Modificación de las propiedades de los materiales

• Nos centraremos en materiales metálicos.

• Concretamente en materiales ferrosos (hierro puro, aceros y fundiciones)

• Dentro de ellos en aceros Mezclas homogéneas (aleaciones de hierro-carbono)

Tratamientos térmicos (mejora de propiedades mecánicas)

Tratamientos termoquímicos (podría considerarse como una combinación de los dos mecanismos anteriores)

Tratamientos contra oxidación-corrosión

MATERIALES METÁLICOSEstudio de aleaciones

❶ENLACE METÁLICO ❷REDES CRISTALINASMETÁLICAS

•BCC

•FCC

•HEXAGONAL COMPACTA

EN LOS METALES

HIERRO

Al realizar mezclas homogéneas de materiales metálicos (que poseen las estructuras cristalinas anteriores) con otras sustancia generamos ALEACIONES

Sustancias

Elemento Compuesto

Mezclas

Homogéneas Heterogéneas

o Sustancias

Puras

ALEACIONES:

Metal + otra sustancia

Para que dos sustancias A y B, una de ellas un metal,se mezclen y puedan alearse (aleación binaria) se ha de cumplir:

1. A y B totalmente solubles en estado LÍQUIDO

2. La mezcla ha de conservar el carácter metálico

Una vez que se han mezclado en estado líquido, se pasa a solidificarlas a ver qué ocurre

PROCESO DE SOLIDIFICACIÓN (se enfrían con el tiempo)CURVAS DE SOLIDIFICACIÓN

Sustancia pura Aleación (A:B)Ejemplo (70:30)

Veamos qué resultados pueden darse en

aleaciones binarias

MEZCLA DE METAL CON OTRO METAL O CON UN NO METAL

AL SOLIDIFICAR formarán de SOLUCIONES SÓLIDAS

ALEACIONES BINARIAS (elemento A & elemento B)

A y B totalmente solublesen estado sólido

A y B totalmente insolublesen estado sólido

A y B parcialmente solublesen estado sólido

Se forma una SOLUCIÓN SÓLIDA

Sólido α

Se forma una MEZCLA MECÁNICA DE CRISTALES

Cristales A + Cristales B

Se forma una MEZCLA MECÁNICA DE SOLUCIONES SÓLIDAS

Sólido α + Sólido β

Si A y B reaccionan químicamente se forma un compuesto químico (que no son nuestro campo de estudio)

EL ESTUDIO DEL ENFRIAMIENTO DE ALEACIONES SE LLEVA A CABO MEDIANTE LAS

CURVAS DE ENFRIAMIENTO de todas las posibles cantidades a mezclar (A:B)

Transferimos eso resultados a otra gráfica que de más información y muestre composición (A:B) y temperatura (T) – la presión se supone 1 atm

Con esas curvas se generan los llamados

DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO DE FASES

Se hacen con variaciones lentas de temperatura para que siempre se alcancen estados de equilibrio

Aunque los diagramas de solidificación de sistemas de

dos componentes pueden presentar configuraciones muy diversas,

todos derivan de

tres tipos generales, que corresponden a las tres posibilidades de

formación de aleaciones:•solubilidad total en estado sólido•solubilidad parcial estado sólido•insolubilidad total en estado sólido estado sólido

Observemos la construcción de los principales diagramas de equilibrio de fases a partir de las curvas de enfriamiento.

A y B totalmente solublesen estado sólido

A y B totalmente insolublesen estado sólido

A y B parcialmente solublesen estado sólido

Se forma una SOLUCIÓN SÓLIDA

Sólido α

Se forma una MEZCLA DE CRISTALESCristales A + Cristales B

Se forma una MEZCLA MECÁNICA DE SOLUCIONES SÓLIDAS

Sólido α + Sólido β

Si A y B reaccionan químicamente se forma un compuesto químico (que no son nuestro campo de estudio)

DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO DE ALEACIONES BINARIAS

ALEACIONES DE Fe-CACEROS Y FUNDICIONES

CURVA DE SOLIDIFICACIÓN DEL HIERRO

Estados alotrópicos

DIAGRAMA de equilibrio Fe-C

AUSTENITA (SSI de C en Feγ)FERRITA (SSI de C en Feα - Feβ)

CEMENTITA (Carburo de hierro Fe3C)PERLITA LEDEBURITA

ENFRIAMIENTOS RÁPIDOS (ESTADOS DE NO EQUILIBRIO)TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Las llamadas curvas TTTdonde aparecen algunos constituyentes de

equilibrio y otros distintos a los del diagrama de equilibrio

PARA EL ESTUDIO DE LOSTRATAMIENTOS TÉRMICOS

SE REQUIEREN OTRAS GRÁFICAS

Su construcción experimental se realiza mediante un determinado número de muestras de acero que,

previamente austenizadas, se enfrían en baños de sales a diferentes temperaturas y tiempos determinados.

La microestructura obtenida en cada una de las muestras se analiza y representa, obteniéndose así el diagrama TTT

para ese acero.

Se toman varias probetas iguales (pueden ser flejes) del acero a estudiar.

¿CÓMO SE GENERAN LAS CURVAS TTT?

Se llevan a temperaturasde austenización.

Se van sacando conjuntos de muestras de probetas.

Muestra

Se enfría cada muestra en un baño a diferentes temperaturas . Se van sacando, en tiempos distintos, probetas de cada muestra y analizando. En algún momento se produce una transformación. Se van anotando los tiempos en los que se inicia (ti) y finaliza (tf) dicha transformación. Se observa la microestructura que se forma.

…

Muestra 1 a T1

… …

Muestra 3 a T3

…

Muestra n a Tn

…

Muestra 2 a T2

t1i t1f t2i t2f t3i t3f tni tnf

Tiempos (t minúscula)

Temperaturas (T mayúscula)

Graficando en el eje de vertical las T y el horizontal el log t, con los tiempos de inicio y fin de transformación, obtenemos el diagrama TTT.

Proceso completo1. Para obtener el diagrama TTT tomamos varias probetas iguales

y las llevamos a temperaturas de austenización.2. Esperamos hasta que la austenización sea completamente .3. Luego introducimos las probetas en distintos baños a distintas

temperaturas y se observan las estructuras a medida que transcurre el tiempo. Se anotan los tiempos en los que las estructuras (constituyentes) sufren cambios.

4. Graficando en el eje de ordenadas las temperaturas y los logaritmos de tiempo en abscisas , si unimos los puntos iniciales y finales de la transformación de esas estructuras, obtenemos el diagrama TTT.

Por ejemplo, en la gráfica:Para T1, inicialmente tendremos una estructura de 100% de Austenita. Al finalizar, transcurrido un determinado tiempo, obtendremos una estructura de 100% de perlita.Bajando a T2 obtendremos Bainita, partiendo inicialmente de Austenita.Luego si enfriamos a una determinada velocidad, a temperatura T3, comenzará a aparecer Martensita.

CONSTITUYENTESFUERA DEL EQUILIBRIO

CURVAS TTT

MARTENSITA

BAINITA

superior

inferior

Perlita laminar Perlita globular