Grado en Ingeniería Mecánica
Grado en Ingeniería Mecánica
FUNDAMENTOS DE CIENCIAS DE LOS
FUNDAMENTOS DE CIENCIAS DE LOS
MATERIALES I
MATERIALES I
Prácticas
Prácticas
Curso 2012-2013
Curso 2012-2013
INTRODUCCIÓN A LA METALOGRAFÍA.
INTRODUCCIÓN A LA METALOGRAFÍA.
La metalografía estudia, mediante el microscopio, las características de la La metalografía estudia, mediante el microscopio, las características de la estructura de un metal o aleación.
estructura de un metal o aleación.
Las técnicas metalográficas se han desarrollado precisamente para identificar las Las técnicas metalográficas se han desarrollado precisamente para identificar las fases presentes en los metales y en sus aleaciones, y para explicar el mecanismo de fases presentes en los metales y en sus aleaciones, y para explicar el mecanismo de su formación. Estas fases que constituyen el agregado metálico son, generalmente, de su formación. Estas fases que constituyen el agregado metálico son, generalmente, de tamaño microscópico y, para su observación y estudio, es preciso preparar tamaño microscópico y, para su observación y estudio, es preciso preparar debidamente la probeta, para lo cual habrá que seguir las siguientes fases:
debidamente la probeta, para lo cual habrá que seguir las siguientes fases:
Selección de Muestra. Es la parte más importante ya que el resultado del estudioSelección de Muestra. Es la parte más importante ya que el resultado del estudio
dependerá de la buena elección de la muestra, antes de la elección de la muestra dependerá de la buena elección de la muestra, antes de la elección de la muestra debe saberse qué es lo que se quiere estudiar. Si lo que se trata de estudiar por debe saberse qué es lo que se quiere estudiar. Si lo que se trata de estudiar por ejemplo, es un fallo del material, la muestra debe tomarse de una zona lo más ejemplo, es un fallo del material, la muestra debe tomarse de una zona lo más próxima posible al punto en que se ha producido el fallo, y compararla con otra próxima posible al punto en que se ha producido el fallo, y compararla con otra obtenida en una sección normal.
obtenida en una sección normal.
Preparación de la probeta.Preparación de la probeta. Una vez seleccionada la muestra, ésta debe extraerseUna vez seleccionada la muestra, ésta debe extraerse
de forma que sea representativa e identificar de alguna forma la orientación de la de forma que sea representativa e identificar de alguna forma la orientación de la fabricación del material. La extracción puede hacerse mediante sierra o disco fabricación del material. La extracción puede hacerse mediante sierra o disco abrasivo en una cortadora metalográfica, que realiza un corte en frío para evitar que abrasivo en una cortadora metalográfica, que realiza un corte en frío para evitar que el material sufra deformaciones por sobrecalentamiento, siendo el tamaño el material sufra deformaciones por sobrecalentamiento, siendo el tamaño recomendad
recomendado de o de las probetas aproximadamente de las probetas aproximadamente de 20x20x15mm.20x20x15mm.
Empastillado. El siguiente proceEmpastillado.El siguiente proceso sería el empastillado so sería el empastillado que consiste en que consiste en embutir oembutir o
prensar la probeta en algún tipo de resina, como la bakelita (resina termorreducible) prensar la probeta en algún tipo de resina, como la bakelita (resina termorreducible) o lucite (resina termoplástica), de forma que el conjunto sea manejable o lucite (resina termoplástica), de forma que el conjunto sea manejable manualmente, si la resina es transparente podemos introducir una etiqueta, para la manualmente, si la resina es transparente podemos introducir una etiqueta, para la identificación de la muestra, en la resina durante su preparación, si no se deberá identificación de la muestra, en la resina durante su preparación, si no se deberá identificar posteriormente.
más finos. Una vez obtenido un rayado uniforme sobre un determinado papel, se más finos. Una vez obtenido un rayado uniforme sobre un determinado papel, se debe girar la probeta 90° para facilitar el control visual del nuevo desbaste. Cada debe girar la probeta 90° para facilitar el control visual del nuevo desbaste. Cada fase será completada cuando desaparezcan todas las rayas producidas por el paso fase será completada cuando desaparezcan todas las rayas producidas por el paso por el papel abrasivo anterior.
por el papel abrasivo anterior.
El desbaste puede hacerse manualmente, o mediante aparatos que se denominan El desbaste puede hacerse manualmente, o mediante aparatos que se denominan desbastado
desbastadoras o lijras o lijadoras. Suele hacerse en húmedo, adoras. Suele hacerse en húmedo, para evitar los para evitar los calentamientoscalentamientos que pueden modificar la estructura de la probeta. El desbaste manual se realiza en que pueden modificar la estructura de la probeta. El desbaste manual se realiza en cajas de desbaste donde se colocan ordenados, de izquierda a
cajas de desbaste donde se colocan ordenados, de izquierda a derecha, de mayor aderecha, de mayor a menor rugosidad, los papeles abrasivos. Los papeles abrasivos pueden ser de menor rugosidad, los papeles abrasivos. Los papeles abrasivos pueden ser de carburo de silicio (SiC) o de corindón. Existen en el comercio papeles de SiC n° 60, carburo de silicio (SiC) o de corindón. Existen en el comercio papeles de SiC n° 60, 120, 180, 220, 320, 500, 1000, 2400, y 4000. Este número se corresponde en modo 120, 180, 220, 320, 500, 1000, 2400, y 4000. Este número se corresponde en modo inverso con el tamaño de partícula del abrasivo, es decir, mayor número menor inverso con el tamaño de partícula del abrasivo, es decir, mayor número menor tamaño de
tamaño de la partícula de la partícula de abrasivo, y vabrasivo, y viceversa.iceversa. El pulido de una
El pulido de una probeta metalográfica tiene por objeto eliminar las probeta metalográfica tiene por objeto eliminar las rayas producidasrayas producidas en la operación de desbaste y obtener una superficie especular. Se
en la operación de desbaste y obtener una superficie especular. Se pueden emplearpueden emplear diversos tipos de abrasivos: polvo de diamante (10, 1, 0,5 y 0,25 micras), alúmina diversos tipos de abrasivos: polvo de diamante (10, 1, 0,5 y 0,25 micras), alúmina (5, 1, 0,5, 0,1 y 0,05 micras), óxido de magnesio, etc. En cuanto a los paños de (5, 1, 0,5, 0,1 y 0,05 micras), óxido de magnesio, etc. En cuanto a los paños de pulido, los hay de tela de
pulido, los hay de tela de billar, nylon, seda, algodón, etc.billar, nylon, seda, algodón, etc.
El pulido electrolítico se realiza mediante un proceso de disolución anódica del El pulido electrolítico se realiza mediante un proceso de disolución anódica del metal. Se tienen que fijar las condiciones de tensión y densidad de corriente para metal. Se tienen que fijar las condiciones de tensión y densidad de corriente para conseguir el efecto buscado.
conseguir el efecto buscado.
Ataque.Ataque. Una superficie pulida revela ya una serie de hechos interesantes, como Una superficie pulida revela ya una serie de hechos interesantes, como
pueden ser grietas, inclusiones, fases (si su forma y color las hacen diferenciables), pueden ser grietas, inclusiones, fases (si su forma y color las hacen diferenciables), poros, etc. Pero, normalmente, la probeta hay que atacarla para "revelar" la poros, etc. Pero, normalmente, la probeta hay que atacarla para "revelar" la microestructura (fases, límites de grano, impurezas, zonas deformadas, etc.).
microestructura (fases, límites de grano, impurezas, zonas deformadas, etc.).
El ataque puede realizarse mediante diferentes procesos: óptico, químico, El ataque puede realizarse mediante diferentes procesos: óptico, químico, electroquímico y físico.
electroquímico y físico.
Ataque óptico Ataque óptico: campo claro, campo oscuro, luz polarizada, contraste de fase y: campo claro, campo oscuro, luz polarizada, contraste de fase y
contraste por interferencia (Nomarski). contraste por interferencia (Nomarski).
Ataque químico Ataque químico: para la g: para la gran mayoría ran mayoría de los materiade los materiales metálicos les metálicos éste el éste el métodométodo
más empleado. Puede realizarse por
más empleado. Puede realizarse por frotamientofrotamiento (empleando un algodón(empleando un algodón impregnado en el reactivo que se pasa sucesivamente por la superficie pulida) o impregnado en el reactivo que se pasa sucesivamente por la superficie pulida) o mediante
mediante inmersióninmersión de la muestra en el reactivo. Inmediatamente después delde la muestra en el reactivo. Inmediatamente después del ataque la probeta debe ser lavada con agua y secada con un chorro de alcohol y ataque la probeta debe ser lavada con agua y secada con un chorro de alcohol y aire caliente. Uno de los más utilizados es el NITAL que es una mezcla de Ácido aire caliente. Uno de los más utilizados es el NITAL que es una mezcla de Ácido nítrico con alcohol etílico. Existen varias composiciones de Nital dependiendo del nítrico con alcohol etílico. Existen varias composiciones de Nital dependiendo del porcentaje de ácido nítrico que tenga la solución, desde el más débil, el Nital 1, que porcentaje de ácido nítrico que tenga la solución, desde el más débil, el Nital 1, que contiene un 1 % de ácido nítrico, hasta el Nital 5, el más fuerte, que contiene un 5%. contiene un 1 % de ácido nítrico, hasta el Nital 5, el más fuerte, que contiene un 5%.
Ataque electrolítico Ataque electrolítico: está basado en los procesos redox.: está basado en los procesos redox.
Ataque físico Ataque físico: con esta denominación se recogen los realizados por bombardeo: con esta denominación se recogen los realizados por bombardeo
iónico (argón), ataque térmico y la deposición de capas de interferencia. iónico (argón), ataque térmico y la deposición de capas de interferencia.
Visión Microscópica. Todas las operaciones descritas en la preparaciónVisión Microscópica. Todas las operaciones descritas en la preparación
metalográfica tienen por objeto revelar, en una superficie metálica plana, sus metalográfica tienen por objeto revelar, en una superficie metálica plana, sus constituyentes estructurales para ser observadas al microscopio. El microscopio es constituyentes estructurales para ser observadas al microscopio. El microscopio es
puede conseguir con microscopia óptica, debido al tamaño de la longitud de onda de puede conseguir con microscopia óptica, debido al tamaño de la longitud de onda de la luz visible (aprox. 4000 Å). Para aumentar la magnificación tendremos que la luz visible (aprox. 4000 Å). Para aumentar la magnificación tendremos que emplear electrones (l<<0.5Å)
emplear electrones (l<<0.5Å)
En vez de fotones para “iluminar” la muestra, lo que nos lleva a emplear En vez de fotones para “iluminar” la muestra, lo que nos lleva a emplear
microscopios electrónicos, donde la imagen observada se produce por
microscopios electrónicos, donde la imagen observada se produce por la interacciónla interacción de un haz de electrones sobre la muestra. Los dos tipos de microscopios de un haz de electrones sobre la muestra. Los dos tipos de microscopios electrónicos más conocidos son:
electrónicos más conocidos son:
Microscopio electrónico de barrido (SEM).Microscopio electrónico de barrido (SEM). Dónde la información que se obtiene Dónde la información que se obtiene
procede del choque del haz de electrones contra la muestra. procede del choque del haz de electrones contra la muestra.
Microscopio electrónico de transmisión (TEM).Microscopio electrónico de transmisión (TEM). En este, el haz de electrones En este, el haz de electrones
atraviesa la muestra. atraviesa la muestra.
Interpretación de resultados.Interpretación de resultados. Además de la micrografía obtenida de la muestra, Además de la micrografía obtenida de la muestra,
para hacer el estudio, deberemos conocer: la composición, la historia (moldeado, para hacer el estudio, deberemos conocer: la composición, la historia (moldeado, extraído, etc.) y el diagrama de fases reales de los elementos de la aleación, extraído, etc.) y el diagrama de fases reales de los elementos de la aleación, colocaremos esa aleación en el diagrama y haremos el estudio de la
colocaremos esa aleación en el diagrama y haremos el estudio de la microestructuramicroestructura y el cálculo de la
y el cálculo de la cantidad relativa de las fases y/o constituyentes.cantidad relativa de las fases y/o constituyentes.
Parte I.- Interpretación de microestructuras de aleaciones metálicas
Parte I.- Interpretación de microestructuras de aleaciones metálicas
OBJETIVOS OBJETIVOS
Conocer el análisis metalográfico como técnica básica en la observación de Conocer el análisis metalográfico como técnica básica en la observación de la microestructura de una aleación y
la microestructura de una aleación y su importancia en el su importancia en el contexto de los materialescontexto de los materiales metálicos. Para ello se deberá efectuar la introducción a la metalografía con sus metálicos. Para ello se deberá efectuar la introducción a la metalografía con sus diferentes etapas: preparación de muestras, desbaste y pulido, ataque y diferentes etapas: preparación de muestras, desbaste y pulido, ataque y observación.
observación.
Recordar los aspectos fundamentales de los diagramas de fase. Recordar los aspectos fundamentales de los diagramas de fase.
Relacionar la microestructura observada en un material metálico, con los Relacionar la microestructura observada en un material metálico, con los diagramas de fase correspondientes y los tratamientos térmicos y/o mecánicos diagramas de fase correspondientes y los tratamientos térmicos y/o mecánicos realizados sobre el mismo.
realizados sobre el mismo.
Calcular la cantidad relativa de las fases y de los constituyentes Calcular la cantidad relativa de las fases y de los constituyentes estructurales, en su caso.
estructurales, en su caso.
MATERIAL BASICO NECESARIO MATERIAL BASICO NECESARIO
- Fichas de supuestos prácticos. - Fichas de supuestos prácticos.
- Bibliografía recomendada de la Asignatura. - Bibliografía recomendada de la Asignatura. TIEMPO ESTIMADO = 4 h
TIEMPO ESTIMADO = 4 h
- Explicaciones previas para la consecución de los
Aleación Cu- P.
Aleación Cu- P.
La figura siguiente nos muestra el diagrama completo Cu-P, del que La figura siguiente nos muestra el diagrama completo Cu-P, del que estudiaremos tres aleaciones que se obtienen a la parte izquierda del diagrama, estudiaremos tres aleaciones que se obtienen a la parte izquierda del diagrama, aleaciones inferiores al 14% de P
aleaciones inferiores al 14% de P donde, tras una transformación peritéctica aparece eldonde, tras una transformación peritéctica aparece el compuesto intermetálico fosfuro de cobre (Cu
compuesto intermetálico fosfuro de cobre (Cu33P).P).
Empezaremos por el estudio del diagrama de fases de la aleación a partir del Empezaremos por el estudio del diagrama de fases de la aleación a partir del 14% de P, véase en la
14% de P, véase en la imagen siguiente esta área del diagrama:imagen siguiente esta área del diagrama:
Los dos elementos son completamente solubles en estado líquido. La Los dos elementos son completamente solubles en estado líquido. La temperatura de fusió
temperatura de fusión de Cu en estado pun de Cu en estado puro es de 1083 ºC. ro es de 1083 ºC. Cuando la composiciónCuando la composición de la aleación es del 14% de P se produce una transformación peritéctica apareciendo de la aleación es del 14% de P se produce una transformación peritéctica apareciendo el compuesto intermetálico Cu
el compuesto intermetálico Cu P con una temperatura de fusión de 1020 ºC. A 707 ºCP con una temperatura de fusión de 1020 ºC. A 707 ºC
Cu Cu33PP
14% P 14% P
SUPUESTO PRÁCTICO
SUPUESTO PRÁCTICO
I-1I-1ALEACIÓN
ALEACIÓN Aleación Cu-%10P Aleación Cu-%10P HISTORIA
HISTORIA moldeado en arenamoldeado en arena
Driagrama de fases Driagrama de fases Cu Cu33PP Eutéctico α + Cu Eutéctico α + Cu33PP Eutéctico (α+
Eutéctico (α+CuCu33P) + CuP) + Cu33P proeutécticoP proeutéctico
855°C
855°C TT11
Interpretación de la microestructura y cálculo de la
Interpretación de la microestructura y cálculo de la cantidad relativa
cantidad relativa
de las fases
de las fases y/o constituyentes
y/o constituyentes
..Aleació
Aleación n CuCu – –10%P.10%P.
Es una aleación hipereutéctica, permanece en estado líquido hasta que alcanza Es una aleación hipereutéctica, permanece en estado líquido hasta que alcanza la
la línea línea de de líquidos líquidos en en TT11 (aproximadamente 855ºC) momento en el que el líquido(aproximadamente 855ºC) momento en el que el líquido
empieza a solidificar (en forma de dendritas) el proeutéctico Cu
empieza a solidificar (en forma de dendritas) el proeutéctico Cu33P de color verde olivaP de color verde oliva
homogéneo. A medida que la temperatura desciende, el líquido se hace más rico en homogéneo. A medida que la temperatura desciende, el líquido se hace más rico en Cu desplazándose gradualmente hacia abajo y a la izquierda a lo largo de la línea de Cu desplazándose gradualmente hacia abajo y a la izquierda a lo largo de la línea de líquidos hasta que alcanza el punto E. Al llegar a la temperatura eutéctica (707ºC), el líquidos hasta que alcanza el punto E. Al llegar a la temperatura eutéctica (707ºC), el líquido que resta se transforma en el constituyente eutéctico (
líquido que resta se transforma en el constituyente eutéctico (αα + + CuCu33P). Al descenderP). Al descender
la temperatura
la temperatura por debajo de la por debajo de la eutéctica, el líquido que coeutéctica, el líquido que corresponde a la corresponde a la composiciónmposición eutéctica, también se solidifica formando alternativamente cristales de
eutéctica, también se solidifica formando alternativamente cristales de αα y de Cu y de Cu33PP
presentando su peculiar morfología. Así mismo se encuentran presentes los presentando su peculiar morfología. Así mismo se encuentran presentes los constituyentes estructurales Cu
constituyentes estructurales Cu33P y E (P y E (αα + Cu + Cu33P) hasta la temperatura ambiente.P) hasta la temperatura ambiente.
La evolución microestructural es la que se puede observar en las cuatros La evolución microestructural es la que se puede observar en las cuatros representacion
representaciones microestructurales de la es microestructurales de la figura anterior.figura anterior. A
A continuación se mcontinuación se muestran dos uestran dos micrografías correspondientes a micrografías correspondientes a 100 y 100 y 200 aumentos200 aumentos dónde se pueden apreciar los típicos poros.
dónde se pueden apreciar los típicos poros.
Cálculo de cantidades relativas de las
Cálculo de cantidades relativas de las fases a temperatura ambientefases a temperatura ambiente
Fases Fases αα CuCu 33PP Composición Composición 0,5 0,5 10 10 14 14 %P%P % Cu % Cu33P P %% αα
Tª (ºC)Tª (ºC) FasesFases ComposiciónComposición Cantidad relativaCantidad relativa
X100
Cálculo de cantidades relativas de los
Cálculo de cantidades relativas de los constituyconstituyentes a temperatura ambienteentes a temperatura ambiente Constituyentes
Constituyentes E (α+CuE (α+Cu33P)P) CuCu33PP
Composición Composición 8,25 8,25 10 10 14 14 %P%P % Cu % Cu33P P % % EE
Tª (ºC)Tª (ºC) ConstituyentesConstituyentes ComposiciónComposición Cantidad relativaCantidad relativa 20 ºC
20 ºC EE 91,75 % Cu91,75 % Cu – – 8,25% P 8,25% P 70 %70 %
C
SUPUESTO PRÁCTICO
SUPUESTO PRÁCTICO
I-2I-2ALEACIÓN
ALEACIÓN Aleación Cu-4,5%P Aleación Cu-4,5%P HISTORIA
HISTORIA moldeado en arenamoldeado en arena
Diagrama de Fases Diagrama de Fases LL
Eutéctico (α + Cu
Eutéctico (α + Cu33P) + α proeutécticoP) + α proeutéctico
α proeutéctico α proeutéctico Eutéctico (α + Cu Eutéctico (α + Cu33P)P) T T11 970ºC 970ºC
Interpretación de la microestructura y cálculo de la
Interpretación de la microestructura y cálculo de la cantidad relativa
cantidad relativa
de las fases
de las fases y/o constituyentes.
y/o constituyentes.
AleacióAleación n CuCu – –4,5%P.4,5%P.
La aleación del 4,5%P es de tipo hipoeutéctica, permanece en estado líquido La aleación del 4,5%P es de tipo hipoeutéctica, permanece en estado líquido hasta que alcanza la línea de líquidos en T
hasta que alcanza la línea de líquidos en T11 (aproximadamente (aproximadamente 970ºC) 970ºC) momento en momento en elel
que el líquido empieza a solidificar formándose la fase proeutéctica
que el líquido empieza a solidificar formándose la fase proeutéctica αα (de color verde(de color verde
cobrizo) en este caso no es fácil de observar el carácter dendrítico, pero los contornos cobrizo) en este caso no es fácil de observar el carácter dendrítico, pero los contornos casi circulares y aislados de la fase a representan a secciones transversales de brazos casi circulares y aislados de la fase a representan a secciones transversales de brazos dendríticos. También se observa que existe microsegregación, debido al gran intervalo dendríticos. También se observa que existe microsegregación, debido al gran intervalo de temperaturas y de composiciones que atraviesa en la región bifásica, que no de temperaturas y de composiciones que atraviesa en la región bifásica, que no permite la homogeneidad de la distribución del fósforo. Este tipo de microsegregación, permite la homogeneidad de la distribución del fósforo. Este tipo de microsegregación, en forma de capas de una cebolla, se denomina "coring".
en forma de capas de una cebolla, se denomina "coring". A
A medida medida que que la la temperatura temperatura desciende, desciende, el el líquido líquido se se hace hace más más rico rico en en PP desplazándose gradualmente hacia abajo y a la derecha a lo largo de la línea de desplazándose gradualmente hacia abajo y a la derecha a lo largo de la línea de líquidos hasta que alcanza el punto E. Al llegar a la temperatura eutéctica (707ºC), el líquidos hasta que alcanza el punto E. Al llegar a la temperatura eutéctica (707ºC), el líquido aún
líquido aún sin solidificar se sin solidificar se transforma en transforma en el el constituyente constituyente eutéctico (eutéctico (αα + + CuCu33P). AlP). Al
descender la
descender la temperatura por detemperatura por debajo de la bajo de la eutéctica, el líquido eutéctica, el líquido que correspondque corresponde a lae a la composición eutéctica, también se solidifica formando alternativamente cristales de composición eutéctica, también se solidifica formando alternativamente cristales de αα y y
de Cu
de Cu33P presentando su peculiar morfología, así mismo se encuentran presentes losP presentando su peculiar morfología, así mismo se encuentran presentes los
constituyentes estructurales Cu
constituyentes estructurales Cu33P y E hasta la temperatura ambiente.P y E hasta la temperatura ambiente.
A continuación se muestra
A continuación se muestran dos micrografías corren dos micrografías correspondientes a 1spondientes a 100 y 20000 y 200 aumentos dónde se pueden apreciar lo descrito
aumentos dónde se pueden apreciar lo descrito anteriormente.anteriormente.
Cálculo de cantidades relativas de las fases a
Cálculo de cantidades relativas de las fases a temperatura ambientetemperatura ambiente 33
14 14
X100
Cálculo de cantidades relativas de los constituyentes a
Cálculo de cantidades relativas de los constituyentes a temperatura ambientetemperatura ambiente
% % E E %%αα Tª (ºC)
Tª (ºC) ConstituyentesConstituyentes ComposiciónComposición Cantidad relativaCantidad relativa 20ºC 20ºC αα 99,5 % Cu99,5 % Cu – – 0,5% P 0,5% P 48 %48 % E E 91,75 % Cu91,75 % Cu – – 8,25% P 8,25% P 52 %52 % 8,25 8,25
SUPUESTO PRÁCTICO
SUPUESTO PRÁCTICO
I-3I-3ALEACIÓN
ALEACIÓN Aleación Cu-8,4%P Aleación Cu-8,4%P HISTORIA
HISTORIA moldeado en arenamoldeado en arena
Diagrama de fases Diagrama de fases
LL
Eutéctico (
Eutéctico ( +Cu +Cu33P)P)
725ºC 725ºC
Interpretación de la microestructura y cálculo de la
Interpretación de la microestructura y cálculo de la cantidad relativa
cantidad relativa
de las fases
de las fases y/o constituyentes.
y/o constituyentes.
AleacióAleación n CuCu – –8,4%P.8,4%P.
La composición de esta aleación corresponde aproximadamente a la eutéctica. La composición de esta aleación corresponde aproximadamente a la eutéctica. La línea seguida en el enfriamiento, implica que el líquido pasa al eutéctico, a La línea seguida en el enfriamiento, implica que el líquido pasa al eutéctico, a temperatura constante, siguiendo la transformación eutéctica. Por tanto, la estructura temperatura constante, siguiendo la transformación eutéctica. Por tanto, la estructura resultante está formada por colonias de eutéctico, formadas por láminas alternadas de resultante está formada por colonias de eutéctico, formadas por láminas alternadas de Cu a y fosfuro de cobre (Cu
Cu a y fosfuro de cobre (Cu33P), de color rojizo y blanco, respectivamenteP), de color rojizo y blanco, respectivamente. En las partes. En las partes
donde se encuentran dos colonias la morfología eutéctica parece alterada y de donde se encuentran dos colonias la morfología eutéctica parece alterada y de estructura más grosera, denominados "eutécticos divorciados". Además, aparecen estructura más grosera, denominados "eutécticos divorciados". Además, aparecen unas dendritas de Cu
unas dendritas de Cu33P (blanco) que denota que la aleación es ligeramenteP (blanco) que denota que la aleación es ligeramente
hipereutéctica. hipereutéctica.
A continuación se mues
A continuación se muestran dos micrografías cotran dos micrografías correspondientes a 100 y rrespondientes a 100 y 200200 aumentos dónde se aprecia la presencia de
aumentos dónde se aprecia la presencia de la típica la típica porosidad de estas aleacionesporosidad de estas aleaciones obtenida por moldeo.
obtenida por moldeo.
Cálculo de cantidades relativas de las fases a
Cálculo de cantidades relativas de las fases a temperatura ambientetemperatura ambiente
% Cu
% Cu33P P %%αα
Tª (ºC)
Tª (ºC) FasesFases ComposiciónComposición Cantidad relativaCantidad relativa 20ºC 20ºC αα 99,5 % Cu99,5 % Cu – – 0,5% P 0,5% P 58,5%58,5% 33 14 14 X100 X100 X200X200
Cálculo de cantidades relativas de los constituyentes a temperatura ambiente Cálculo de cantidades relativas de los constituyentes a temperatura ambiente
% % E E %%αα Tª (ºC)
Tª (ºC) ConstituyentesConstituyentes ComposiciónComposición Cantidad relativaCantidad relativa 20ºC
20ºC αα 99,5 % Cu99,5 % Cu – – 0,5% P 0,5% P 2 %2 %
E
E 91,75 % Cu91,75 % Cu – – 8,25% P 8,25% P 98 %98 %
Las tres aleaciones Al-Cu estudiadas, podrían estar dentro del grupo de las Las tres aleaciones Al-Cu estudiadas, podrían estar dentro del grupo de las aleaciones comerciales cobre fósforo y cobre fósforo plata: C55180 - C55284. Estas aleaciones comerciales cobre fósforo y cobre fósforo plata: C55180 - C55284. Estas aleaciones se usan para soldar cobre. Las de Cu-P-Ag Se recomiendan para soldar aleaciones se usan para soldar cobre. Las de Cu-P-Ag Se recomiendan para soldar uniones de piezas sometidas a altas vibraciones y las de CU-P que no contienen plata uniones de piezas sometidas a altas vibraciones y las de CU-P que no contienen plata se utilizan sobre uniones que no están sujetas a niveles de esfuerzo o vibraciones, se utilizan sobre uniones que no están sujetas a niveles de esfuerzo o vibraciones, siendo ideales para uniones estáticas como las que se encuentran en tuberías de agua siendo ideales para uniones estáticas como las que se encuentran en tuberías de agua y gas que están fijas en
y gas que están fijas en posiciones estáticas.posiciones estáticas.
Las aleaciones estudiadas del 10%, 4.5% y 8.4% se asemejan a los porcentajes Las aleaciones estudiadas del 10%, 4.5% y 8.4% se asemejan a los porcentajes de Cu
de Cu y P que tienen la C5y P que tienen la C55281 (con un 89% Cu5281 (con un 89% Cu), la C55180 (95%), la C55180 (95%Cu) y a la C55280Cu) y a la C55280 (91%Cu) respectivamente.
(91%Cu) respectivamente.
8,25 8,25
Aleación Al-Cu.
Aleación Al-Cu.
El sistema Al
El sistema Al – –Cu, como puede apreciarse en el correspondiente diagrama deCu, como puede apreciarse en el correspondiente diagrama de
equilibrio, presenta una eutéctica para 33% de Cu a la temperatura de 548 ºC. La equilibrio, presenta una eutéctica para 33% de Cu a la temperatura de 548 ºC. La
eutéctica está constituida por solución sólida α de Cu en Al y por un compuesto eutéctica está constituida por solución sólida α de Cu en Al y por un compuesto intermetálico θ de composición química aproximada, o más bien de composición intermetálico θ de composición química aproximada, o más bien de composición
estequiométrica CuAl
estequiométrica CuAl22. El Al retiene en solución sólida hasta un 5,65% de Cu a la. El Al retiene en solución sólida hasta un 5,65% de Cu a la
temperatura de 548 ºC. A medida que la temperatura cae rápidamente, lo hace la temperatura de 548 ºC. A medida que la temperatura cae rápidamente, lo hace la solubilidad del Cu en el Al y a la temperatura ambiente solubiliza solamente 0,5% de solubilidad del Cu en el Al y a la temperatura ambiente solubiliza solamente 0,5% de Cu.
Cu.
En el sistema Al-Cu, la separación entre las líneas de sólidos y de líquidos es En el sistema Al-Cu, la separación entre las líneas de sólidos y de líquidos es relativamente grande, y ello unido a la tendencia a estados de inequilibrio origina el relativamente grande, y ello unido a la tendencia a estados de inequilibrio origina el que composiciones inferiores al 5%, por ejemplo, una aleación que tuviera 98% de Al y que composiciones inferiores al 5%, por ejemplo, una aleación que tuviera 98% de Al y 2% de Cu, y que presumiblemente estaría constituida únicamente por granos de 2% de Cu, y que presumiblemente estaría constituida únicamente por granos de
solución sólida α, sin embargo, como resultado de la solidificación de no equilibrio solución sólida α, sin embargo, como resultado de la solidificación de no equilibrio
puede incluso presentar algo de constituyente eutéctico.
puede incluso presentar algo de constituyente eutéctico. Cuando la composición es delCuando la composición es del orden del 4% de Cu y la solidificación se realiza en las condiciones habituales de tipo orden del 4% de Cu y la solidificación se realiza en las condiciones habituales de tipo industrial, prácticamente siempre se presenta la eutéctica. Volvemos a insistir, no industrial, prácticamente siempre se presenta la eutéctica. Volvemos a insistir, no debería aparecer en ningún caso mientras la
debería aparecer en ningún caso mientras la composición en Cu fuera inferior composición en Cu fuera inferior a 5,65%.a 5,65%. Por otra parte, el amplio intervalo de solidificación no impide que la aleación tenga una Por otra parte, el amplio intervalo de solidificación no impide que la aleación tenga una buena colabilidad.
buena colabilidad.
La cristalización es favorable para una buena colabilidad. Sin embargo, una La cristalización es favorable para una buena colabilidad. Sin embargo, una característica desfavorable del sistema Al-Cu es la tendencia al agrietamiento en característica desfavorable del sistema Al-Cu es la tendencia al agrietamiento en caliente que las aleaciones presentan. La gran ventaja de
caliente que las aleaciones presentan. La gran ventaja de este tipo de aleaciones es sueste tipo de aleaciones es su posibilidad de endurecimiento estructural por maduración una vez hipertemplada la posibilidad de endurecimiento estructural por maduración una vez hipertemplada la aleación; y ello hace elegibles estas aleaciones cuando la característica determinante aleación; y ello hace elegibles estas aleaciones cuando la característica determinante que en ella se busca es la resistencia mecánica. Son, sin embargo, poco resistentes a que en ella se busca es la resistencia mecánica. Son, sin embargo, poco resistentes a corrosión por la presencia del constituyente CuAl
SUPUESTO PRÁCTICO
SUPUESTO PRÁCTICO
I-4I-4ALEACIÓN
ALEACIÓN Aleación Al-4%Cu Aleación Al-4%Cu HISTORIA
HISTORIA moldeado en arenamoldeado en arena
Diagrama de fases Diagrama de fases K proeutéctico K proeutéctico Eutéctico (ϴ + K) Eutéctico (ϴ + K) LL K + liquido K + liquido K K K proeutéctico K proeutéctico + + Eutéctico ( Eutéctico (θθ +K) +K) En las fronteras de grano de K En las fronteras de grano de K
Interpretación de la microestructura y cálculo de la
Interpretación de la microestructura y cálculo de la cantidad relativa
cantidad relativa
de las fases
de las fases y/o constituyentes.
y/o constituyentes.
Aleación AlAleación Al-4-4%Cu%Cu..
Hay inciertos comentarios sobre el sistema Al
Hay inciertos comentarios sobre el sistema Al – –Cu, hicimos referencia a losCu, hicimos referencia a los
estados d
estados de e inequilibrio, estados inequilibrio, estados a los que a los que es bastanes bastante propenso te propenso este sistema. Yeste sistema. Y,, concretamente, nos referíamos a la aleación Al
concretamente, nos referíamos a la aleación Al – –4% de Cu, para mostrar cómo una4% de Cu, para mostrar cómo una
aleación de la que cabe esperar, teóricamente, una estructura de solución sólida K, aleación de la que cabe esperar, teóricamente, una estructura de solución sólida K, puede presentar una estructura con eutéctica
puede presentar una estructura con eutéctica como resultado del desplazamiento haciacomo resultado del desplazamiento hacia la izquierda de la línea del sólidos, si las condiciones de solidificación son de no la izquierda de la línea del sólidos, si las condiciones de solidificación son de no equilibrio. Decíamos que, desde el punto de vista industrial, siempre se dan unas equilibrio. Decíamos que, desde el punto de vista industrial, siempre se dan unas condiciones de inequilibrio. Concretamente, micrografía siguiente corresponde a una condiciones de inequilibrio. Concretamente, micrografía siguiente corresponde a una aleación de Al con 4% de
aleación de Al con 4% de Cu moldeada en arena.Cu moldeada en arena.
Puede apreciarse la presencia de la matriz eutéctica formada por
Puede apreciarse la presencia de la matriz eutéctica formada por solución sólidasolución sólida K y el compuesto intermetálico
K y el compuesto intermetálico θθ (CuAl (CuAl22). Matriz eutéctica que contornea el). Matriz eutéctica que contornea el
constituyente primario,
constituyente primario, que es solución sólida K (véase en la solución sólida K laque es solución sólida K (véase en la solución sólida K la segregación dendrítica). La eutéctica aparece no solo en los contornos de grano, sino segregación dendrítica). La eutéctica aparece no solo en los contornos de grano, sino también en los espacios interdendríticos. Por otra parte, esta muestra presenta en también en los espacios interdendríticos. Por otra parte, esta muestra presenta en algunas zonas una cierta cantidad de
algunas zonas una cierta cantidad de sopladuras o de discontinuidades producidas porsopladuras o de discontinuidades producidas por el desprendimiento gaseoso durante la solidificación.
el desprendimiento gaseoso durante la solidificación.
X100 X100
X400 X400
Cálculo de cantidades relativas de las fases a
Cálculo de cantidades relativas de las fases a temperatura ambientetemperatura ambiente
Fases
Fases ϴϴ KK
Composición
Composición 46 46 96 96 100 %Al100 %Al
%K
%K %ϴ%ϴ
Tª (ºC)
Tª (ºC) FasesFases ComposiciónComposición Cantidad relativaCantidad relativa 20ºC
20ºC ϴϴ 54 % Cu54 % Cu – – 46 % Al 46 % Al 7,4 %7,4 %
K
Latón de
Latón de composición desconocid
composición desconocida.
a.
En función de su porcentaje de Zn, se reconocen tres grupos principales de En función de su porcentaje de Zn, se reconocen tres grupos principales de latones.
latones.
Latones de primer título, con porcentaje de Zn Latones de primer título, con porcentaje de Zn inferior a 33%inferior a 33%
Latones de segundo título, con porcentaje de Zn de 33 a 49%Latones de segundo título, con porcentaje de Zn de 33 a 49%
Latones de tercer título con porcentajes de Zn superior a 49% sin apenasLatones de tercer título con porcentajes de Zn superior a 49% sin apenas aplicaciones industriales.
aplicaciones industriales. Algunas aleaciones usuales r
Algunas aleaciones usuales recibían nombres especiales; ecibían nombres especiales; así, se así, se llamaballamaba similor similor aa
la aleación de cobre y
la aleación de cobre y zinc en proporción 80 a 20;zinc en proporción 80 a 20; metal del príncipe Albertometal del príncipe Alberto a la misma a la misma
aleación en proporción 84 a 16; y
aleación en proporción 84 a 16; y crisocolacrisocola a la de 92 partes de cobre, 6 de zinc y 6 de a la de 92 partes de cobre, 6 de zinc y 6 de
estaño. estaño.
Los latones, de acuerdo a los elementos minoritarios que intervengan en la Los latones, de acuerdo a los elementos minoritarios que intervengan en la aleación, son maleables únicamente en frío, y no en caliente, y algunos no lo son a aleación, son maleables únicamente en frío, y no en caliente, y algunos no lo son a ninguna temperatura. Todos los tipos de esta aleación se vuelven quebradizos cuando ninguna temperatura. Todos los tipos de esta aleación se vuelven quebradizos cuando se calientan a una temperatura próxima al punto de f
se calientan a una temperatura próxima al punto de f usión.usión.
El latón es más duro que el cobre, pero fácil de mecanizar, troquelar y fundir, es El latón es más duro que el cobre, pero fácil de mecanizar, troquelar y fundir, es resistente a la oxidación, a las condiciones salinas y es dúctil, por lo que puede resistente a la oxidación, a las condiciones salinas y es dúctil, por lo que puede laminarse en planchas finas. Su maleabilidad varía según la composición y la laminarse en planchas finas. Su maleabilidad varía según la composición y la temperatura, y es distinta si se mezcla con otros metales, incluso en cantidades temperatura, y es distinta si se mezcla con otros metales, incluso en cantidades mínimas.
mínimas.
En el latón al
En el latón al plomo, el plomo es plomo, el plomo es prácticamente insoluble en el latón, y se separa enprácticamente insoluble en el latón, y se separa en forma de finos glóbulos, lo que favorece la fragmentación de las virutas en el forma de finos glóbulos, lo que favorece la fragmentación de las virutas en el mecanizado. También el plomo tiene un efecto de lubricante por su bajo punto de mecanizado. También el plomo tiene un efecto de lubricante por su bajo punto de fusión, lo que permite disminuir el desgaste de la herramienta de corte. El latón admite fusión, lo que permite disminuir el desgaste de la herramienta de corte. El latón admite pocos tratamientos térmicos y sólo se realizan recocidos de recristalización y pocos tratamientos térmicos y sólo se realizan recocidos de recristalización y homogeneización.
SUPUESTO PRÁCTICO
SUPUESTO PRÁCTICO
I-5I-5ALEACIÓN
ALEACIÓN Latón de Latón de composición desconocida.composición desconocida. HISTORIA
HISTORIA Moldeado en arenaMoldeado en arena
Diagrama de fases Diagrama de fases LL
+ +ββ
+ +ββ
’’
374% 374%
~~80%80%β
β
’’~~20%20%Conclusiones acerca del tipo de latón y posible composición del
Conclusiones acerca del tipo de latón y posible composición del
mismo.
mismo.
A
A la la vista vista de de la la micrografía, micrografía, podemos podemos observar observar que que existen existen dos dos fasesfases claramente diferenciadas, por lo que nuestro latón debe estar comprendido entre los claramente diferenciadas, por lo que nuestro latón debe estar comprendido entre los denominados latones dúplex o de segunda especie, que según podemos observar en denominados latones dúplex o de segunda especie, que según podemos observar en el diagrama de fases, estarían compuestos por las fases
el diagrama de fases, estarían compuestos por las fases
yyββ
’’, estando las, estando lasconcentracione
concentraciones de zinc entre el s de zinc entre el 35% y el 47%.35% y el 47%.
En la micrografía se ve que hay una fase predominante de color claro, En la micrografía se ve que hay una fase predominante de color claro, correspondiente a la fase
correspondiente a la fase
, podemos aproximar que la relación entre ambas podría, podemos aproximar que la relación entre ambas podría ser 80 % y 20 % por lo que aproximando a esas cantidades relativas y aplicando la ser 80 % y 20 % por lo que aproximando a esas cantidades relativas y aplicando la regla de la palanca podemos saber cuál podría serregla de la palanca podemos saber cuál podría ser su concentraciónsu concentración:: Cálculo de cantidades relativas de las fases a
Cálculo de cantidades relativas de las fases a temperatura ambientetemperatura ambiente
Fases Fases αα β’β’ Composición Composición 35 35 x x 47 47 %Zn%Zn %β’=20% %β’=20% %α=80%%α=80%
Tª (ºC)Tª (ºC) FasesFases ComposiciónComposición Cantidad relativaCantidad relativa 20ºC
20ºC αα 65 % Cu65 % Cu – – 35% Zn 35% Zn 80 %80 %
β’
β’ 53 % Cu53 % Cu – – 47 % Zn 47 % Zn 20 %20 %
Podríamos situar la composición en el diagrama para estudiar la evolución Podríamos situar la composición en el diagrama para estudiar la evolución microestructural durante el enfriamiento.
microestructural durante el enfriamiento.
Es una aleación de composición próxima a la peritéctica. Para temperaturas Es una aleación de composición próxima a la peritéctica. Para temperaturas muy por encima de la peritéctica (902ºC), la aleación se encontraría en estado líquido, muy por encima de la peritéctica (902ºC), la aleación se encontraría en estado líquido, al ir descendiendo la temperatura y acercándose a dicha temperatura, empiezan a al ir descendiendo la temperatura y acercándose a dicha temperatura, empiezan a formarse los núcleos de la fase
formarse los núcleos de la fase α properitéctica que tiene una estructura dendrítica yα properitéctica que tiene una estructura dendrítica y
que sufre una microsegregación debido a su enriquecimiento progresivo en Zn, una que sufre una microsegregación debido a su enriquecimiento progresivo en Zn, una vez que la temperatura desciende
vez que la temperatura desciende, aparece la fase β formada en la reacción, aparece la fase β formada en la reacción
peritéctica. A la temperatura
peritéctica. A la temperatura ambiente podemos observar que la fase β seambiente podemos observar que la fase β se haha
trans
transformado en fase β’ debido a laformado en fase β’ debido a la transformación orden desorden que ha sufrido transformación orden desorden que ha sufrido β,β,
este ordenamiento de la red, provoca que la fase resultante sea extremadamente dura este ordenamiento de la red, provoca que la fase resultante sea extremadamente dura y frágil.
y frágil.
La existencia de una transformación orden-desorden proporciona información La existencia de una transformación orden-desorden proporciona información
En las siguientes micrografías de una aleación del 37% de Zn se observa una En las siguientes micrografías de una aleación del 37% de Zn se observa una fase primaria formada desde el líquido, denominada fase properitéctica, que tiene una fase primaria formada desde el líquido, denominada fase properitéctica, que tiene una estructura claramente dendrítica y que, además, ha sufrido una microsegregación estructura claramente dendrítica y que, además, ha sufrido una microsegregación debido a su enriquecimiento progresivo en Zn. La otra fase que se observa es la fase debido a su enriquecimiento progresivo en Zn. La otra fase que se observa es la fase
β, formada en la reacción peritéctica, y aparece de color más oscuro y de formas β, formada en la reacción peritéctica, y aparece de color más oscuro y de formas
angulosas. angulosas.
Latón (48 % Zn);
Latón (48 % Zn); moldeado en arena.
moldeado en arena.
La composición de esta aleación la sitúa en la región monofásica beta (sistema La composición de esta aleación la sitúa en la región monofásica beta (sistema Cu-Zn). Esta aleación al enfriarse su región bifásica de transformación de líquido en Cu-Zn). Esta aleación al enfriarse su región bifásica de transformación de líquido en sólido se produce en un corto intervalo de tiempo y con una pequeña zona de sólido se produce en un corto intervalo de tiempo y con una pequeña zona de enfriamiento. Todo ello hace que la metalografía esperada esté formada por una sola enfriamiento. Todo ello hace que la metalografía esperada esté formada por una sola fase y con ausencia de microsegregación. Se observan grandes granos con color fase y con ausencia de microsegregación. Se observan grandes granos con color uniforme, variando únicamente la tonalidad de un grano a otro debido a su diferente uniforme, variando únicamente la tonalidad de un grano a otro debido a su diferente orientación cristalina. Los límites de grano son ligeramente curvos o casi rectos, orientación cristalina. Los límites de grano son ligeramente curvos o casi rectos, observándose puntos triples con los límites de grano a 120º. Todo lo anterior sería observándose puntos triples con los límites de grano a 120º. Todo lo anterior sería consecuencia de un enfriamiento casi de equilibrio. Por supuesto, se observa cierta consecuencia de un enfriamiento casi de equilibrio. Por supuesto, se observa cierta porosidad, característica de las aleaciones obtenidas por colada o fusión.
porosidad, característica de las aleaciones obtenidas por colada o fusión.
Esta aleación está más a la derecha del diagrama que la que hemos estudiado Esta aleación está más a la derecha del diagrama que la que hemos estudiado haciendo una comparación de micrografías podemos observar que este tipo de latón haciendo una comparación de micrografías podemos observar que este tipo de latón no es el del problema
no es el del problema planteadoplanteado..
X50 X200
X50 X200
X100 X100
Parte II.- Metalografía de las aleaciones férreas Parte II.- Metalografía de las aleaciones férreas
OBJETIVOS OBJETIVOS
Identificar las aleaciones férreas más comunes a través de sus microestructuras. Identificar las aleaciones férreas más comunes a través de sus microestructuras. Relacionar de forma cualitativa las distintas microestructuras resultantes con los Relacionar de forma cualitativa las distintas microestructuras resultantes con los diferentes tratamientos térmicos y/o mecánicos realizados sobre el material. diferentes tratamientos térmicos y/o mecánicos realizados sobre el material. MEDIOS A DISPOSICIÓN DEL ALUMNO EN EL CENTRO ASOCIADO PARA MEDIOS A DISPOSICIÓN DEL ALUMNO EN EL CENTRO ASOCIADO PARA LA REALIZACIÓN DE LAS PRÁCTICAS
LA REALIZACIÓN DE LAS PRÁCTICAS
- Bibliografía recomendada en la Guía de Curso - Bibliografía recomendada en la Guía de Curso
TIEMPO ESTIMADO = 8 h TIEMPO ESTIMADO = 8 h
- Explicaciones previas para la consecución de los distintos objetivos. - Explicaciones previas para la consecución de los distintos objetivos. - Búsqueda de información general mediante bibliografía
- Búsqueda de información general mediante bibliografía - Puesta en común.
- Puesta en común.
- Elaboración del correspondiente informe en la memoria de prácticas. - Elaboración del correspondiente informe en la memoria de prácticas.
Introducción a las aleaciones férreas
Introducción a las aleaciones férreas
Dado que el objetivo de la práctica es identificar las aleaciones férreas a través Dado que el objetivo de la práctica es identificar las aleaciones férreas a través de sus microestructuras, lo primero que se hará será una breve descripción de las de sus microestructuras, lo primero que se hará será una breve descripción de las fases sólidas y
fases sólidas y los constituyenlos constituyentes estructurales tes estructurales que que presenta el diagpresenta el diagrama de fasesrama de fases metaestable Fe-Fe
metaestable Fe-Fe33C, mostrando sus distintas morfologías.C, mostrando sus distintas morfologías.
Se entiende por acero, la aleación de Fe-C con contenidos en C entre 0,05% y Se entiende por acero, la aleación de Fe-C con contenidos en C entre 0,05% y 2,11%, por lo tanto serán las fases y microconstituyentes de esa parte del diagrama los 2,11%, por lo tanto serán las fases y microconstituyentes de esa parte del diagrama los que nos interesa describir en primera instancia para el
que nos interesa describir en primera instancia para el estudio de los aceros.estudio de los aceros.
Como podemos observar en el diagrama, se produce una transformación Eutectoide Como podemos observar en el diagrama, se produce una transformación Eutectoide en 723ºC, por lo que en función de su contenido en C, se podrán clasificar los aceros en 723ºC, por lo que en función de su contenido en C, se podrán clasificar los aceros en: en: Hipoeutectoides (%Hipoeutectoides (%C C < de < de 0,8%),0,8%), Eutectoides (%C Eutectoides (%C = = 0,8%)0,8%) Hipereutectoides (0,8Hipereutectoides (0,8%< %C %< %C < 2,11< 2,11%).%).
Tipos de acero
Tipos de acero
En las aleaciones Fe-C pueden encontrarse hasta once constituyentes En las aleaciones Fe-C pueden encontrarse hasta once constituyentes diferentes, que
diferentes, que se denominan: ferrita, cese denominan: ferrita, cementita, perlita, ausmentita, perlita, austenita, martensita, troostitatenita, martensita, troostita sorbita, bainita, ledeburita, steadita y grafito.
sorbita, bainita, ledeburita, steadita y grafito. Ferrita (
Ferrita ( ))
Aunque la ferrita es en realidad una s
Aunque la ferrita es en realidad una solución sólida de carbono eolución sólida de carbono en hierro alfa, sun hierro alfa, su solubilidad a la temperatura ambiente es tan pequeña que no llega a disolver ni un solubilidad a la temperatura ambiente es tan pequeña que no llega a disolver ni un 0.008% de C. Es por esto que prácticamente se considera la ferrita como hierro alfa 0.008% de C. Es por esto que prácticamente se considera la ferrita como hierro alfa puro. La ferrita es
puro. La ferrita es el más blando y dúctil constituyente de los acerosel más blando y dúctil constituyente de los aceros..
Cementita (Fe
Cementita (Fe33C)C)
Es carburo de hierro y por tanto su composición es de 6.67% de C y 93.33% de Fe Es carburo de hierro y por tanto su composición es de 6.67% de C y 93.33% de Fe en peso. Es el constituyente más duro y frágil de los aceros, alcanzando una dureza de en peso. Es el constituyente más duro y frágil de los aceros, alcanzando una dureza de 960 Vickers. Cristaliza formando un paralelepípedo ortorrómbico de gran tamaño. Es 960 Vickers. Cristaliza formando un paralelepípedo ortorrómbico de gran tamaño. Es magnética hasta los 210ºC, temperatura a partir de la cual pierde sus propiedades magnética hasta los 210ºC, temperatura a partir de la cual pierde sus propiedades magnéticas.
magnéticas.
X100 X400
X100 X400
Morfología
Perlita
Perlita
Es un constituyente compuesto por el 86.5% de ferrita y el 13.5% de cementita, Es un constituyente compuesto por el 86.5% de ferrita y el 13.5% de cementita, es decir, hay 6.4 partes de ferrita y 1 de cementita. Cada grano de perlita está formado es decir, hay 6.4 partes de ferrita y 1 de cementita. Cada grano de perlita está formado por láminas o placas alternadas de cementita y ferrita. Esta estructura laminar se por láminas o placas alternadas de cementita y ferrita. Esta estructura laminar se observa en la perlita formada por enfriamiento muy lento. Si el enfriamiento es muy observa en la perlita formada por enfriamiento muy lento. Si el enfriamiento es muy brusco, la estructura es más borrosa y se denomina perlita sorbítica. Si la perlita brusco, la estructura es más borrosa y se denomina perlita sorbítica. Si la perlita laminar se calienta durante algún tiempo a una temperatura inferior a la crítica (723 laminar se calienta durante algún tiempo a una temperatura inferior a la crítica (723 ºC), la cementita adopta la forma de
ºC), la cementita adopta la forma de glóbulos incrustados en la masa de ferrita, glóbulos incrustados en la masa de ferrita, recibiendo entonces la denominación de perlita globular.
recibiendo entonces la denominación de perlita globular.
Austenita (
Austenita (
Este es el constituyente más denso de los aceros, y está formado por la Este es el constituyente más denso de los aceros, y está formado por la solución sólida, por inserción, de carbono en hierro gamma. La proporción de C solución sólida, por inserción, de carbono en hierro gamma. La proporción de C disuelto varía desde el 0 al 2,11%, correspondiendo este último porcentaje de máxima disuelto varía desde el 0 al 2,11%, correspondiendo este último porcentaje de máxima solubilidad a la temperatura de 1147 ºC. La austenita en los aceros al carbono, es solubilidad a la temperatura de 1147 ºC. La austenita en los aceros al carbono, es decir, si ningún otro elemento aleado, empieza a formarse a la temperatura de 723ºC. decir, si ningún otro elemento aleado, empieza a formarse a la temperatura de 723ºC. También puede obtenerse una estructura austenítica en los aceros a temperatura También puede obtenerse una estructura austenítica en los aceros a temperatura ambiente, enfriando muy rápidamente una probeta de acero de alto contenido de C a ambiente, enfriando muy rápidamente una probeta de acero de alto contenido de C a partir de una temperatura por encima de la crítica, pero este tipo de austenita no es partir de una temperatura por encima de la crítica, pero este tipo de austenita no es estable, y con el tiempo se transforma en ferrita y perlita o bien cementita y perlita. estable, y con el tiempo se transforma en ferrita y perlita o bien cementita y perlita.
Perlita Perlita
Micrografía de Acero
Micrografía de Acero AusteníticAusteníticoo
)
Bainita
Bainita
Es un agregado de ferrita y cementita que se produce mediante procesos de Es un agregado de ferrita y cementita que se produce mediante procesos de difusión cuando
difusión cuando la velocidad de la velocidad de enfriamiento es enfriamiento es moderada, es moderada, es decir, es más rádecir, es más rápidapida que la que da lugar a la formación de la perlita, pero más lenta que la que da lugar a la que la que da lugar a la formación de la perlita, pero más lenta que la que da lugar a la martensita. Su morfología responde a una estructura plumosa para la bainita
martensita. Su morfología responde a una estructura plumosa para la bainita superior ysuperior y acicular para la bainita inferior. La formación de bainita no es posible en aceros al acicular para la bainita inferior. La formación de bainita no es posible en aceros al carbono si no se encuentran aleados. A continuación se muestran 2 micrografías de un carbono si no se encuentran aleados. A continuación se muestran 2 micrografías de un acero rico en silicio.
acero rico en silicio.
Martensita
Martensita
Es una fase metaestable de estructura tetragonal centrada en el cuerpo, que se Es una fase metaestable de estructura tetragonal centrada en el cuerpo, que se produce en los acero
produce en los aceros por la transformación de la austens por la transformación de la austenita, en ita, en un proceso sin difusiónun proceso sin difusión y casi de forma inmediata. Para que se produzca, el acero debe ser calentado hasta la y casi de forma inmediata. Para que se produzca, el acero debe ser calentado hasta la región austenítica y enfriado muy rápidamente. El aspecto de la martensita, como se región austenítica y enfriado muy rápidamente. El aspecto de la martensita, como se puede ver en las micrografías que se muestran a continuación, es en forma de agujas puede ver en las micrografías que se muestran a continuación, es en forma de agujas con diferentes orientaciones. La estructura martensítica es extremadamente dura con diferentes orientaciones. La estructura martensítica es extremadamente dura debido a la distorsión producida por el C alojado en los intersticios de la red (ccc) que debido a la distorsión producida por el C alojado en los intersticios de la red (ccc) que al enfriar rápidamente y pasar a (cc) impide al C salir mediante difusión, por tanto, al enfriar rápidamente y pasar a (cc) impide al C salir mediante difusión, por tanto, tanto la dureza como la resistencia de la martensita, serán mayores, cuanto mayor sea tanto la dureza como la resistencia de la martensita, serán mayores, cuanto mayor sea el contenido de C del acero.
el contenido de C del acero.
Bainita inferior
Bainita inferior Bainita superiorBainita superior
X100
Ledeburita
Ledeburita
La ledeburita no es un constituyente de los aceros, sino de las fundiciones. Se La ledeburita no es un constituyente de los aceros, sino de las fundiciones. Se encuentra en las aleaciones Fe-C cuando el porcentaje de carbono en hierro aleado es encuentra en las aleaciones Fe-C cuando el porcentaje de carbono en hierro aleado es superior al 25%, es decir, un contenido total de 2,11% de carbono.
superior al 25%, es decir, un contenido total de 2,11% de carbono.
La ledeburita se forma al enfriar una fundición líquida de carbono (de composición La ledeburita se forma al enfriar una fundición líquida de carbono (de composición alrededor del 4.3% de C) desde 1147ºC, siendo estable hasta 723ºC, descomponiéndose a alrededor del 4.3% de C) desde 1147ºC, siendo estable hasta 723ºC, descomponiéndose a partir de esta temperatura en ferrita
partir de esta temperatura en ferrita y cementita.y cementita.
Aceros: definición y clasificación.
Aceros: definición y clasificación.
La definición y clasificación de los aceros aparecen recogidas en la norma La definición y clasificación de los aceros aparecen recogidas en la norma UNE36-004, que es la versión en española de l
UNE36-004, que es la versión en española de la EN 10020a EN 10020 DEFINICIÓN:
DEFINICIÓN:
"Se denomina acero al material en el "Se denomina acero al material en el que:que: -el hierro es el elem
-el hierro es el elemento predominante;ento predominante;
-el contenido de carbono es, generalmente, inferior al 2%; -el contenido de carbono es, generalmente, inferior al 2%; -contiene además otros elementos.
-contiene además otros elementos.
Para un limitado número de aceros al cromo, el contenido en carbono puede ser Para un limitado número de aceros al cromo, el contenido en carbono puede ser superior al 2%, pero este valor es el contenido límite habitual que separa al acero de la superior al 2%, pero este valor es el contenido límite habitual que separa al acero de la fundición."
fundición."
La versión antigua de la norma UNE36-004 precisa, además, que un acero es La versión antigua de la norma UNE36-004 precisa, además, que un acero es un material generalmente apto para la conformación en caliente.
un material generalmente apto para la conformación en caliente. La EN 10020 establece dos tipos de clasificaciones:
La EN 10020 establece dos tipos de clasificaciones: -Según la composición química.
-Según la composición química. -Según categorías de calidad. -Según categorías de calidad.
Clasificaciones alternativas a las normalizadas son, por ejemplo, aquéllas que Clasificaciones alternativas a las normalizadas son, por ejemplo, aquéllas que diferencian los aceros según sus aplicaciones o según el proceso de fabricación.
diferencian los aceros según sus aplicaciones o según el proceso de fabricación. Clasificación según la composición química.
Clasificación según la composición química.
Los elementos de aleación en los aceros tienen una influencia fundamental Los elementos de aleación en los aceros tienen una influencia fundamental
TABLA TABLA11
Máximos porcentaje en masa de los diferentes elementos en un acero no
Máximos porcentaje en masa de los diferentes elementos en un acero noaaleleadadoo
Al Al00,,1010 BiBi00,,1010 B B00,,00080008 ZrZr00,,0505 Co Co00,,1010 CuCu(1)(1)00,,4040 Cr Cr(1)(1)00,,3030 MnMn11,,6565 Mo Mo(1)(1)00,,0808 NbNb(2)(2)00,,0606 Ni Ni(1)(1)00,,3030 PbPb00,,4040 Se Se00,,1010 SiSi00,,5050 Te Te 00,,1010 TiTi(2)(2)00,,0505 V V(2)(2)00,,1010 WW00,,1010
Cada uno de los lantánidos 0,05
Cada uno de los lantánidos 0,05 Otros (excepto C, P, 5, N y 0) 0,05Otros (excepto C, P, 5, N y 0) 0,05
(1) Cuando más de uno de estos elementos estén presentes junto con los límites individuales, se debe (1) Cuando más de uno de estos elementos estén presentes junto con los límites individuales, se debe considerar un contenido límite conjunto que será el 70% de la suma de los valores límites de los aleantes de considerar un contenido límite conjunto que será el 70% de la suma de los valores límites de los aleantes de este grupo en combinación.
este grupo en combinación. (2) Seguir la misma regla (1) (2) Seguir la misma regla (1)
Clasificación según las principales clases de calidad. Clasificación según las principales clases de calidad.
-Aceros no aleados: de base, de calidad, especiales -Aceros no aleados: de base, de calidad, especiales -Aceros aleados: de calidad, especiales
-Aceros aleados: de calidad, especiales
Los aceros de base no están sometidos a limitaciones de calidad que exijan Los aceros de base no están sometidos a limitaciones de calidad que exijan precauciones especiales en la fabricación.
precauciones especiales en la fabricación.
Los aceros de calidad no presentan regularidad en la respuesta a los Los aceros de calidad no presentan regularidad en la respuesta a los tratamientos térmicos y no tienen limitado el contenido inclusionario. A estos aceros se tratamientos térmicos y no tienen limitado el contenido inclusionario. A estos aceros se les puede exigir prescripciones más rigurosas que las aplicables a los aceros de base. les puede exigir prescripciones más rigurosas que las aplicables a los aceros de base. Así,
Así, por por ejemplo, ejemplo, se se puede pedir puede pedir el el cumplimiento de cumplimiento de ciertas ciertas condiciones relativas condiciones relativas a a lala sensibilidad a la rotura frágil, a
sensibilidad a la rotura frágil, a la capacidad de deformación, a la estructura o al la capacidad de deformación, a la estructura o al estadoestado superficial. Como consecuencia de estos requisitos, pueden ser necesarias ciertas superficial. Como consecuencia de estos requisitos, pueden ser necesarias ciertas precauciones especiales en la fabricación.
precauciones especiales en la fabricación.
Los aceros especiales son aquellos que, generalmente, se destinan a ser Los aceros especiales son aquellos que, generalmente, se destinan a ser tratados y, por tanto, su respuesta a los tratamientos térmicos debe ser regular. Por tratados y, por tanto, su respuesta a los tratamientos térmicos debe ser regular. Por
