Solidificacin Diagramas de equilibrio

Solidificación – Diagramas de equilibrio
1) Diagrama de solubilidad total:
%Sól =
o
n
Temp
m
% Líq =
A
Temp
La regla de la palanca se
puede utilizar sólo en la
zona bifásica. Se puede
determinar el % de cada
fase y sus respectivas
composiciones químicas
(Fig. 2).
no
×100 ≈ 40%
mo
mn
×100 ≈ 60%
mo
B
Figura 1
C1 C2 C3 C4 C5
Figura 2
2) Diagrama de solubilidad parcial:
Dejando aparte el caso en la región donde coexisten líquido y sólido (caso anteriror) en estos
gráficos, en la región del sólido se puede deteminar el % de β y de α usando la regla de la palanca.
Asimismo se puede determinar también la composición química de estas dos fases (no indicada en
los gráficos) que van variando devido a la presencia de la curva solvus. En forma aproximada se
puede determinar también el % de los consituyentes: en el caso de la fig. de la derecha estos son 1)
solución sólida β y 2) eutectico (fromado por α+β).
α
β
%β
Temp
Temp
Martiz = ¿α ó β?
Dispersión = ¿α ó β?
α
%α
β
%β
Martiz = ¿α ó β?
% Sol. Sól β
Dispersión = ¿α ó β?
B A
A
Figura 3
%α
% Eutéctico
α+ β
B
Figura 4
Temp
En el caso de la figura siguiente, durante el
enfriamiento precipitará solución sólida (SS)
β (y no eutéctico ya que éste sólo forma a
partir del líquido, de la reacción L↔α+β).
Por regla de la palanca se puede determinar el
% de SS β que precipita en borde de grano.
Esta fase preciptada infuirá notablemente en
las propiedades mecánicas de la aleación.
α
β
~10% de β
A
B
Figura 5
2) Diagrama con peritéctico:
En los diagramas con transformaciones peritécticas como los de estas figuras, lo único que hay que
tener en cuenta es el proceso de dicha tranformación (L+α↔β) y puede ser completo (fig. izq.) o
incompleto (fig. der., en este caso con exceso de sólido).
α
Peritéctico incompleto
Exceso de Sólido
Temp
Temp
α
Peritéctico puro
Solución Sólida
α
β
α
β
β
A
β
B
Figura 6
α
B
A
Figura 7
Otro caso para tener en cuenta es cuando en vez de la SS β tenemos un intermetálico (en la Fig. 8 se
esquematiza el campo de existencia de la SS β que se reduce hasta pasar a ser un intermetálico).
Este caso se trata igual que el anterior salvo que la estructura final, por ser un intermetálico, será de
ángulos más rectos (cuboides, agujas, etc.) muy distinta a la una SS. En la Fig 9 se realiza una curva
de enfriamiento de un enfriamiento que atravieza un peritéctico y un eutéctico.
Peritéctico + Eutéctico
Temp
Temp
α
Peritéctico puro
Intermetálico
α
α
P
E
AnBm
A + AnBm
β
A
B
A
AnBm + B
B
AnBm
AnBm
Figura 8
Tiempo
Figura 9
4) Diagrama Fe- Fe3C
Diagrama metaestable Fe-Fe3C: Fases y constityentes presentes
1535°C
δ
Líquido
P
γ
1130°C
γ + Led.
Led. + Fe3C
+ Fe3C secundaria
768°C
γ + Fe3C sec.
α
α+ Per
Per. + Fe3C sec.
Aceros
Led. T. + Fe3C
Per. + Led.
α + Fe3C
Fe
0.8
721°C
+ Fe3C secundaria
+ Fe3C treciaria
0.023
γ + Fe3C
2
Fundiciones
4.25
Figura 10
Fe3C
4.1) Enfriemiento de un Acero hipoeutectoide.
La primera parte de
(1)
δ
este
enfriamiento
recuadrada en la Fig. 1 5 3 5 ° C
11 con una línea verde
δ
a trazos (puede que no
L íq
P
se note en algunos
programas de PC) y
marcada con un (1) es
1130°C
γ
igual que la de la Fig.
6 nada más que esta
vez con exceso de
(2)
líquido (queda líquido
γ + F e 3C
remanente y no sólido
721°C
α
como en el caso de la
E’
Fig. 6).
α + F e 3C
La segunda parte (2)
es cómo lo que ocurre
Fe
en la Fig. 4.
0 .0 2 3
0 .8
2
Dos micrografías de
Figura 11
Aceros al C con 0.5% C (en masa) se presentan en las figs. 12
y 13. La diferencia entre estas dos estucturas reside en la historia previa del material (tratamientos
térmicos y mecánicos, velocidades de enfriamiento). La ferrita en la Fig. 12 (la fase clara) es de
forma alotrimorfa (morfología en tres vias) ya que en vez de crecer para todas los lados de manera
uniforme, al nuclearse de la austenita prefirió seguir el camino de los bordes de granos de ésta.
Distinto es el caso de la ferrita de la Fig. 13. Lo que se ve do color oscuro es la perlita)
Figura 12
Figura 13
A modo de ejemplo se coloca en la Fig.
14 la micrografía de una Ac 0.08%C
.
Figura 14
4.2) Enfriemiento de un Acero hipereutectoide.
La
primera
parte
del
enfriamiento (1) es como en la
Fig. 1 y la segunda como en
Fig. 4, pero hay que tener en
cuenta que en este caso la curva
que en la Fig 4 es de liquidus
aquí resulta una solvus, por lo
que hace precipitar la cementita
en borde de grano (cuarta
metalografía). En la Fig 4 el
líquido
remanente
se
tranformaba en eutéctico y en
Fig. 15 el γ remanente se
transforma en eutectoide. En la
Fig. 16 se muestra una
micrografia de un Ac con
1.3%C, y en la Fig. 17 un Ac
eutectoide.
(1)
1535°C
δ
P
γ
(2)
γ + F e3C
721°C
α
E’
Fe
0 .0 2 3
0 .8
Figura 15
Figura 16
1130°C
Figura 17
α + F e3C
2
Propedades mecánicas de los aceros
Variacion de las propiedades mecánicas de los aceros según el contenido de carbono:
δ: elongación (medida de la plasticidad),
aC: tenacidad
σr: resitencia mecánica
HB: dureza