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Aceros Son las aleaciones de mayor producción Bibliografía Callister (cap. 10, 11, 13) Ashby-Jones (cap. 8, 11, 12, 13) Porter-Easterling (cap. 5, 6, microestructuras,

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1 Aceros Son las aleaciones de mayor producción Bibliografía Callister (cap. 10, 11, 13) Ashby-Jones (cap. 8, 11, 12, 13) Porter-Easterling (cap. 5, 6, microestructuras, tratamientos térmicos) Para profundizar Steels, Microstructure and Properties, R.W.K Honeycombe and H.K.D.H. Bhadeshia.

2 Fe - C acero (C C < ~1% -1,5%) fundición C C > 2%) Fe elemento muy abundante C el aleante más barato y efectivo para mejorar las propiedades mecánicas del Fe

3 Diagrama de fases Fe-C Fe-C diagrama de equilibrio Fe-Fe 3 C diagrama metaestable Fe 3 C: cementita Fases: Líquido Ferrita: (b.c.c.): hierro con hasta to wt% C es solución sólida. Austenita: (f.c.c.): hierro con hasta 1.7 wt% C en solución sólida. Hierro- δ : δ (b.c.c.) hierro con hasta 0.08 wt% C en solución sólida. Cementita: Fe 3 C, compuesto. Perlita Ledeburita

4 Aleaciones de hierro-carbono Acero (steel) Aleación de Fe-C que transforma a la fase (austenita) al aumentar la temperatura típicamente el contenido de C es menor a 1% (peso) Fundición de hierro (cast iron) Aleaciones de Fe-C con más de 2.1 % (peso) de C típicamente contienen entre 3 y 4,5%C (peso) Aceros al carbono Aceros aleados

5 Ashby Jones Aceros al carbono (sin otros aleantes) Acero de bajo carbono Acero de alto carbono Fundición de hierro Acero de mediano carbono

6 Fases del hierro puro: Líquido Delta ( ) - BCC Austenita ( ) - FCC Ferrita ( ) - BCC Solubilidad de carbono Austenita 2,1% peso Ferrita 0,022% peso

7 Tamaño de sitios intersticiales: Ferrita: intersticial octaédrico r I / r Fe = 0,155 Austenita: intersticial octaédrico r I / r Fe = 0,414 r C / r Fe = 0,62 Expansión homogénea Interacción suave con dislocaciones Endurecimiento bajo Distorsión tetragonal (anisotrópica) Interacción fuerte con dislocaciones Endurecimiento alto

8 1. Microestructura del Fe puro : austenita, fcc : ferrita, bcc Ashby Jones Microestructuras de aceros producidas por enfriado lento desde la fase austenita (tratamiento térmico de normalización)

9 2. Microestructura del Fe-C eutectoide Perlita: + Fe 3 C Ashby Jones 723ºC

10 Formación de la perlita Callister 1.Se nuclea (ferrita) o Fe 3 C (Cementita) sobre un borde de grano 2.Las zonas lindantes están empobrecidas o enriquecidas en C favorece la nucleación de la otra fase. 3.Ambas fases crecen hacia el grano con el cual la interfase es incoherente. 4.El crecimiento del frente depende de la velocidad de difusión del C

11 1.Se nuclea (ferrita) o Fe 3 C (Cementita) sobre un borde de grano; interfase coherente con uno ( 1 ) e incoherente con el otro ( 2 ). 2.Las zonas lindantes están empobrecidas o enriquecidas en C favorece la nucleación de la otra fase. Relación de orientaciones entre ferrita y cementita. 3.Ambas fases crecen hacia el grano con el cual la interfase es incoherente. 4.El crecimiento del frente depende de la velocidad de difusión del C Porter Easterling

12 Microestructura perlítica Callister

13 Micrografía óptica, colonias de perlita (courtesy S. S. Babu)

14 Micrografía óptica de perlita extremadamente fina.

15 Micrografía de microscopía electrónica de transmisión de la perlita fina de la diapositiva anterior.

16 esferoidita Efecto de un recocido de la perlita a T 723°C

17 3. Microestructura acero hipoeutectoide: ferrita pro-eutectoide + perlita

18 Ferrita en borde de grano con morfología alotriomórfica (grain boundary allotriomorphs) + perlita en Fe 0.4%C (cortesía del proyecto DoItPoms). granos claros: ferrita; granos oscuros: perlita

19 Microestructura de perlita y ferrita pro-eutectoide granos claros: ferrita; granos oscuros: perlita Callister 50 m

20 Morfología de ferrita Widmanstätten Widmanstätten ferrite Morfología de ferrita alotriomórfica Allotriomorph ferrite bajo sobreenfriamiento alto sobreenfriamiento

21 Placas de ferrita Widmanstätten (áreas claras) que se desarrollan a partir de un borde de grano de la fase austenita. Acero de bajo aleante. Irina Loginova, John Ågren, Gustav Amberg, Acta Materialia, 52, 13, 2004, pp 4055–4063

22 4. Microestructura de acero hipereutectoide : cementita pro-eutectoide + perlita Ashby-Jones

23 Microestructura de cementita pro-eutectoide + perlita Callister granos claros: cementita; granos oscuros: perlita

24 Microestructura de cementita pro-eutectoide + perlita

25 Ashby-Jones

26 Diagrama TTT para la composición eutectoide Fe-C. Callister Perlita gruesa Perlita fina

27 Perlita gruesa Perlita fina X 20

28 ¿Qué sucede para velocidades de enfriamiento más altas? formación de Bainita ( + Fe 3 C)

29 Relieve superficial generado por placas de bainita

30 UPPER BAINITE (High Temperature) LOWER BAINITE (Low Temperature) Carbon supersaturated plate Carbon diffusion into austenite Carbon diffusion into austenite and carbide precipitation in ferrite Carbide precipitation from austenite

31 Porter Easterling Bainita superiorBainita inferior

32 steel-showing-increased-properties/ Microestructura de la Bainita

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34 Diagrama TTT para la composición eutectoide Fe-C. Callister Perlita gruesa Perlita fina Bainita superior Bainita inferior Ms Martensita

35 Transformación martensítica Cambio de estructura cristalina (para aceros: fcc bct). Sin difusión. Movimiento cooperativo de átomos. Cambio de forma macroscópico descripto por una deformación de corte. Interfase coherente con la matriz: plano sin distorsión (se denomina plano de hábito y es el plano invariante de la deformación de corte). Temperatura de comienzo: Ms Temperatura de finalización: Mf Ms, Mf dependen fuertemente del contenido de carbono (y de otros aleantes) Plano de hábito

36 DISPLACIVE RECONSTRUCTIVE

37 Cristalografía de la transformación martensítica en aceros: fcc bct. 1.Distorsión de Bain 2.Deslizamiento de planos cristalinos Se combinan para dar una deformación de corte macrscópica. Ashby-Jones

38 Distorsión de matriz por el exceso de C Ashby-Jones

39 Relieve superficial por placas de martensita (o bainita).

40 Placas de martensita

41 Placas de martensita - microscopía óptica.

42 Yamasaki & Bhadeshia, 2004

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45 Coeficientes de difusión de C en Fe y de Fe en Fe Transformación austenita perlita: difusión del Fe y del C Transformación austenita bainita: difusión del C, sin difusión de Fe Transformación austenita martensita: sin difusión (ni Fe ni C)

46 Obtención de diferentes microestructuras por variación del tratamiento térmico.

47 Curvas TTT: aceros de composición eutectoide, hipoeutectoide e hipereutectoide Eutectoide Hipoeutectoide Hipereutectoide Ashby-Jones A1A1 A3A3 A cm

48 Microestructuras en aceros

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