Propiedades Estructurales I
Diagrama de Equilibrio Fe-C
Produccin de la industria de la fundicin en Argentina
Metales ferrosos colados
Fundicin esferoidal
0
20
40
60
80
1998 1999 2000 2002 2003 2004 2005 2006
Ao
Mil
lon
es
de
ton
ela
da
s
Fundicin laminar (gris)
0
50
100
150
1998 1999 2000 2002 2003 2004 2005 2006
Ao
Millo
ne
s d
e
ton
ela
da
s
Fundicin maleable
0
2
4
6
1998 1999 2000 2002 2003 2004 2005 2006
Ao
Mil
lon
es
de
ton
ela
da
s
Acero colado
0
5
10
15
1998 1999 2000 2002 2003 2004 2005 2006
Ao
Mil
lon
es
de
ton
ela
da
s
La produccin mundial de fundicin de hierro y acero supera en mas de diez veces la
produccin de todos los dems metales juntos
Diagrama Fe-C
Invariantes
Lmites de solubilidad
Fases que lo constituyen
Variante estable y metaestable
Caractersticas mecnicas de cada fase
Clasificacin de aleaciones Fe-C
Desarrollo de microestructuras de equilibrio
aceros Fundiciones (blancas o grises)
Diagrama Fe-C
Clasificacin de
aleaciones por el
contenido de C
Fe
C
En solucin
tomo intersticial
Combinado
Cementita (Fe3C)
Libre
Grafito
()
lquido
G
T (C)912 1394 1538
() (bcc)
(fcc)
(bcc)
No m
agn
tic
oM
agn
tic
o
1538
1394
912
768
Componentes
lquido
T
t
Solucin slida de C en Fe
Ferrita
Solucin slida de C en
Fe. Estructura bcc.
Austenita ()
Solucin slida de C en
Fe. Estructura fcc.
Ferrita
Solucin slida de C
en Fe. Estructura bcc.
La solubilidad de C en Fe depende de la estructura cristalina del Fe
+ compacta
Solubilidad de C en Fe 100 veces mayor Solubilidad de C en Fe
Fe
(fcc)
25% huecos
Dim. mx. hueco ~ 1
Fe
(bcc)
32% huecos
Dim. mx. hueco ~ 0.6
Dim. atmico de C ~ 1.5
Menor distorsin en la red de Fe (fcc) => Mayor solubilidad intersticial
aceros fundiciones
Diagrama de fases metaestable
(Fe-Fe3C)
Solubilidad mxima de C: 0.09% a 1495C
Ferrita
Austenita ()
Solubilidad mxima de C: 2.14% a 1147C
Cementita(Fe3C)Compuesto qumico.
Estructura ortorrmbica.
Contiene 6.67% C
Solubilidad mxima de C: 0.02% a 727
Ferrita
4 fases slidas
Propiedades de las Fases
Ferrita: fase blanda y dctil. Admite importante deformacin plstica. Puede endurecerse por
deformacin plstica.
Austenita: no es estable a temperatura ambiente en aleaciones Fe-C. Fase blanda y dctil. El conformado en
caliente se realiza en estado austentico.
Cementita: fase muy dura y frgil. Puede romperse por trabajado en caliente. Se presenta normalmente con
morfologa laminar. Puede globulizarse por tratamiento trmico.
Reacciones invariantes en el diagrama Fe-Fe3C
Reaccin peritctica
Lquido
Austenita ()
0.50
0.16
0.10
Ferrita
L(0.50%C) + (0.10%C) (0.16 %C)1495C
Esta reaccin se produce slo en las aleaciones que contienen entre 0.1
y 0.5% de carbono. Importante en produccin de aceros.
Reaccin eutctica
L (4.30%C) (2.11%C) +Fe3C(6.69%C)1148C
LEDEBURITA
Esta reaccin se produce en las aleaciones que
contienen ms de 2.11% de carbono
Crecimiento cooperativo 2 tipos de eutcticos: laminar y columnar
Reaccin eutectoide
(0.77%C) (0.02%C) +Fe3C(6.69%C)727C
PERLITA
Esta reaccin se produce en las
aleaciones que contienen ms de 0.02%
de carbono => prcticamente en todas
las aleaciones de uso comercial, como
resultado de enfriamiento relativamente
lentos
Solubilidad de C en Ferrita
Aceros Hipoeutectoides - Microestructura
normales
bandeadas
Aceros hipereutectoides- Microestructura
Laminar
Eutectoide
Globulizada hipereutectoide
Avance de la Transformacin Perltica
Fundicin Blanca Hipoeutctica
24
Fundicin Hipoutectica
25
Fundicin Blanca Eutctica
26
Fundicin Eutctica
27
Fundicin Blanca Hipereutctica
28
Fundicin Hipereutctica
29
Diagrama Fe-C estable
G
%C0 100
Cm
Gr
G
4.3
Diagrama de fases estable Fe-C Carbono libre en forma de grafito
Condicin termodinmica:
Condicin cintica: ver diferencias
L(4.3%C) (2.1%C) + Cm(6.7%C)
L(4.3%C) (2.1%C) + Gr(100%C)
GrafitoCementita
G
%C0 100
Cm
Gr
G
4.3
Comp. qca.= cte.= 4.3%C
G
T(C)1147 1153
L
+ Cm
+ Gr
G2M
G1
TETM
G2E
Diagramas Fe-C-Si
Carbono equivalente: CE
CE= CT + (%Si + %P)/3
Carbono eutctico: Ceut
Ceut.= 4,3 (%Si + %P)/3
TEE
TEM
L
L + L + Gr
L + Cm
Temp.
% C
Cr
V
Ti
Si
Ni
Cu
Co
Mn Sn
Mo Sb
W Mg
P
Al
Fundiciones
grises
Fundiciones
blancas
Fundiciones
atruchadas
Temp.
tiempo
Fin de solidificacin
Temp.
tiempo
Fin de solidificacin
Temp.
tiempo
Fin de solidificacin
Temp.
tiempo
Fin de solidificacin
Influencia del Sub-enfriamiento
Efecto de los elementos de aleacin
Influencia del Si en el tipo de estructura de
solidificacin
Influencia de la velocidad de enfriamiento en el tipo de estructura de
solidificacin
Fundiciones de hierro
Aleaciones Fe-C-Si
Solidificacin Si
Velocidad de
enfriamiento
Si
Velocidad de
enfriamiento
L + Cm
Fundiciones blancas
Tratamiento trmico
Fundiciones maleables
( grafito flocular)
L + Gr
Fundiciones grises
F. laminares F. vermiculares F. esferoidales
Fundiciones
atruchadas
Propiedades y caractersticas de las fundiciones grises
TipoMorfologa
de grafito
Propiedades
E (GPa) (%) 0.2 (MPa) rot. (MPa)Damping
(x10-4)
Laminar
(Gray)
Lminas
122 0.2 -0.5 -- 124-276 68.7
Vermicular
(Compacted)
Vermes
144 1.0-1.5 193-379 276-448
Esferoidal
(Ductile)
Esferoides
172 2.0-18.0 276-621 414-828 8.3
Maleable
(Malleable)
Flculos
175 2.0-10.0 276-621 414-724 10
Acero------------------ 210 10.0-40.0 250-560 380-680 1.3
1 2 3 4 5
CaractersticaFundicin
Esferoidal
Fundicin
Maleable
Fundicin
Vermicular
Fundicin
Gris
Fundicin
Blanca
Acero
Fundido
(C=0.4%)
Costo 4 2 4 5 4 1
Colabilidad 4 3 4 5 3 1
Facilidad de
mecanizado4 4 4 5 1 3
Amortiguacin de
vibraciones 3 3 4 5 1 1
Mdulo elstico 4 3 2 2 1 5
Confiabilidad 5 3 2 1 1 4
Resistencia/Peso 5 4 3 2 1 4
Resistencia al
impacto4 4 2 1 1 5
Resistencia a la
abrasin3 2 2 2 5 2
Resistencia a la fatiga
trmica3 3 5 4 1 2
Auto-lubricacin 4 4 4 5 1 1
Aptitud para el
tratamiento trmico5 2 2 2 1 4
Total 46 37 38 39 21 33
Peor Mejor
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