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Diagrama de fases

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Transcript of Diagrama de fases

Diagrama de fases
Son gráficos cuyas variables son por ejemplo T, P , composición
Diagrama de fases para una sustancia: Agua
Aleaciones isomorfas binarias
Binarias por 2 componentes
isomorfas porque tienen sólo un sistema cristalino

Isoterma
Ej: Aleación Cu-Ni a 1300ºC
Porcentaje de Ni en la fases sólida y líquida
Fracción en masa de la aleación que se encuentra en estado sólido y en estado líquido
Para calcular la fracción o porcentaje (en masa) de una fase, en una mezcla bifásica:
Regla de la palanca
La fracción en masa de la fase líquida es la relación OS/LS
La fracción de la fase sólida es OL/LS

Eutéctico

Porcentaje en masa fase líquida
Porcentaje en masa de fase sólida
En el ejemplo:
El sistema de aleaciones binario más importante es el hierro-carbono.
A diferencia del diagrama anteriormente estudiado, la solubilidad en el estado sólido de C en Fe es limitada
Existe una
aleación específica
conocida como de
composición eutéctica
que
solidifica
a una
temperatura más baja
que todas las demás. Existe una
temperatura mínima (TE)
en la que la fase líquida puede existir
Punto eutéctico:
Cuando el líquido de
composición eutéctica
se enfría lentamente hasta la temperatura eutéctica, surgen
dos fases sólidas,
una solución sólida alfa y una solución sólida beta
Peritécticos:
A partir fase líquida y una fase sólida, se obtiene una nueva fase sólida
EUTÉCTICO

Diagrama de Fases sistema binario Fe-Fe3C para contenidos altos de hierro.

Sobre el
eje vertical izquierdo
del diagrama de fases se observan las transformaciones polimórficas para el
hierro puro.
El otro
eje vertical (derecho)
llega al
6.70 % en masa de C
porcentaje que coincide con el compuesto intermetálico
Fe3C
(carburo de hierro, cementita)

La
ferrita alfa
tiene una estructura
BCC
y en los
intersticios
se puede situar
muy poco carbono
, el máximo es un
0.022 % a 727 °C.
La
austenita (Fe-gamma)
de estructura
FCC
tiene una solubilidad máxima de carbono del
2.11 % a 1148 °C
, aproximadamente 100 veces superior a la de la ferrita.
Las
transformaciones de fase de la austenit
a son muy importante en los tratamientos
térmicos
de los aceros
En la que un líquido de composición eutéctica solidifica para dar dos fases sólidas de austenita y cementita.
Desde un punto de vista estricto, la
cementita
es
metaestable
y si
se calienta
entre 650 y 700 °C se
descompone
para dar Fe alfa y grafito en el periodo de años. Por tanto, los diagramas no son realmente de equilibrio, pero al ser la velocidad de descomposición de la cementita tan
extremadamente lenta
estos diagramas son útiles.
EUTECTOIDE
EUTECTOIDE
la temperatura de 727 °C para una composición del 0.77 % de C.
La reacción del eutectoide se puede representar como:
LA REACCIÓN EUTÉCTICA ES:
Se denomina
perlita
a la microestructura formada por capas o láminas alternas de las dos fases ferrita alfa y cementita.
Se obtiene al enfriar lentamente un acero con el 0,8 % de C (eutectoide)
Tiene un 88% de ferrita y un 12% de cementita.
Aceros eutectoides
Son aquellos en los que la
fase austenítica sólida
tiene
composición del eutectoide 0.77 %
Inicialmente la microestructura de la fase gamma es muy sencilla con granos orientados al azar (punto a de la línea xx’).

Al enfriar se desarrollan las dos fases sólidas Fe-alfa y cementita,
la relación de fases es de 9:1, respectivamente (punto b de la línea xx’).
Esta microestructura de ferrita y cementita se conoce como perlita.
La perlita tiene propiedades intermedias entre la blanda y dúctil ferrita y la dura y quebradiza cementita.
Ejercicio
Un acero eutectoide de 0,8 % C se enfría lentamente desde 750°C hasta una temperatura ligeramente inferior a 723°C. Suponiendo que la austenita se transforma completamente en ferrita alfa y cementita, calcule:
a) El porcentaje en masa de ferrita eutectoide que se forma
b) El porcentaje en masa de cementita eutectoide que se forma
Los aceros hipoeutectoides
Son aquellos en los que la
fase austenítica sólida
tiene un contenido en
carbono inferior
a la del eutectoide
0.77 %
.
Para T ≈ 875 °C, la microestructura de la fase gamma es homogénea con granos orientados al azar (punto c de la línea yy’). Al enfriar se desarrolla la fase alfa y nos encontramos en una región bifásica alfa +gamma (punto d de la línea yy’). En este punto se ha segregado un poco de fase alfa, al bajar en temperatura (punto e de la línea yy’) aumenta el contenido en fase alfa (aunque la proporción depende de la composición inicial del acero hipoeutectoide, regla de la palanca).
La mayor cantidad de fase alfa se forma en los límites de grano de la fase inicial gamma.
Al enfriar pasamos a través de la temperatura del eutectoide al punto f de la línea yy’.
En esta transformación de fases, la ferrita no cambia prácticamente y la austenita que queda se transforma en perlita dando la microestructura característica de los aceros hipoeutectoides
La
ferrita de la perlita
se denomina
ferrita eutectoide
(formada a la temperatura del eutectoide, y proveniente de los g
ranos que restaban de la austenita
), la
ferrita formada antes del eutectoide
(en los límites de grano de la austenita)
se denomina ferrita proeutectoide
.
En la perlita la relación de fases es ≈ 9:1, pero en los aceros hipoeutectoides la relación perlita y ferrita proeutectoide depende del porcentaje inicial de carbono.
Esta microestructura siempre se observa en los aceros hipoeutectoides si han sido enfriados lentamente y son los más comunes.
Los aceros hipereutectoides
Son aquellos en los que la fase austenítica sólida tiene un contenido en
carbono entre 0.77 y 2.11 %.
Para T ≈ 900 °C, la microestructura de la fase gamma es homogénea con granos orientados al azar (punto g de la línea zz’).

Al enfriar se desarrolla la
cementita
y nos encontramos en una
región bifásica, ferrita gamma + cementita
(punto h de la línea zz’).
La
cementita
se comienza a formar en los
límites de grano de la austenita
. Esta
cementita
se denomina
cementita proeutectoide
ya que
se ha formado antes
de que se de la
reacción del eutectoide.


Al descender por
debajo
de la
temperatura
del
eutectoide
, toda
la

austenita
remanente de composición eutectoide se transforma en perlita (punto i de la línea zz’).
Por tanto la microestructura es perlita y cementita proeutectoide .
Al igual que los aceros
las fundiciones se pueden clasificar como fundiciones eutécticas
, cuando el contenido en carbono es del
4.3 %
en peso,
fundiciones hipoeutéctica
s cuando el contenido en carbono es menor y fundiciones
hipereutécticas
cuando el contenido en carbono es mayor.

Según el diagrama de fases, las fundiciones funden a temperaturas entre 1150 y 1300 °C considerablemente más baja que la de los aceros (del orden de 1500 °C). Por tanto funden con mayor facilidad y de ahí el nombre que reciben.
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