Seminario 1 Plan D

INGENIERIA DE LOS MATERIALES I.
Asignatura: Ingeniería de los Materiales I (Ciencia de Materiales y
Corrosión).
Docente: Ing. Carlos A. Echeverría Lage Dr. C.
SEMINARIO No. 1: Composición, estructura, propiedades y aplicaciones de
los aceros y las fundiciones.
INTRODUCCIÓN.
Para el desarrollo del presente seminario, correspondiente al Tema 1 de la
asignatura, se definieron los objetivos y se proporcionaron las orientaciones
metodológicas.
TEMATICA:
Tema 1. Relación entre la estructura y las propiedades de los materiales
de construcción.
OBJETIVOS:
1.
Explicar las características de la estructura cristalográfica de los Aceros y
Fundiciones, haciendo uso del Diagrama Hierro - Carbono.
2.
Analizar las principales propiedades físicas y mecánicas de los Aceros y
Fundiciones, en función de su composición y estructura.
3.
Fundamentar sus aplicación en función de sus estructuras y propiedades.
DESARROLLO
Para el desarrollo del seminario se orientó a los estudiantes que analizaran
utilizando el Diagrama Hierro – Carbono, las transformaciones cristalográficas en
dependencia del contenido de carbono.
Para las diferentes composiciones, las estructuras y propiedades que se derivan,
para los aceros y las fundiciones.
Se recomienda la realización de tablas o esquemas comparativos de
propiedades físicas y mecánica de los aceros y el hierro fundido.
Caracterizar de forma general, cada tratamiento térmico. Poner ejemplos, en
forma de tablas, donde se señale el tipo de acero y fundición, el tipo de
tratamiento que se le puede aplicar a partir de su objetivo y propiedades
mecánicas que se pueden lograr.
Diagrama de Estado Fe – C.
A continuación, vamos a comprobar los conocimientos adquiridos sobre las
líneas fundamentales de Diagrama Fe – C.
PC. ¿Qué representa la línea ABCD?
Línea ABCD: Línea de líquido. Por encima de ella el sistema para cualquier composición se
encuentra en estado líquido.
PC. ¿Qué representa la línea AHJECFD?
Línea AHJECFD: Línea de sólido. Por debajo de ella el sistema se encuentra
en estado sólido.
PC. ¿Qué representa la línea HJB?
Línea HJB: En ella ocurre la reacción peritéctica a 1499 º C. En ella el líquido
toma la concentración B, se forma la primera Austenita Feγ y la Ferrita Feα
alcanza su máxima concentración de 0.1% de C en H.
PC. ¿Qué representa la línea ECF?
Línea ECF: Se conoce como línea de cristalización primaria, en ella ocurre la
reacción eutéctica a 1147 º C. Se forma la Lebedurita.
PC. ¿Qué representa la línea PSK?
Línea PSK: Se conoce como línea de cristalización secundaria. Indica la
temperatura mínima en la que puede existir la austenita en estado de equilibrio.
En ella ocurre la reacción eutectoide a 727 º C. Se forma la Perlita.
Puntos claves del diagrama:
PC. ¿Qué composición se tiene en el punto J?
J- Mezcla peritéctica: En este punto a 1499 o C, el líquido toma la concentración
B y la fase sólida de Ferrita, Feα su máxima concentración en H de 0,1% de
carbono y empieza la formación de la austenita, Hierro Gamma (Feγ), de
composición J.
PC. ¿Qué composición se tiene en el punto C?
C- Mezcla eutéctica (mezcla mecánica de dos o más tipos de cristales
resultante de la cristalización en estado líquido ).
PC. ¿Qué significado tiene el punto E?
E- Este punto divide el diagrama en dos zonas. Para concentraciones de
carbono menores de 2,14 %, se encuentran los aceros y para concentraciones
mayores de 2,14 las fundiciones, que pueden ser blancas o grises en
dependencia de la velocidad de enfriamiento.
PC. ¿Qué composición se tiene en el punto S?
S- Mezcla eutectoide. Este punto divide a la parte de los aceros en dos zonas,
para concentraciones de carbono menores que 0,8 se encuentran los aceros
hipoeutectoides y para concentraciones mayores los hipereutectoides.
Composición, estructura, propiedades y aplicaciones.
PC. ¿Para una composición de 0.1% de carbono qué material, estructura,
propiedades y aplicaciones del mismo tenemos?
Tenemos como material el Feα o Ferrita, que es un hierro casi puro. Tiene
estructura cúbica centrada en el cuerpo.
Como propiedades es un acero muy puro, es blando, maleable y dúctil,
superando en la resistencia a la corrosión al resto de los aceros.
Sus aplicaciones son limitadas, utilizándose como electrodos en baños por ser
más resistentes a la corrosión.
PC. ¿Para una composición de 0.4% de carbono qué material, estructura,
propiedades y aplicaciones del mismo tenemos?
Estamos en presencia de un acero hipoeutectoide o acero estructural, cuya
estructura consta de Ferrita (Feα), cuya microestructura se observa al
microscopio de color blanco y Perlita (Ferrita + Cementita), cuya microestructura
se observa al microscopio en forma de huellas dactilares, donde las láminas de
color negro son de Cementita.
Tienen excelentes propiedades mecánicas, son resistentes mecánicamente,
transmiten el calor y la electricidad, aunque no son considerados buenos
conductores, son maleables, con los cuales se construyen laminados y perfiles.
Su resistencia a la corrosión disminuye en la medida que aumenta el contenido
de carbono.
Estos aceros son los más utilizados en la técnica, por sus buenas propiedades
mecánicas y bajo costo, que hace que la mayoría de las construcciones y
equipos los contengan en forma de perfiles, laminados, tubos.
No tienen buena resistencia a la corrosión, por lo cual tienen que ser protegidos
con recubrimientos u otros métodos.
PC. ¿Para una composición de 0.9 a 1.9% de carbono qué materiales,
estructuras, propiedades y aplicaciones de los mismos tenemos?
En esta composición se encuentran los llamados aceros hipereutectoides, que
tienen como estructura Perlita más Cementita.
En la microestructura se observa al microscopio la Perlita en forma de huellas
dactilares y la Cementita Fe3C, que es un compuesto químico, de color negro.
En cuanto a propiedades, al aumentar el % de carbono, aumenta la dureza,
disminuye la maleabilidad y ductilidad y disminuye la resistencia a la corrosión.
En cuanto a sus aplicaciones, los aceros hipereutectoides, conocidos como
aceros herramentales, se utilizan en la construcción de herramientas de corte de
metales, precisamente por su dureza y resistencia mecánica.
PC. ¿Para una composición de 2,14 a 4,3% de carbono qué materiales,
estructuras, propiedades y aplicaciones de los mismos tenemos?
En este rango de composiciones tenemos las llamadas fundiciones
hipoeutécticas que pueden ser grises o blancas en función del proceso de
obtención.
La estructura de la fundiciones contienen Perlilta + Cementita + Lebedurita. En la
microestructura se observa la Lebedurita como estructuras blancas alargadas
(mezcla de Austenita + Cementita) y en negro la Cementita y la Perlita.
En cuanto a propiedades, al aumentar el % de carbono aumenta la dureza, se
hacen más frágiles y la presencia de Lebedurita hace que no sean maleables.
Tienen menos resistencia a la corrosión, pero al perder el Hierro superficial,
queda carbono, que aumenta la resistencia a los ataques químicos.
La Fundición Blanca tiene como característica que todo el Carbono se halla en
estado ligado en forma de Carburo y son las más utilizadas.
La Fundición Gris, el carbono se encuentra en alto grado o en su totalidad en
estado libre el forma de Grafito Laminar. Se obtiene por enfriamiento lento para
que precipite el grafito. Por tanto pueden existir fundiciones grises: Perlítica,
Ferrítica – Perlítica y Ferrítica. Ver Fig. 165 del Texto.
En cuanto a sus aplicaciones, se emplean para la construcción de piezas
fundidas como son cuerpo de válvulas, de bombas, de motores y otros muchos
componentes. Son más baratos que los aceros por contener mayor contenido de
carbono y por el proceso de obtención que tiene menor consumo energético.
PC. ¿Para una composición de 4,3 a 6,67% de carbono qué materiales,
estructuras, propiedades y aplicaciones de los mismos tenemos?
En este rango de composiciones tenemos las llamadas fundiciones
hipereutécticas que pueden ser grises o blancas en función del proceso de
obtención.
La estructura de la fundiciones contienen Cementita + Lebedurita. En la
microestructura se observa la Lebedurita como estructuras blancas alargadas
(mezcla de Austenita + Cementita) y en negro la Cementita.
En cuanto a propiedades, al aumentar el % de carbono aumenta la dureza, pero
la presencia de grafito la hace más blanda y frágiles y la presencia de Lebedurita
hace que no sean maleables. Tienen menos resistencia a la corrosión, pero al
perder el Hierro superficial, queda carbono, que aumenta la resistencia a los
ataques químicos.
La Fundición Blanca tiene como característica que todo el Carbono se halla en
estado ligado en forma de Carburo y son las más utilizadas. Se obtiene
mediante un enfriamiento rápido, donde todo el carbono precipita en forma de
Carburo de Hierro. Son duras y frágiles y no se pueden trabajar con
herramientas.
La Fundición Gris, el carbono se encuentra en alto grado o en su totalidad en
estado libre en forma de Grafito Laminar. Esta se obtiene cuando el enfriamiento
es lento, ya que la transformación en grafito ocurre lentamente. Por tanto
pueden existir fundiciones grises: Perlítica, Ferrítica – Perlítica y Ferrítica. Ver
Fig. 165 y 168 del Texto.
En cuanto a sus aplicaciones, las fundiciones con alto contenido de carbono,
tienen más impurezas, por tanto poseen más grietas e incisiones agudas dentro
del metal. Por ello deben redondearse las inclusiones de grafito para mejorar sus
propiedades mediante tratamiento.
No obstante las inclusiones de grafito laminar trae algunas ventajas que
determinan aplicaciones con son:
Por ser las inclusiones de grafito más blandas, estas fundiciones grises son
maquinables, haciendo que la viruta se rompa cuando llega a la inclusión, la
fundición tiene propiedades de antifricción por la presencia de grafito que
lubrica. Con estas propiedades, se utilizan en la fabricación de masas para los
centrales azucareros.
CONCLUSIONES
En el desarrollo del seminario hemos visto como se logra a partir del Diagrama
Hierro – Carbono derivar la composición, estructura, propiedades y aplicaciones
de los aceros y fundiciones.
Hemos visto como explicar las características de la estructura cristalográfica de
los Aceros y Fundiciones, haciendo uso del Diagrama Hierro - Carbono.
Hemos analizado las principales propiedades físicas y mecánicas de los Aceros
y Fundiciones, en función de su composición y estructura.
Se han ganado conocimientos y práctica para fundamentar sus aplicación en
función de sus estructuras y propiedades.
Todo lo cual es de gran importancia para la selección de materiales, los estudios
que le continúan y su experiencia como futuros profesionales.
Resultados de la evaluación y atención a las necesidades individuales.
Se exponen los resultados de la evaluación del seminario y se señalan en cada
caso los principales aspectos positivos y negativos que mostraron en el
desarrollo de la actividad, entre ellos como se refleja su preparación previa.
BIBLIOGRAFIA
 Ordoñez H. Urbano ¨ Tecnología de los Metales ¨ Tomo I
 Malishev, A. ¨ Tecnología de los Metales ¨
 Sidney H. ¨ Introducción a la Metalurgia Física ¨
 Kuznair B. A. ¨ Metalurgia, metalografía y materiales de construcción ¨
 http://www.fiqm.umcc.edu.cu/ (Biblioteca: Ciencia de los materiales).