Propiedades Estructurales I

Diagrama de Equilibrio Fe-C

Produccin de la industria de la fundicin en Argentina

Metales ferrosos colados

Fundicin esferoidal

0

20

40

60

80

1998 1999 2000 2002 2003 2004 2005 2006

Ao

Mil

lon

es

de

ton

ela

da

s

Fundicin laminar (gris)

0

50

100

150

1998 1999 2000 2002 2003 2004 2005 2006

Ao

Millo

ne

s d

e

ton

ela

da

s

Fundicin maleable

0

2

4

6

1998 1999 2000 2002 2003 2004 2005 2006

Ao

Mil

lon

es

de

ton

ela

da

s

Acero colado

0

5

10

15

1998 1999 2000 2002 2003 2004 2005 2006

Ao

Mil

lon

es

de

ton

ela

da

s

La produccin mundial de fundicin de hierro y acero supera en mas de diez veces la

produccin de todos los dems metales juntos

Diagrama Fe-C

Invariantes

Lmites de solubilidad

Fases que lo constituyen

Variante estable y metaestable

Caractersticas mecnicas de cada fase

Clasificacin de aleaciones Fe-C

Desarrollo de microestructuras de equilibrio

aceros Fundiciones (blancas o grises)

Diagrama Fe-C

Clasificacin de

aleaciones por el

contenido de C

Fe

C

En solucin

tomo intersticial

Combinado

Cementita (Fe3C)

Libre

Grafito

()

lquido

G

T (C)912 1394 1538

() (bcc)

(fcc)

(bcc)

No m

agn

tic

oM

agn

tic

o

1538

1394

912

768

Componentes

lquido

T

t

Solucin slida de C en Fe

Ferrita

Solucin slida de C en

Fe. Estructura bcc.

Austenita ()

Solucin slida de C en

Fe. Estructura fcc.

Ferrita

Solucin slida de C

en Fe. Estructura bcc.

La solubilidad de C en Fe depende de la estructura cristalina del Fe

+ compacta

Solubilidad de C en Fe 100 veces mayor Solubilidad de C en Fe

Fe

(fcc)

25% huecos

Dim. mx. hueco ~ 1

Fe

(bcc)

32% huecos

Dim. mx. hueco ~ 0.6

Dim. atmico de C ~ 1.5

Menor distorsin en la red de Fe (fcc) => Mayor solubilidad intersticial

aceros fundiciones

Diagrama de fases metaestable

(Fe-Fe3C)

Solubilidad mxima de C: 0.09% a 1495C

Ferrita

Austenita ()

Solubilidad mxima de C: 2.14% a 1147C

Cementita(Fe3C)Compuesto qumico.

Estructura ortorrmbica.

Contiene 6.67% C

Solubilidad mxima de C: 0.02% a 727

Ferrita

4 fases slidas

Propiedades de las Fases

Ferrita: fase blanda y dctil. Admite importante deformacin plstica. Puede endurecerse por

deformacin plstica.

Austenita: no es estable a temperatura ambiente en aleaciones Fe-C. Fase blanda y dctil. El conformado en

caliente se realiza en estado austentico.

Cementita: fase muy dura y frgil. Puede romperse por trabajado en caliente. Se presenta normalmente con

morfologa laminar. Puede globulizarse por tratamiento trmico.

Reacciones invariantes en el diagrama Fe-Fe3C

Reaccin peritctica

Lquido

Austenita ()

0.50

0.16

0.10

Ferrita

L(0.50%C) + (0.10%C) (0.16 %C)1495C

Esta reaccin se produce slo en las aleaciones que contienen entre 0.1

y 0.5% de carbono. Importante en produccin de aceros.

Reaccin eutctica

L (4.30%C) (2.11%C) +Fe3C(6.69%C)1148C

LEDEBURITA

Esta reaccin se produce en las aleaciones que

contienen ms de 2.11% de carbono

Crecimiento cooperativo 2 tipos de eutcticos: laminar y columnar

Reaccin eutectoide

(0.77%C) (0.02%C) +Fe3C(6.69%C)727C

PERLITA

Esta reaccin se produce en las

aleaciones que contienen ms de 0.02%

de carbono => prcticamente en todas

las aleaciones de uso comercial, como

resultado de enfriamiento relativamente

lentos

Solubilidad de C en Ferrita

Aceros Hipoeutectoides - Microestructura

normales

bandeadas

Aceros hipereutectoides- Microestructura

Laminar

Eutectoide

Globulizada hipereutectoide

Avance de la Transformacin Perltica

Fundicin Blanca Hipoeutctica

24

Fundicin Hipoutectica

25

Fundicin Blanca Eutctica

26

Fundicin Eutctica

27

Fundicin Blanca Hipereutctica

28

Fundicin Hipereutctica

29

Diagrama Fe-C estable

G

%C0 100

Cm

Gr

G

4.3

Diagrama de fases estable Fe-C Carbono libre en forma de grafito

Condicin termodinmica:

Condicin cintica: ver diferencias

L(4.3%C) (2.1%C) + Cm(6.7%C)

L(4.3%C) (2.1%C) + Gr(100%C)

GrafitoCementita

G

%C0 100

Cm

Gr

G

4.3

Comp. qca.= cte.= 4.3%C

G

T(C)1147 1153

L

+ Cm

+ Gr

G2M

G1

TETM

G2E

Diagramas Fe-C-Si

Carbono equivalente: CE

CE= CT + (%Si + %P)/3

Carbono eutctico: Ceut

Ceut.= 4,3 (%Si + %P)/3

TEE

TEM

L

L + L + Gr

L + Cm

Temp.

% C

Cr

V

Ti

Si

Ni

Cu

Co

Mn Sn

Mo Sb

W Mg

P

Al

Fundiciones

grises

Fundiciones

blancas

Fundiciones

atruchadas

Temp.

tiempo

Fin de solidificacin

Temp.

tiempo

Fin de solidificacin

Temp.

tiempo

Fin de solidificacin

Temp.

tiempo

Fin de solidificacin

Influencia del Sub-enfriamiento

Efecto de los elementos de aleacin

Influencia del Si en el tipo de estructura de

solidificacin

Influencia de la velocidad de enfriamiento en el tipo de estructura de

solidificacin

Fundiciones de hierro

Aleaciones Fe-C-Si

Solidificacin Si

Velocidad de

enfriamiento

Si

Velocidad de

enfriamiento

L + Cm

Fundiciones blancas

Tratamiento trmico

Fundiciones maleables

( grafito flocular)

L + Gr

Fundiciones grises

F. laminares F. vermiculares F. esferoidales

Fundiciones

atruchadas

Propiedades y caractersticas de las fundiciones grises

TipoMorfologa

de grafito

Propiedades

E (GPa) (%) 0.2 (MPa) rot. (MPa)Damping

(x10-4)

Laminar

(Gray)

Lminas

122 0.2 -0.5 -- 124-276 68.7

Vermicular

(Compacted)

Vermes

144 1.0-1.5 193-379 276-448

Esferoidal

(Ductile)

Esferoides

172 2.0-18.0 276-621 414-828 8.3

Maleable

(Malleable)

Flculos

175 2.0-10.0 276-621 414-724 10

Acero------------------ 210 10.0-40.0 250-560 380-680 1.3

1 2 3 4 5

CaractersticaFundicin

Esferoidal

Fundicin

Maleable

Fundicin

Vermicular

Fundicin

Gris

Fundicin

Blanca

Acero

Fundido

(C=0.4%)

Costo 4 2 4 5 4 1

Colabilidad 4 3 4 5 3 1

Facilidad de

mecanizado4 4 4 5 1 3

Amortiguacin de

vibraciones 3 3 4 5 1 1

Mdulo elstico 4 3 2 2 1 5

Confiabilidad 5 3 2 1 1 4

Resistencia/Peso 5 4 3 2 1 4

Resistencia al

impacto4 4 2 1 1 5

Resistencia a la

abrasin3 2 2 2 5 2

Resistencia a la fatiga

trmica3 3 5 4 1 2

Auto-lubricacin 4 4 4 5 1 1

Aptitud para el

tratamiento trmico5 2 2 2 1 4

Total 46 37 38 39 21 33

Peor Mejor