Transformaciones de fases Objetivos Tema VI Transformaciones de fases Objetivos Relacionar la estructura y propiedades de los metales con el enfriamiento aplicado en condiciones dentro y fuera del equilibrio

Tema VI Transformaciones de fases Conferencia 9 Sumario Transformaciones de los aceros durante el calentamiento y el enfriamiento en condiciones de equilibrio. Diagramas de transformación isotérmica y continua. Propiedades mecánicas del acero en función de su microestructura. Transformaciones durante el revenido. Transformaciones de fase en metales no ferrosos Bibliografía Básica : Metalografía, Tomo I, A. P. Guliaev, pp 233 - 283 W. Callister , pp 294 – 327

Conceptos Básicos de Termodinámica La fase con menor energía es la más estable ΔG fuerza motriz de la transformación Difusión el mecanismo de transporte Solidus Liquidus

El proceso de transformación en estado sólido es similar al proceso de cristalización ya estudiado Por lo tanto para que ocurra cualquier transformación deben cumplirse dos condiciones: Termodinámica del proceso (disminución de G) Movimiento de los átomos (generalmente difusión)

Transformaciones dentro del equilibrio

Transformaciones principales del acero. Condiciones energéticas

Transformación de Perlita en Austenita La Austenita formada será heterogénea en el volumen de un grano Para obtener una austenita de composición homogénea hay que mantener la T dentro de la región para que terminen los procesos de difusión. Las dimensiones de los granos de perlita dependen del tamaño de los granos de austenita de los cuales se forman

Descomposición de la austenita en perlita

El proceso de transformación puede representarse en forma de curva cinética (proceso con difusión)

b) 1-acero al carbono 2- acero aleado con elementos que forman carburos a) 1-acero al carbono 2-acero aleado con elementos que no forman carburos

PG PF B Diagrama TTT

Transformación Intermedia Perlita La separación y grosor delas láminas de cementita tiene una magnitud de varios micrones 10 mm Bainita La separación y grosor de las láminas de cementita está en el orden del micrón Transformación Intermedia

Diagrama TTT (acero aleado 4340) = f (t) = f (t) Diagrama TTT (acero aleado 4340)

En la práctica el enfriamiento es contínuo y no isotérmico Diagrama TTT

Diagramas de enfriamiento contínuo CCT

Diagramas de enfriamiento contínuo CCT(acero al carbono)

Diagrama CCT (acero aleado 4340)

Perlita esferoidal obtenida de la martensita a 700°C entre 18-24 hrs Perlita gruesa y fina obtenida a partir de la austenita

Propiedades del acero en función de la microestructura

Propiedades del acero en función de la microestructura

Transformaciones principales del acero. Condiciones energéticas

Transformación martensítica En la transformación martensítica se produce una reestructuración de los átomos de Feγ a Feα sin precipitación de carbono de la solución lo que conduce a una deformación de la red cúbica hasta la tetragonal. La nucleación y crecimiento de los granos de martensita ocurre instantáneamente, es decir la transformación es independiente del tiempo

Curva cinética de transformación martensítica

Desarrollo de la transformación martensítica

Esquema de la transformación de la red

Red de la martensita Las cruces representan los espacios intersticiales donde queda atrapado el carbono.

Inicio Final Influencia del contenido de carbono de la solución sólida en el intervalo martensítico

Como consecuencia del grado de tetragonalidad alcanzado y las tensiones resultantes la estructura martensítica es extremadamente dura y frágil, al extremo de fracturarse ESPONTÁNEAMENTE Se requiere SIEMPRE de un alivio de tensiones El volumen específico de la martensita es mayor que el de la austenita de la cual procede

Transformaciones principales del acero. Condiciones energéticas

Transformación Martensita-Perlita (Revenido) Se requiere de una energía de activación para garantizar la difusión y el movimiento de los átomos a posiciones estables. La transformación transcurre en 4 etapas según la temperatura alcanzada.

Transformación Martensita-Perlita (Revenido) Los carburos Fe3C coalescen y crece el grano. 400 oC Los carburos ( e ) ganan en carbono hasta Fe3C y rompen la coherencia con la matriz ( a + Fe3C). Se eliminan todas las tensiones. 300 oC La g residual se transforma en martensita revenida 200 oC La martensita se transforma en martensita revenida (casi cúbica) = solución α sobresaturada( de concentración no homogénea) + carburos ( e ) , coherentes con la matriz. Permanece la g residual. Disminuyen las tensiones.

Microscopía electrónica de la martensita revenida a 594°C (9300X) Partículas de cementita embebidas en matriz ferrítica

Influencia de la TREV en la resistencia y ductilidad del acero

Influencia del tratamiento en la dureza del acero

Transformaciones en Metales No ferrosos

Precipitación de partículas de segunda fase (Envejecimiento) Diagrama Al-Cu: comportamiento del precipitado (4,4 % Cu)

Obtención del precipitado coherente incoherente Desarrollo de la partícula de la fase  en la aleación Al-Cu: desarrollo de zonas GP Fase intermedia ‘‘ Fase finall CuAl2

Obtención del precipitado Evolución del endurecimiento en el tiempo

Preparación para el seminario Estudio individual Preparación para el seminario