UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA2014 - II
INTRODUCCIONHablaremos acerca del acero su composicin sus
caractersticas sus propiedades acerca de su microestructura y su
composicin con el contenido de carbono que poseen. El diagrama de
hierro carbono y su gran importancia para la industria del acero.
Los constituyentes metlicos que pueden presentarse en los aceros al
carbono son: ferrita, cementita, perlita, sorbita, troostita,
martensita, bainita, y rara vez austenita, aunque nunca como nico
constituyente. Tambin pueden estar presentes constituyentes no
metlicos como xidos, silicatos, sulfuros y aluminatos.Mencionaremos
tambin acerca de los metales ferrosos y no ferrosos. El examen de
la microestructura es muy til para determinar si un metal o una
aleacin satisfacen las especificaciones en relacin con trabajos
mecnicos anteriores, tratamientos trmicos y composicin general. La
microestructura es un instrumento para analizar las fallas mecnicas
y para controlar procesos industriales y de manufactura.Por ultimo
trataremos acerca de los hierros fundidos acerca de su composicin e
importancia
OBJETIVOS Aprender a reconocer la microestructura del acero.
Aprender a interpretar el diagrama de fierro carbono Conocer las
aplicaciones del acero en la industria Aprender acerca de los
aceros fundidos gris , nodular perlitico,etc
MICROESTRUCTURA DE METALES FERROSO Y NO FERROSOSFUNDAMENTO
TERICOPuede admitirse como acero al carbono, todo acero con un
contenido en carbono hasta el 2%, el contenido de Manganeso y
Silicio es inferior al 1% para cada uno de ellos, el contenido de
Cromo, Wolframio, Nquel, Cobalto, Aluminio, Titanio, etc., es
inferior a 0.3% para cada uno de ellos y el contenido de Vanadio y
Molibdeno es menor a 0.08% para cada uno de ellos.Los
constituyentes metlicos que pueden presentarse en los aceros al
carbono son: ferrita, cementita, perlita, sorbita, troostita,
martensita, bainita, y rara vez austenita, aunque nunca como nico
constituyente. Tambin pueden estar presentes constituyentes no
metlicos como xidos, silicatos, sulfuros y aluminatos.Las
microestructuras que presenta el diagrama de equilibrio para los
aceros al carbono son:FERRITAEs una solucin slida de carbono en
hierro alfa, su solubilidad a la temperatura ambiente es del orden
de 0.008% de carbono, por esto se considera como hierro puro, la
mxima solubilidad de carbono en el hierro alfa es de 0,02% a 723
C.La ferrita es el microconstituyente ms blando y dctil de los
aceros, cristaliza en la red cbica centrada en el cuerpo, tiene una
dureza de 90 Brinell y una resistencia a la traccin de 28 kg/mm2,
llegando hasta un alargamiento del 40%. La ferrita se observa al
microscopio como granos poligonales claros.
Diagrama de equilibrio Fe-C
En los aceros, la ferrita puede aparecer como cristales
mezclados con los de perlita, en los aceros de menos de 0.6%C,
figura 6; formando una red o malla que limita los granos de
perlita, en los aceros de 0.6 a 0.85%C en forma de agujas o bandas
circulares orientados en la direccin de los planos cristalogrficos
de la austenita como en los aceros en bruto de colada o en aceros
que han sido sobrecalentados. Este tipo de estructura se denomina
Widmanstaten.La ferrita tambin aparece como elemento eutectoide de
la perlita formando lminas paralelas separadas por otras lminas de
cementita, figura 8, en la estructura globular de los aceros de
herramientas aparece formando la matriz que rodea los glbulos de
cementita, en los aceros hipoeutectoides templados, puede aparecer
mezclada con la martensita cuando el temple no ha sido bien
efectuado.
CEMENTITAEs el carburo de hierro de frmula Fe3C, contiene 6.67
%C y 93.33 % de hierro, es el microconstituyente ms duro y frgil de
los aceros al carbono, alcanzando una dureza Brinell de 700 (68 Rc)
y cristaliza en la red ortormbica. En las probetas atacadas con
cidos se observa de un blanco brillante y aparece como cementita
primaria o proeutctica en los aceros con ms de 0.9%C formando una
red que envuelve los granos de perlita, formando parte de la
perlita como lminas paralelas separadas por otras lminas de
ferrita, se presenta en forma de glbulos o granos dispersos en una
matriz de ferrita, cuando los aceros de alto carbono se han
sometido a un recocido de globulizacin, en los aceros
hipoeutectoides que no han sido bien templados.PERLITAEs el
microconstituyente eutectoide formado por capas alternadas de
ferrita y cementita, compuesta por el 88 % de ferrita y 12 % de
cementita, contiene el 0.8 %C. Tiene una dureza de 250 Brinell,
resistencia a la traccin de 80 kg/mm2 y un alargamiento del 15%; el
nombre de perlita se debe a las irisaciones que adquiere al
iluminarla, parecidas a las perlas. La perlita aparece en general
en el enfriamiento lento de la austenita y por la transformacin
isotrmica de la austenita en el rango de 650 a 723C.Si el
enfriamiento es rpido (100-200C/seg.), la estructura es poco
definida y se denomina Sorbita, si la perlita laminar se somete a
un recocido a temperatura prxima a 723C, la cementita adopta la
forma de glbulos incrustados en la masa de ferrita, denominndose
perlita globular.
AUSTENITAEs el constituyente ms denso de los aceros y est
formado por una solucin slida por insercin de carbono en hierro
gamma. La cantidad de carbono disuelto, vara de 0.8 al 2 % C que es
la mxima solubilidad a la temperatura de 1130 C. La austenita no es
estable a la temperatura ambiente pero existen algunos aceros al
cromo-nquel denominados austenticos cuya estructura es austenita a
temperatura ambiente.La austenita est formada por cristales cbicos
centrados en las caras, con una dureza de 300 Brinell, una
resistencia a la traccin de 100 kg/mm2 y un alargamiento del 30 %,
no es magntica.La austenita no puede atarcarse con nital, se
disuelve con agua regia en glicerina apareciendo como granos
poligonales frecuentemente maclados, puede aparecer junto con la
martensita en los aceros templados.MARTENSITAEs el constituyente de
los aceros templados, est conformado por una solucin slida
sobresaturada de carbono o carburo de hierro en ferrita y se
obtiene por enfriamiento rpido de los aceros desde su estado
austentico a altas temperaturas.
El contenido de carbono suele variar desde muy poco carbono
hasta el 1% de carbono, sus propiedades fsicas varan con su
contenido en carbono hasta un mximo de 0.7 %C.La martensita tiene
una dureza de 50 a 68 Rc, resistencia a la traccin de 170 a 250
kg/mm2 y un alargamiento del 0.5 al 2.5 %, muy frgil y presenta un
aspecto acicular formando grupos en zigzag con ngulos de 60
grados.Los aceros templados suelen quedar demasiado duros y
frgiles, inconveniente que se corrige por medio del revenido que
consiste en calentar el acero a una temperatura inferior a la
crtica inferior (727C), dependiendo de la dureza que se desee
obtener, enfrindolo luego al aire o en cualquier medio.
TROOSTITAEs un agregado muy fino de cementita y ferrita, se
produce por un enfriamiento de la austenita con una velocidad de
enfriamiento ligeramente inferior a la crtica de temple o por
transformacin isotrmica de la austenita en el rango de temperatura
de 500 a 6000C, o por revenido a 4000C.Sus propiedades fsicas son
intermedias entre la martensita y la sorbita, tiene una dureza de
400 a 500 Brinell, una resistencia a la traccin de 140 a 175 kg/mm2
y un alargamiento del 5 al 10%. Es un constituyente nodular oscuro
con estructura radial apreciable a unos 1000X y aparece
generalmente acompaando a la martensita y a la austenita.SORBITAEs
tambin un agregado fino de cementita y ferrita. Se obtiene por
enfriamiento de la austenita con una velocidad de enfriamiento
bastante inferior a la crtica de temple o por transformacin
isotrmica de la austenita en la zona de 600 a 650%, o por revenido
a la temperatura de 600%. Su dureza es de 250 a 400 Brinell, su
resistencia a la traccin es de 88 a 140 kg/mm2 ,con un alargamiento
del 10 al 20%.Con pocos aumentos aparece en forma muy difusa como
manchas, pero con 1000X toma la forma de ndulos blancos muy finos
sobre fondo oscuro, de hecho tanto la troostita como la sorbita
pueden considerarse como perlita de grano muy fino.BAINITAEs el
constituyente que se obtiene en la transformacin isotrmica de la
austenita cuando la temperatura del bao de enfriamiento es de 250 a
500C. Se diferencian dos tipos de estructuras: la bainita superior
de aspecto arborescente formada a 500-580C, compuesta por una
matriz ferrtica conteniendo carburos. Bainita inferior, formada a
250-4000C tiene un aspecto acicular similar a la martensita y
constituida por agujas alargadas de ferrita que contienen delgadas
placas de carburos.La bainita tiene una dureza variable de 40 a 60
Rc comprendida entre las correspondientes a la perlita y a la
martensita.
Los constituyentes que pueden presentarse en los aceros aleados
son los mismos de los aceros al carbono, aunque la austenita puede
ser nico contituyente y adems pueden aparecer otros carburos
simples y dobles o complejos.Micro estructuras del acero
a. Austenita (acero inoxidable) b. Ferrita (< 0.02 C, % en
peso)
c. Ferrita + Perlita (0.3 C % en peso) d. Ferrita + Perlita (0.6
C % en peso)
e. Perlita (0.85 C % en peso) f. Perlita + cementita nter
granular Aceros para temple y revenido: Mediante el tratamiento
trmico del temple se persigue endurecer y aumentar la resistencia
de los aceros. Para ello, se calienta el material a una temperatura
ligeramente ms elevada que la crtica y se somete a un enfriamiento
ms o menos rpido (segn caractersticas de la pieza) con agua,
aceite, etc. Por otro lado, el revenido se suele usar con las
piezas que han sido sometidas previamente a un proceso de templado.
El revenido disminuye la dureza y resistencia de los materiales,
elimina las tensiones creadas en el temple y se mejora la
tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se
distingue bsicamente del temple en cuanto a temperatura mxima (unos
50 C menor que el templado) y velocidad de enfriamiento (se suele
enfriar al aire). La estructura final conseguida es martensita
revenida;
DIAGRAMA DE HIERRO-CARBONOEn el diagrama de equilibrio o de
fases, Fe-C se representa las transformaciones que sufren los
aceros al carbono con la temperatura, admitiendo que el
calentamiento (o enfriamiento) de la mezcla se realiza muy
lentamente de modo que los procesos de difusin (homogeneizacin)
tienen tiempo para completarse. Dicho diagrama se obtiene
experimentalmente identificando los puntos crticos temperaturas a
las que se producen las sucesivas transformaciones por mtodos
diversos.
METAL NO FERROSOLos metales no ferrosos son aquellos en cuya
composicin no se encuentra el hierro. Los ms importantes son siete:
cobre, zinc, plomo, estao, aluminio, nquel y magnesio. Hay otros
elementos que con frecuencia se fusionan con ellos para preparar
aleaciones de importancia comercial. Tambin hay alrededor de 15
metales menos importantes que tienen usos especficos en la
industria. Los metales no ferrosos se clasifican en tres grupos:
Pesados: son aquellos cuya densidad es igual o mayor de 5kg/dm.
Ligeros: su densidad est comprendida entre 2 y 5kg/dm.
Ultraligeros: su densidad es menor de 2kg/dm.Materiales no ferrosos
pesadosEstao (Sn):Caractersticas: su densidad, su punto de fusin
alcanza los 231C, tiene una resistencia de traccin de 5 kg/mm; en
estado puro tiene un color brillante pero a temperatura ambiente se
oxida y lo pierde, en temperatura ambiente es muy blando y
flexible, sin embargo en caliente es frgil y quebradizo, por debajo
de -18C se empieza a descomponer convirtindose en un polvo gris.
Este proceso se conoce como peste de estao; al doblarse se oye un
crujido denominado grito de estao Aleaciones: las ms importantes
son el bronce (cobre y estao) y las soldaduras blandas (plomo +
estao con proporciones de este entre el 25% y el 90%) Aplicaciones:
sus aplicaciones ms importantes son la fabricacin de hojalata y
proteger el acero contra la oxidacin.Cobre (Cu):Caractersticas: se
encuentra en el cobre nativo, la calcopirita, la calcosina, la
malaquita y la cuprita; su densidad es de 8,9kg/dm, su punto de
fusin es de 1083C, su resistencia de traccin es de 18 kg/mm; es
dctil, manejable y posee una alta conductividad elctrica y trmica.
Aleaciones: las ms importantes son el bronce (cobre + estao), latn
que se compone por cobre y cinc. Aplicaciones: Campanas, engranes,
cables elctricos, motores elctricos.Cobalto (Co)Caractersticas: su
densidad es de 8,6kg/dm, su punto de fusin es de 1490 C; tiene
propiedades anlogas al nquel pero no es magntico. Aleaciones y
aplicaciones: se emplea para endurecer aceros para herramienta
(aceros rpidos) y como elemento para fabricacin de metales duros
empleados para herramientas de corte.Materiales no ferrosos
ligerosTitanio:-Densidad: 4,45 kg/dm3-Punto de fusin: 1800
C.-Resistividad: 0,8 Wmm2/m.-Resistencia a la traccin:
100Kg/mm2-Alargamiento: 5%Aluminio (Al):Caractersticas:Se obtiene
de la bauxita -Densidad es de 2,7 kg/dm -Punto de fusin es de 660 C
-Muy ligero e inoxidable -Buen conductor de electricidad y del
calor. Aleaciones y aplicaciones: Al +Mg: se emplea en la
aeronutica y automocin.Materiales no ferrosos ultraligerosMagnesio
(Mg):Caractersticas: se obtiene de la carnalita, doloma y
magnesita, su densidad es de 1,74 kg/dm, su punto de fusin es de
650C. En estado lquido y en polvo es muy inflamable, tiene un color
blanco parecido al de la plata, es manejable, y es ms resistente al
aluminio. Aplicaciones: se emplea en estado duro, tiene pocas
utilidades, excepto en la fabricacin de productos pirotcnicos y
como desoxidante en los talleres de fundicin de aceroMETALES
FERROSOSSe denominan metales ferrosos o frricos a aquellos que
contienen hierro como elemento base; pueden levar adems pequeas
proporciones de otros. A pesar de todos los inconvenientes que
presentan estos materiales (hierro, acero y fundiciones) por ser
muy pesados, oxidarse con facilidad y ser dificiles de trabaja,
entre otros, son uno de los ms usados en la actualidad.Las
aplicaciones ms significativas a las que se destinan los materiales
ferrosos son la construccin de puentes, estructuras de edificios,
barcos, trenes, coches y utensilios domesticos (ollas, grifos,
cucharas, etc.)
FUNDICIN BLANCALa fundicin blanca es aquella en la que todo el
carbono est combinado bajo la forma de cementita. Se distinguen por
que al fracturarse presenta un color blanco brillante. Es un tipo
de fundicin menos fluida que la gris y al solidificarse se produce
algo de contraccin.
Estas fundiciones blancas se caracterizan por: Su alta dureza.
Resistencia al desgaste. Alta fragilidad. Su nombre se debe al
color de su fractura.FUNDICIN NODULAR:La fundicin nodular contiene
grafito de forma esfrica y sus caractersticasprincipales son: buena
rigidez (mdulo de Young); buena resistencia alimpacto = material
tenaz, no quebradizo; buena resistencia a la traccin;mala
amortiguacin, no absorbe la vibracin de un motor; mala
conductividadtrmica, ms calor en el proceso de mecanizado. Si se
compara con la GCI, el grafito de la NCI aparece formando ndulos y
esto contribuye a sus superiores propiedades de traccin y
tenacidad.
FUNDICION NODULAR
FUNDICIN GRISEl hierro fundido, hierro colado, ms conocido como
fundicin gris es un tipo de aleacin conocida como fundicin, cuyo
tipo ms comn es el conocido como hierro fundido gris.El hierro gris
es uno de los materiales ferrosos ms empleados y su nombre se debe
a la apariencia de su superficie al romperse. Esta aleacin ferrosa
contiene en general ms de 2% de carbono y ms de 1% de silicio,
adems de manganeso, fsforo y azufre. Una caracterstica distintiva
del hierro gris es que el carbono se encuentra en general como
grafito, adoptando formas irregulares descritas como hojuelas. Este
grafito es el que da la coloracin gris a las superficies de ruptura
de las piezas elaboradas con este material.
Fundicin gris con su matriz perlitica. 150 X
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Se pudo aprender que todo acero tiene contenido en carbono hasta
el 2%.
Se aprendi a diferenciar entre los tipos de aceros que hay y el
porcentaje de carbono.
Se aprendi a identificar y a reconocer el diagrama de hierro
carbono, sobre sus puntos de fusin a una composicin dada.
Conocer acerca de los metales ferrosos y no ferrosos
BIBLIOGRAFA
http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn101.html#seccion2
http://www.textoscientificos.com/quimica/acero
http://es.wikipedia.org/wiki/Diagrama_Hierro-Carbono
http://www.utp.edu.co/~publio17/maleable.htm
http://www.benito.com/blog/2010/02/23/fundicion-ductil-el-material-mas-adecuado-para-tapas-de-alcantarilla-rejillas-y-canaletas-de-drenaje/
MICROESTRUCTURA DE METALES