas como primera y segunda fases de recocido.

En la primera fase del recocido, la fundición blanca se calienta lentamente a unatemperatura comprendida entre 840 y 980ºC. Durante el calentamiento, la perlitase transforma en austenita al alcanzar la línea crítica inferior y, a medida queaumenta la temperatura, la austenita formada disuelve algo más de cementita.

La segunda fase del recocido consiste en un enfriamiento muy lento al atravesar lazona crítica en que tiene lugar la reacción eutectoide. Esto permite a la austenitadescomponerse en las fases estables de ferrita y grafito. Una vez realizada lagrafitización, la estructura no sufre ninguna nueva modificación durante elenfriamiento a temperatura ambiente, quedando constituida por nódulos decarbono de revenido (rosetas) en una matriz ferrítica (Fig. 1 y 2). Este tipo defundición se denomina normal o ferrítica (Fig. 2).


Bajo la forma de rosetas, el carbono revenido no rompe la continuidad de la matrizferrítica tenaz, lo que da lugar a un aumento de la resistencia y de la ductilidad.

Fig.1.x100 pulida Fig.2. x100

Si durante el temple al aire se consigue que el enfriamiento a través de la regióneutectoide se realice con la suficiente rapidez, la matriz presentará una estructuratotalmente perlítica.

Fig.3 x50 Fig.4 x200

Si el enfriamiento en la región eutectoide no se realiza a la velocidad necesariapara que todo el carbono quede en forma combinada, las zonas que rodean losnódulos de carbono de revenido estarán totalmente grafitizadas mientras que lasmás distantes presentarán una estructura totalmente perlítica, debido al aspectoque presenta estas estructuras al microscopio, se conocen como estructura de ojode buey (Fig. 3 y 4).Este tipo de fundición también puede obtenerse a partir de la fundición maleableferrítica mediante un calentamiento de esta última por encima de la temperaturacrítica inferior, seguido de un enfriamiento rápido.


e) Materiales compuestos.

Un material compuesto (“composite” o FRP fiber-reinforced polymer) es elresultado de la combinación de dos o más materiales con el fin de obtener unacombinación única de propiedades. Los materiales compuestos han sidoampliamente utilizados en la historia con el fin de mejorar las propiedades de unmaterial. De este modo durante siglos se ha utilizado barro mezclado con pajapara construir viviendas de adobe.

Los materiales compuestos reforzados con fibra se pueden separarmecánicamente. La principal característica de estos materiales reside en que uncomponente conforma una matriz que envuelve el resto de forma que losmateriales trabajen como uno solo, pero ambos seguirán mantenido sus formatosoriginales por separado.

En el caso de los productos para refuerzo estructural, se utilizan fibras embebidasen una matriz polimérica, siendo la más habitual la de resina epoxi. Esta (la matriz)confiere rigidez y protección ambiental/química a las fibras. Por otro lado, las fibrascontenidas más habituales suelen ser de carbono, aramida y vidrio, aportando al“composite” elevada resistencia a tracción y elevado módulo de elasticidad.


Lo más importante a tener en cuenta es que la fibra es el componente que“absorbe” los esfuerzos de tracción en la dirección axial a las mismas. En sentidoperpendicular a la dirección de las fibras, las propiedades resistentes seránexclusivamente las que aporta la matriz polimérica, siendo claramente inferiores.

3. Tratamientos térmicos de los materiales.Responda las siguientes preguntas de los tratamientos térmicos:

a) Principales propósitos de los tratamientos térmicos.El Tratamiento Térmico involucra varios procesos de calentamiento y enfriamientopara efectuar cambios estructurales en un material, los cuales modifican suspropiedades mecánicas. El objetivo de los tratamientos térmicos es proporcionar alos materiales unas propiedades específicas adecuadas para su conformación ouso final. No modifican la composición química de los materiales, pero si otrosfactores tales como los constituyentes estructurales y la granulometría, y comoconsecuencia las propiedades mecánicas. Se pueden realizar TratamientosTérmicos sobre una parte o la totalidad de la pieza en uno o varios pasos de lasecuencia de manufactura. En algunos casos, el tratamiento se aplica antes delproceso de formado (recocido para ablandar el metal y ayudar a formarlo másfácilmente mientras se encuentra caliente). En otros casos, se usa para aliviar losefectos del endurecimiento por deformación. Finalmente, se puede realizar al finalde la secuencia de manufactura para lograr resistencia y dureza.b) Tipos de tratamientos térmicos aplicados a los aceros.

El temple se utiliza para obtener un tipo de aceros de alta dureza llamadomartensita. Se trata de elevar la temperatura del acero hasta una temperaturacercana a 1000 ºC y posteriormente someterlo a enfriamientos rápidos o bruscos ycontinuos en agua, aceite o aire. La capacidad de un acero para transformarse enmartensita durante el temple depende de la composición química del acero y sedenomina templabilidad. Al obtener aceros martensíticos, en realidad, se pretendeaumentar la dureza. El problema es que el acero resultante será muy frágil y pocodúctil, porque existen altas tensiones internas.

El revenido es el tratamiento térmico que sigue al temple. Recuerda que un acerotemplado es aquel que tiene una dureza muy alta (llamado martensita), pero tieneel inconveniente de ser frágil y poco porque tiene tensiones internas. El revenidoconsiste en calentar la pieza templada hasta cierta temperatura, para reducir lastensiones internas que tiene el acero martensítico (de alta dureza). De esto modo,evitamos que el acero sea frágil, sacrificando un poco la dureza. La velocidad deenfriamiento es, por lo general, rápida.


El recocido consiste en calentar un material hasta una temperatura dada y,posteriormente, enfriarlo lentamente. Se utiliza, al igual que el caso anterior, parasuprimir los defectos del temple. Se persigue:

Eliminar tensiones del temple. Aumentar la plasticidad, ductilidad y tenacidad del acero.

¿Cómo se practica el recocido? Se calienta el acero hasta una temperatura dada Se mantiene la temperatura durante un tiempo Se enfría lentamente hasta temperatura ambiente, controlando la velocidad

de enfriamiento.Si la variación de temperatura es muy alta, pueden aparecer tensiones internasque inducen grietas o deformaciones. El grado de plasticidad que se quiere dotaral metal depende de la velocidad de enfriamiento y la temperatura a la que seelevó inicialmente.

NormalizadoEste tratamiento se emplea para eliminar tensiones internas sufridas por elmaterial tras una conformación mecánica, tales como una forja o laminación paraconferir al acero unas propiedades que se consideran normales de sucomposición. El normalizado se practica calentando rápidamente el material hastauna temperatura crítica y se mantiene en ella durante un tiempo. A partir de esemomento, su estructura interna se vuelve más uniforme y aumenta la tenacidaddel acero.c) Que son los tratamientos térmicos ISOTERMICOS, SUPERFICIALES yTERMOQUIMICOS y sus principales características.

Tratamientos térmicos isotérmicosSon las estructuras que fueron obtenidas como resultado de la transformaciónisotérmica de la austenita inestable (la que está por debajo de los 727°C). Los dosfactores que dan impulso al proceso de transformación son la nucleación y elcrecimiento de la nueva fase. Con respecto de las estructuras finales,encontramos que a altas temperaturas se obtienen perlitas laminares gruesas,medias finas y ultra finas clasificadas según su distancia interlaminar. A menorestemperaturas aparece una nueva estructura, la bainita, que si bien es también unamezcla de ferrita y cementita, su origen es distinto de la perlita. La bainita superiortiene aspecto plumoso y la inferior aspecto acicular. Todos los tratamientosisotérmicos necesitan además de horno para austenizar la pieza, un baño de salespara realizar la transformación de la austenita, lo que nos hace pensarinmediatamente en un mayor costo que los de enfriamiento continuo. Lostratamientos isotérmicos son los siguientes:


Recocido isotérmico: Austenizo la pieza y enfrío en un baño de sales rápidamente.Como resultado obtendremos una mayor cantidad de perlita, que posee unaestructura menos basta y aumenta levemente los valores de dureza de la piezaademás de ser rápido y económico. 2.Patentado: Se utiliza en aceros con más de 0,6%C, estos aceros son de muy baja

ductilidad como consecuencia de que predomina una estructura perlítica laminar.El tratamiento consiste en calentar hasta la temperatura de austenizacióncompleta y enfrío rápidamente en baños de plomo fundido, obteniendo comoresultado una perlita fina o ultra fina que dará una mayor tenacidad y ductilidad. 3.Austemperado: Consiste en calentar el acero a la temperatura de austenización

apropiada y enfriar en un baño de sales fundidas a temperaturas mucho menoresque las del recocido isotérmico, con el objetivo de obtener una estructura 100%bainítica inferior que es característica de un acero de alta dureza y resistencia

Tratamientos térmicos superficialesEl endurecimiento superficial se utiliza para ampliar la versatilidad en ciertosaceros mediante la combinación de propiedades no obtenibles de otras maneras.Para muchas aplicaciones, el desgaste o las tensiones más severas actúan sólosobre la superficie de la pieza. Por lo tanto, la pieza puede fabricarse con un acerode bajo o medio carbono y endurecer la superficie por un tratamiento térmico finaldespués de que todos los otros procesos se completaron. El endurecimientosuperficial también reduce la distorsión y elimina la fisuración que puedegenerarse durante el endurecimiento especialmente en piezas grandes. Tambiénes posible el endurecimiento localizado de determinadas áreas mediante algunastécnicas de endurecimiento superficial. Se describe los dos tratamientos deendurecimiento superficial principales. Uno es sin cambio en la composición yconsiste en un endurecimiento superficial con calentamiento por inducción oflameado. El otro cambia la composición e incluye técnicas tales comocementación, nitruración y carbonitruración.El endurecimiento por flameado: consiste en austenizar la superficie del acero porun calentamiento con una llama de oxiacetileno u oxihidrógeno e inmediatamentetemplar en agua. Resulta en una capa superficial dura de martensita sobre uninterior blando con una estructura de ferrita-perlita. No hay cambio en lacomposición y, por lo tanto, el acero tratado de esta manera deberá tener uncontenido adecuado de carbono para obtener la dureza deseada en la superficie.El calentamiento por inducción: Es un método extremadamente versátil para elendurecimiento de los aceros. Mediante éste se puede realizar endurecimientosuperficial uniforme, endurecimiento superficial localizado, endurecimientocontinuo y revenido de las piezas.La cementación: Es un tratamiento térmico por el cual el contenido de carbono dela superficie en una pieza de acero con bajo carbono aumenta debido a laexposición a una atmósfera apropiada a una temperatura dentro del campo defase austenítico.


El nitrurado: Es un tratamiento térmico superficial de endurecimiento que introducenitrógeno en la superficie del acero mientras éste se encuentra en la fase ferrítica.El nitrurado se asemeja a la cementación en que se altera la composiciónsuperficial pero el nitrógeno se agrega a la fase ferrita mientras en que lacementación a la austenita.La carbonitruración: Es un tratamiento térmico de endurecimiento superficial queintroduce C y N en el acero en la fase austenítica. Este tratamiento es similar a lacementación en que se cambia la composición de la austenita y aumenta ladureza superficial por temple por la formación de martensita. La dureza superficialen la cabonitruración depende tanto de la formación de nitruros como de laformación de martensita.

Tratamientos termoquímicos de los metales Mediante este tipo de tratamientos,el metal sufre procesos de calentamiento y enfriamiento y se varía la composiciónquímica superficial de los aceros, adicionando otros elementos para mejorar laspropiedades en la superficie, principalmente la dureza o resistencia a la corrosión,sin modificar otras propiedades esenciales tales como ductilidad.Cementación: Consiste en aumentar la cantidad de carbono de la capa exterior delos aceros. Se mejora la dureza superficial y la resiliencia. Se aplica a piezas quedeben ser resistentes a golpes y la vez al desgaste. Se aplica a los aceros.Nitruración: Consiste en endurecer la superficie de los aceros y fundiciones. Lasdurezas son elevadas y tienen alta resistencia a la corrosión. El componentequímico añadido es nitrógeno, que se obtiene del amoniaco.

Cianuración o carbonitruración: Se trata de endurecer la superficie del materialintroduciendo carbono y nitrógeno. Es una mezcla de cementación y nitruración.La temperatura es intermedia entre la utilizada para la cementación y lanitruración, que es mucho menor que aquella. Se aplica a los aceros.Sulfinación: Se trata de introducir en la superficie del metal azufre, nitrógeno ycarbono en aleaciones férricas y de cobre. Se aumenta la resistencia al desgaste,favorecer la lubricación y disminuir el coeficiente de rozamiento.


d) Cuáles son las tres etapas de tratamiento térmico (graficar) y cuál es el efectode la temperatura en el tamaño de grano.

RECOCIDO

Es un tratamiento el cual se aplica a los metales cuando se han trabajado en fríoya que su objetivo es eliminar los defectos de este proceso. Consiste en calentarel metal a una temperatura adecuada, en la cual se mantiene por un cierto tiempo(recalentamiento) y después se enfría lentamente.

Recuperación: Es la etapa más sutil del recocido. Esta consiste en calentar elmaterial hasta un rango de temperatura, pero por debajo de la temperatura derecristalización donde se produce una relajación e incluso eliminación deesfuerzos internos.

Recristalización: Esta ocurre cuando el material se calienta a una temperaturamás alta que la de recuperación, en esta etapa entonces se nuclear nuevosgranos libres de deformación, se eliminan totalmente las dislocaciones y losgranos inician una etapa de crecimiento

Crecimiento de grano: Si el proceso de recocido se lleva a cabo a unatemperatura lo suficientemente alta, la recuperación y la recristalización, se llevana cabo rápidamente. En esta última etapa del recocido se caracteriza por elcrecimiento de unos granos del material a expensas de otros que se consumen,para generar granos condiciones similares a los que tenía el material antes delproceso de trabajo en frío.


En el caso de los aceros, para llevar a cabo un recocido total o recocido completo

(recuperación, recristalización, crecimiento de grano), dependiendo si el acero es

hipoeutectoide, este debe calentarse hasta una temperatura de 40ºC por encima

de la línea AC3 o si es hipereutectoide la temperatura será 40 ºC por encima de la

línea AC1.


NORMALIZADO

Es un tratamiento térmico que consiste en calentar el material hasta la zona

austenítica y luego dejarla enfriar al aire libre (en reposo). La micro estructura a

temperatura ambiente para los aceros varia. Las características que proporciona

este tratamiento térmico son:

• Proporciona mayor resistencia a la tensión que el recocido

• Ayuda a refinar la estructura del grano del material

• Mejora la ductilidad y dureza comparada con el recocido.

Dependiendo si el acero es hipo o hipereutectoide la temperatura será como se

muestra en la figura 79, de 40 a 55 ºC por encima de la línea AC3 y ACm.


TEMPLE

Este tratamiento térmico consiste en calentar el acero hasta la zona autenítica y

enfriarlo rápidamente en agua, aceite o salmuera (enfriamiento más rápido) con el

fin de obtener una estructura llamada martensita. Si el enfriamiento desde la zona

austenítica hasta la temperatura ambiente se hiciese lento la estructura que se

formaría seria la perlita.

La martensita puede tener dos tipos de estructuras cristalinas: una estructura BCC

sobresaturada de carbono o una estructura tetragonal centrada en el cuerpo, el

contenido de carbono es la razón por la cual es dura y frágil, disminuyendo en el

material la ductilidad y la tenacidad. La transformación de austenítica en

martensita posee un rango de temperaturas que se conocen como temperatura de

inicio martensítico, Ms (disminuye a medida que aumenta el contenido de carbono)

y temperatura de final martensítico, Mf.


Revenido: El tratamiento térmico de revenido consiste en calentar el acero luego

de realizar un temple hasta una temperatura por debajo de la temperatura

eutectoide (generalmente entre 600ºC - 727ºC) con el fin de bajarle al acero la

dureza y fragilidad adquirida en el temple, es decir, hacerlo más blando y más

dúctil.

El proceso para realizar un revenido requiere primero que todo el enfriamiento

rápido del acero desde la zona austenítica (austenización) hasta la temperatura

ambiente con el fin de que se forme la martensita (estructura muy dura y frágil) y

no hacerlo lento para que se forme la perlita (ferrita + cementita), para después

volverlo a calentar con el fin de que la martensita se transforme en una estructura

de partículas de carburo de hierro en una matriz ferrifica llamada martensita

revenida.


El resultado del revenido puede decirse que es, la precipitación de partículas muy

finas de carburo de la martensita y la transformación gradual de la estructura

cristalina BCT a BCC, esta nueva estructura se llama como se mencionó:

martensita revenida

Curva Tiempo – Temperatura – Transformación (TTT)

Es una forma de entender las diferentes estructuras presentes en los aceros luego

de diferentes enfriamientos en diferentes medios. La curva se interpreta partiendo

de cero en la región autenítica (en un punto por encima de la temperatura A1) y

continua hacia abajo y a la derecha como se muestra (línea punteada).

1. Si se realiza un enfriamiento lento como por ejemplo calentarlo y dejarlo en el

horno se puede presentar una estructura perlita fina como en (1).

2. Si se realiza un enfriamiento más rápido como por ejemplo calentarlo y dejarlo

en el aire se puede presentar una estructura perlita gruesa como en (2) en la. Si

se realiza un enfriamiento aún más rápido que se evite la nariz TTT como por

ejemplo: calentarlo y dejarlo en aceite se puede presentar una estructura bainita +

martensita (3)

3. Si se realiza un enfriamiento extremadamente rápido como por ejemplo

calentarlo y dejarlo en agua se puede presentar una estructura martensita (4).


4. Solidificación de los metales:

Explique detalladamente el proceso de solidificación de los metales y la respectiva

curva de solidificación de los metales puros, temperatura vs tiempo.

Etapas en la formación de gérmenes Etapas en la formación de gérmenes El

crecimiento de la fase sólida depende de la velocidad con que los átomos del

líquido llegan al límite de la interfase sólido-líquido, (Frente de solidificación).

El Frente de solidificación se desplaza perpendicular y opuesto al flujo de calor.

En estado líquido, los átomos de esta fase se mueven a altas velocidades en

comparación con los átomos en estado sólido, debido a su alta energía cinética.

Cuando la temperatura del líquido comienza a disminuir, se forman gérmenes o

embriones.

Los gérmenes pueden o no crecer, dependiendo de la cantidad de átomos en el

aglomerado y de la disminución de temperatura.


Nucleación y energía libre de Nucleación y energía libre de Gibbs (G) Se presenta

cuando los gérmenes adquieren un tamaño crítico, convirtiéndose en núcleos los

cuales tienen toda la posibilidad de crecer. En el paso de líquido a sólido ocurre un

cambio en la energía libre de Gibbs del metal Este cambio ocurre debido a que los

átomos pasan de un estado desordenado a altas temperaturas, para dar lugar a

una estructura cristalina.


La solidificación de metales consta de tres etapas; formación de nucleaos estables

en el fundido (nucleación), crecimiento del núcleo hasta dar origen a cristales y la

formación de una estructura granular. El aspecto que cada grano adquiere

después de la solidificación del metal depende de varios factores, de entre los que

son importantes los gradientes térmicos. Existen dos mecanismos de nucleación

en la solidificación de metales:

Nucleación homogénea: Se da en el líquido fundido cuando el metal proporciona

por sí mismo los átomos para formar los núcleos. Cuando se enfría un metal

líquido puro por debajo de su temperatura de equilibrio de solidificación en un

grado suficiente se crean numerosos núcleos homogéneos por movimiento lento

de átomos que se mantienen juntos. La nucleación homogénea requiere

habitualmente un elevado grado de sub-enfriamiento que puede llegar a ser de

varios de cientos de grados centígrados para algunos metales. Para que un núcleo

estable pueda transformarse en cristal debe alcanzar un tamaño crítico. Un

conglomerado de átomos entrelazados entre sí menor que el tamaño crítico se

llama embrión, y otro que sea mayor al tamaño crítico se llama núcleo. Debido a

su inestabilidad, los embriones se están formando y redisolviendo constantemente

en el metal fundido, debido a la agitación de los átomos.

Nucleación heterogénea: Es la nucleación que tiene a lugar en un líquido sobre

la superficie del recipiente que contiene impurezas insolubles, u otros materiales

estructurales que disminuyen la energía libre para formar un núcleo estable. Para

que se produzca la nucleación heterogénea, el agente de nucleación solido


(impureza o recipiente) debe ser mojado por el metal líquido. Además el líquido

debería poder solidificar fácilmente sobre el agente de nucleación. La nucleación

heterogénea tiene a lugar sobre el agente de nucleación porque la energía

superficial para formar un núcleo estable sobre el material es más baja que si el

núcleo se formara sobre su propio núcleo puro (nucleación homogénea).

En la formación de sólidos por precipitación de una única fase sólida en una matriz

liquida, el caso más común en la industria es la nucleación heterogénea, en la cual

la precipitación tiene lugar en una cierta imperfección estructural como, por

ejemplo, una superficie extraña. La imperfección reduce la energía superficial

asociada a la creación de una nueva fase. El proceso de precipitación ocurre, en

realidad, en dos etapas. La primera de ellas es la nucleación. Esta etapa inicial

lleva asociada la creación aleatoria de muchos núcleos. Solo aquellos cuyo

tamaño es superior a uno dado son estables y pueden continuar su crecimiento.

Estos núcleos de tamaño crítico deben ser suficientemente grandes para

compensar la energía de formación correspondiente a la interface solido-liquido.

La velocidad de nucleación es el resultado de dos factores opuestos. En el punto

exacto correspondiente a la temperatura de transformación, las fases sólida y

líquida están en equilibrio y no existe una fuerza neta que impulse el inicio de la

transformación. Al enfriar el líquido por debajo de la temperatura de

transformación cada vez más inestable. El principio clave es que una pequeña

agrupación de átomos (el núcleo) será estable únicamente si su posterior

crecimiento reduce la energía neta del sistema. La fuerza impulsora de la

solidificación aumenta al disminuir la temperatura, y la velocidad de nucleación se

incrementa. Este aumento no puede continuar indefinidamente. El proceso de

agrupación de átomos que conduce a la formación de un núcleo es un proceso de

difusión a escala local. Como tal, su velocidad disminuirá al hacerlo la

temperatura. Estas transformaciones del material pueden darse con difusión o sin

ella.


CONCLUSIONES

Se identifican las temáticas y herramientas dadas en el curso ya que permiten conel desarrollo de la guía de actividades poner en práctica con claridad los temastratados en la unidad 2 del módulo de Materiales industriales.


BIBLIOGRAFIA

UNIDAD 2. MATERIALES INDUSTRIALEShttp://campus06.unad.edu.co/ecbti05/pluginfile.php/8706/mod_page/content/4/UNIDAD%202.pdf

Mecánica de Materiales. Ferdinand P. Beer. Editorial: McGraw-HillInteramericana Edición: 6 Año: 2013

Fundamentos de manufactura moderna Materiales, procesos y sistemas.Mikell P. Groover. Editorial: McGraw-Hill Interamericana .Edición: 3 Año:2007

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Fundición blanca. Extraído el día 29 de marzo de 2016 de:http://www.esi2.us.es/IMM2/Pract-html/y2.html

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