Son las aleaciones de mayor producción 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.

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

Diagrama de fases Fe-C Fe-C diagrama de equilibrio Fe-Fe3C diagrama metaestable Ledeburita Perlita Fe3C: cementita Fases: Líquido Ferrita:  (b.c.c.): hierro con hasta to 0.035 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: Fe3C, compuesto.

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

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

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

Tamaño de sitios intersticiales: Austenita: intersticial octaédrico  rI / rFe = 0,414 Ferrita: intersticial octaédrico  rI / rFe = 0,155 rC / rFe = 0,62 Expansión homogénea Interacción suave con dislocaciones Endurecimiento bajo Distorsión tetragonal (anisotrópica) Interacción fuerte con dislocaciones Endurecimiento alto

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

2. Microestructura del Fe-C eutectoide Perlita:  + Fe3C Ashby Jones

Formación de la perlita Se nuclea (ferrita) o Fe3C (Cementita) sobre un borde de grano Las zonas lindantes están empobrecidas o enriquecidas en C  favorece la nucleación de la otra fase. Ambas fases crecen hacia el grano con el cual la interfase es incoherente. El crecimiento del frente depende de la velocidad de difusión del C Callister

Se nuclea (ferrita) o Fe3C (Cementita) sobre un borde de grano; interfase coherente con uno (1) e incoherente con el otro (2). Las zonas lindantes están empobrecidas o enriquecidas en C  favorece la nucleación de la otra fase. Relación de orientaciones entre ferrita y cementita. Ambas fases crecen hacia el grano con el cual la interfase es incoherente. El crecimiento del frente depende de la velocidad de difusión del C Porter Easterling

Microestructura perlítica Callister

Micrografía óptica, colonias de perlita (courtesy S. S. Babu) http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2008/Steel_Microstructure/SM.html

Micrografía óptica de perlita extremadamente fina.

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

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

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

(cortesía del proyecto DoItPoms). 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

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

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

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

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

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

Microestructura de cementita pro-eutectoide + perlita http://www.georgesbasement.com/Microstructures/LowAlloySteels/Lesson-2/Specimen01.htm

Ashby-Jones

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

Perlita gruesa Perlita fina X 20

¿Qué sucede para velocidades de enfriamiento más altas?  formación de Bainita ( + Fe3C) http://www2.ing.puc.cl/icmcursos/metalurgia/apuntes/cap3/36/

Relieve superficial generado por placas de bainita

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

Bainita superior Bainita inferior Porter Easterling

Microestructura de la Bainita http://www.heatreat.de/en/news/detail/149/Column/Shortened-bainitic-treatments-of-steel-showing-increased-properties/

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

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

DISPLACIVE RECONSTRUCTIVE

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

Distorsión de matriz por el exceso de C Ashby-Jones

Relieve superficial por placas de martensita (o bainita).

Placas de martensita

Placas de martensita - microscopía óptica.

Yamasaki & Bhadeshia, 2004

http://info.lu.farmingdale.edu/depts/met/met205/tttdiagram.html

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)

Obtención de diferentes microestructuras por variación del tratamiento térmico.

Curvas TTT: aceros de composición eutectoide, hipoeutectoide e hipereutectoide Acm A3 Eutectoide A1 Hipoeutectoide Hipereutectoide Ashby-Jones

Microestructuras en aceros