P1/ Problema ASean:Cpe: cementita primaria o proeutcticaCe: cementita eutcticaCpe: cementita secundaria o proeutectoidep: perlitaCe: cementita eutectoide o que forma parte de la perlitaCV: cementita terciaria o vermicularCT: cementita totalFpe: ferrita proeutectoideFe: ferrita eutectoide

Se pide:1- Determinar los porcentajes en peso de estos valores en una aleacin frrea, binaria, de 3.5 % de carbono.2- Curva de solidificacin y enfriamiento de equilibrio (T, t) de una aleacin 0.45 % de carbono, hasta la temperatura ambiente, sealando sobre dicha curva las temperaturas en que se rompe el equilibrio, y las fases presentes a esas temperaturas.3- Despus de un normalizado, la estructura de ese acero de 0.45 % de carbono, result ser 100 % perltica. Determinar el porcentaje de ferrita que tiene esa perlita diluida.4- Comparando el acero de 0.45 % C con la aleacin del apartado 1 y 2 -de 3.5 %C- sealar, razonadamente, cul de estas dos aleaciones es ms propensa al agrietamiento por temple en agua.5- Comparando dos piezas iguales de aceros de 0.45 % C -uno aleado y otro no- indicar, razonndolo, cul de las dos presentar ms austenitaresidual tras temple en aceite.6- Cul es la temperatura lmite, ms alta, a la que puede efectuarse un revenido del acero no aleado de 0.45 % de carbono?7- Justificar por qu - o por qu no- es necesario austenizar un acero, por ejemplo, de 0.1 %C, si se desea incrementar perifricamente su contenido en carbono mediante una adecuada atmsfera carburante.8- Contenido mximo de carbono que podra llegar a alcanzar la austenita a 930 C en esa atmsfera carburante.

3.5 %C

Te

Te

3(4.3 % ) (0.0218 % ) (6.67 % )L C C Fe C C

1.-Determinar el contenido, de los microconstituyentes de la derecha, en una aleacin Fe-3.5 %C.

Sean:Cpe: cementita primaria o proeutcticaCe: cementita eutcticaCpe: cementita secundaria o proeutectoidep: perlitaCe: cementita eutectoide o que forma parte de la perlitaCV: cementita terciaria o vermicularCT: cementita totalFpe: ferrita proeutectoideFe: ferrita eutectoide Reaccin eutctica

Cpe: es la que precipita al bajar la solubilidad del C en la fase al bajar la temperatura, entre Te y Te

Por otro lado se verifica que: CT= Te+ = Ce+Cpe:, es decir: 46.27 = 30.5 + Cpe , luego Cpe = 15.77 %

Cpe = 15.77 %

Cpe = 0 %

Ce = 30.5 %

Cpe: es la que precipita a partir del lquido, en este caso Cpe = 0, ya que lo que aparece es primaria(Fundicin hipoeutctica).

Ce: es la que aparece fruto de la reaccin eutctica. Se calcula en el segmento eutctico, mediante la regla de los segmentos inversos

% 2.11 3.5 2.11100 100 30.5 %

6.67 2.11 6.67 2.11e

CC

(T )

% 0.77 3.5 0.77100 100 46.27 %

6.67 0.77 6.67 0.77TeC

C

3.5 0.003100 52.45 %

6.67 0.003TC

3.5 0.0218100 52.32 %

6.67 0.0218T TeC

Ce = 6.05 %

CV: es la que precipita por descenso de la solubilidad del carbono en al bajar la temperatura, sabiendo que a temperatura ambiente, el mximo de solubilidad en la fase es de 0.003% de C.

CV = CT CT=Te- CV = 52.45 52.32= 0.13 %

CV = 0.13 %

Reaccin eutectoide

3(0.77 % ) (0.0218 % ) (6.67 % )C C Fe C C

Ce: es la que hay en la perlita:

CL: cementita libre (la que no forma parte de la perlita).Toda la generada hasta 727 C, es decir: CL = Cpe+ Ce+ Cpe= 0 + 30.5 + 15.77= 46.27 %O bien:

CL = CT-CPERLITA = 52.45 (Ce CV) = 52.45 (6.05 + 0.13) = 52.45 6.18 = 46.27 %

3.5 0.0218100 52.32 %

6.67 0.0218T TeC

CT=Te- = Ce + Ce+ Cpe52.32 = Ce + 30.5+ 15.77

' 6.67 3.5 0.77 0.0218(% ) ( ) 100 6.05 %6.67 0.77 6.67 0.0218

PerlitaeEUTC C perlita x Cementita

3.5 %C

CT = 52.45 %

P= Ligeramente por debajo de 727 C hay perlita [(+Fe3C)+Fe3C] donde la perlita es el residual de antes.

P = 100-CT(727 C-) = 100 46.27 = 53.73

0.77

6.67 % 6.67 3.5( ) 100 100 53.73 %

6.67 0.77 6.67 0.77

CP

Cpe: cementita primaria o proeutctica

Ce: cementita eutctica

Cpe: cementita secundaria o proeutectoide

P: perlita

Ce: cementita eutectoide o que forma parte de la perlita

CV: cementita terciaria o vermicular

CT: cementita total

Fpe: ferrita proeutectoide

Fe: ferrita eutectoide

Reaccin eutectoide

3(0.77 % ) (0.0218 % ) (6.67 % )C C Fe C C

Fpe: Al tener el acero un contenido en carbono mayor de 0.77 % (C>0.77 %) no aparece ferrita proeutectoide, por lo que Fpe = 0

Fe: es la que aparece fruto de la reaccin eutectoide. Se calcula en el segmento eutctico, mediante la regla de los segmentos inversos

6.67 3.5100 47.68 %

6.67 0.0218eEUTECTOIDEF F

3.5 %C

Ferrita total = FT 6.67 3.5

100 47.55 %6.67 0.003

TF

PRO (0.0218 %C)

727 C

EXPULSA C

1 [%C

Ferrita y cementita terciaria. A 20 C la ferrita solamente admite 50 ppm de Cen solucin slida.

Al proseguir enfriando por debajo de 727 C, el C disuelto en la ferrita rebasa la lnea de solubilidad y reacciona con tomos de Fe precipitando en forma de cementita llamada vermicular o terciaria. La precipitacin suele producirse en forma de pequeos gusanos (figura) en las juntas de grano de la ferrita, o bien en los puntos triples de unin entre los granos (o en el interior de los granos cuando la velocidad de enfriamiento es mayor).

La transformacin Austenita Ferrita se inicia, como en todos los hipoeutectoides, a una temperatura A3, que resultar tanto ms baja cuanto mayor sea el % de C en el acero.El enriquecimiento en C de la austenita de estos aceros durante el enfriamiento, es inferior al 0.77%, y por ello la transformacin alotrpica finaliza a la temperatura A1antes de los 727 C dando una estructura plenamente ferrtica.

Aceros hipoeutectoides de menos de 0.0218 %C

2- Curva de solidificacin y enfriamiento de equilibrio (T, t) de una aleacin 0.45 % de carbono, hasta la temperatura ambiente, sealando sobre dicha curva las temperaturas en que se rompe el equilibrio, y las fases presentes a esas temperaturas.

F+L = C+1 (presin constante), C = 2 (Fe, C), luego:

F + L = 3

Por le Chatelier Brown la aparicin de una nueva

fase en el sistema produce desprendimiento de

calor, dando lugar a un cambio de concavidad.

3(0.77 % ) (0.0218 % ) (6.67 % )C C Fe C C

Reaccin eutectoide1493

(0.53 % ) (0.09 % ) (0.17 % )C

Liq C C C

Reaccin peritctica

C=0.45 %

14951538 1495

0.53 0 0.53 0.45

iT

1

1495

Ti=1499 C

Tf=1442 C

Tf

Intervalo de solidificacin =IS== Ti Tf = 1499 1442 = 57 C

11481495 1148

2.11 0.17 2.11 0.45

fT

0.45 %

Ti

La temperatura A3 es:

3 727912 727

0.77 0 0.77 0.45

A

A3=804 C

A3

Las temperaturas en que se rompe el equilibrio son:

3- Despus de un normalizado, la estructura de ese acero de 0.45 % de carbono, result ser 100 % perltica. Determinar el porcentaje de ferrita que tiene esa perlita diluida.

El normalizado consiste en austenizar el acero de 0.45 % C [Calentando por encima de A3 (804 C en este caso)] y enfriar al aire.La velocidad de enfriamiento al aire es mayor que la velocidad de enfriamiento de equilibrio Modificaciones en el diagrama Fe-C

3(0.77 % ) (0.0218 % ) (6.67 % )C C Fe C C

Reaccin eutectoide

PERLITA

3100 % (0.0218 % ) (6.67 % )Perlita C Fe C C

% %

100 %

0.451 % 0.45 %

%

perlita transformada tras normalizado C acero

C perlita diluida

C Perlita diluidaC Perlita diluida

11

0.45 0.0218(% ) 100 100 0.45 %

0.0218

La composicin del eutectoide coincide con el % C del acero

perlita diluida CC

ET

E

0.45

Ce (%C PERLITA)

0.45 %C

% ferrita% perlita diluida

(% ) ( )

6.67 0.451 100 93.56 %

6.67 0.0218

PERLITICO PERLITATanto por uno perlita

x

C00.0218 0 00

0.0218 %% 100 sup , 0.0218

0.0218 100e

e e

C Cperlitaperlita Si se one C C

C C

NOTA

VELOCIDADES DE ENFRIAMIENTO MAYORES DE LA DE EQUILIBRIO

El aumento de la velocidad de enfriamiento tambin hace que baje A1 y Acm sigue su tendencia. Al descender el punto e (eutectoide), baja tambin el valor de la temperatura Te, bajando el %C.

Estudiemos la fraccin de perlita proeutectoide en funcin del aumento de velocidad:v1fw(perlita-proeutectoide) = OA/Aev2fw(perlita-proeutectoide) = OA/Ae Ae >Ae>Ae, luegov3fw(perlita-proeutectoide) = OA/Ae venfriamiento fw(perlita)

Al desplazarse hacia la izquierda el punto e (ee) aumenta fw(perlita) luego:

La carga de rotura de un acero ferritoperltico es aproximadamente: Rm(acero) = 300 fw()+800 fw(p) Rm(acero) cuando aumenta fw(p)

fw()+ fw(p)=1 venfriamiento fw(p) Rm(acero) venfriamiento d(tamao de grano ferrita proeutectoide) Re (y)

Comparando dos muestras de un mismo acero, calentadas ambas hasta idntica temperatura de austenizacin enfriada una de ellas con enfriamiento de equilibrio y la otra con enfriamiento ligeramente ms rpido, LA CANTIDAD DE PERLITA OBSERVADA A LA TEMPERATURA AMBIENTE ES MAYOR EN EL SEGUNDO CASO.

En general, un aumento de la velocidad de enfriamiento (v3>v2>v1) -siempre que sta origine ferrita proeutectoide y perlita como constituyentes- se traduce en una disminucin de la temperatura A3r. Ello se debe a que la formacin de ferrita proeutectoide durante el enfriamiento se realiza por un proceso de nucleacin y crecimiento.

Al aumentar la velocidad de enfriamiento continuo de la austenita para un acero con C1 % de carbono (< 0.77 %), disminuye la temperatura a la que comienza la formacin de ferrita: T1 para velocidad v1, T2 para la velocidad v2, etc. Adems, puede decirse que el tamao crtico del ncleo de ferrita disminuye con la velocidad de enfriamiento. Por consiguiente, el grano de ferrita proeutectoide ser ms fino si el enfriamiento es ms rpido. Las lneas de transformacin en el diagrama Fe-C quedarn modificadas para velocidades de enfriamiento creciente. El punto eutectoide para la velocidad de enfriamiento v1corresponder a la temperatura y composicin de E1. Anlogamente, para la velocidad v2 el punto eutectoide ser E2, para v3 ser E3, etc. Una vez transformada la austenita C1, la relacin perlita/ferrita es mayor cuando las velocidades de enfriamiento han sido ms rpidas.

Al ir aumentando la velocidad de enfriamiento aumenta el nmero de ncleos y el tamao de grano ser ms fino (menos grosero)

v1

v2

v3

v1

v2v3

T1

T2

T3

Podra objetarse que la perlita, por ser ms diluida (menos rica en carbono para velocidades crecientes) no presentar una carga de rotura de 800 MPa; pero dado que el aumento de velocidad, disminuye el espaciado S0entre lminas de ferrita y cementita, aqulla -aunque empobrecida en C- llega a tener cargas de rotura superiores a 800 MPa. Luego al aumentar la velocidad de enfriamiento, vENF, la perlita aparece diluida Rm (p) y aumenta la tenacidad. La ferrita de la perlita en el caso de un aumento de la velocidad es mayor que en el equilibrio.

Por tanto, crece el perlitico con la velocidad de enfriamientoLuego S0> S0, aumenta a expensas solo de la ferrita.

Si hay una grieta en el bastn de Fe3C, la vibracin se amortigua la perlita diluida es ms tenaz. La fase acolcha los bastones de cementita

Factor de dilucin, fD

0 0

; ; ; D D D D

S Sf f f f t t

t t

VELOCIDADES DE ENFRIAMIENTO MAYORES DE LA DE EQUILIBRIO

eq eq'

'

6.67 6.67 0.77100 100; 0.77 %; Ae Ae'

' 6.67 0.0218 6.67 0.(v v ) (v v

0218)e e

COA OAperlitica perlitica ya que C

Ae Ae

Otra forma de explicarlo (Partiendo del mismo C inicial, T=Cte y Fe3C = Cte, con independencia de la velocidad de enfriamiento):Al aumentar la velocidad de enfriamiento , sube fv(perlita), luego disminuye el contenido en ferrita proeutectoide [ fv(-pro)]Baja la cantidad de proeutectoide Sube la cantidad de eutectoide (el de la perlita). La cementita se mantiene constante La perlita se diluye. Debido al trasvase de proeutectoide que se produce al interior de las lminas de la perlita

3

3 3( ) ( ) ( ) ; ( ) ( ) ( ) ;

( ) ( )

v v e v e v v e v e

v v

T

f pro f f Fe C Cte f pro f f Fe C Cte

f

a Cte y F

pro f pe

e C C

rli

e

t

t

a Cte

( ) ( )

: ( ) ( )

v v e

v v

f pro y f para mantener

igualdad f pro f eutectoide k

t

S0 (v>veq)S0

Existe una velocidad crtica (vc*) cuando el tamao de grano es grande las rpidas velocidades de enfriamiento acentan la formacin de estructuras Widmastatten (la ferrita se desarrolla en hbitos aciculares). Como las velocidades de enfriamiento al aire en aceros binarios es mayor que las de equilibrio, es frecuente encontrar acicular en aceros en estado bruto de moldeo, aceros en estado bruto de laminacin o forja, en cordones de soldadura

Por difraccin de Rayos X podemos ver los planos (111) y (110), ya que la ferrita acicular tiene un hbito de crecimiento de forma que:(111) // (110) Como la velocidad de difusin del C es mayor en direcciones paralelas a los planos (111) de la fase , las agujas de crecen preferencialmente de modo que sus planos (110) coinciden con los (111) de .

La estructura acicular (estructuras Widmansttten) no es conveniente porque tiene efecto de entalla y es una estructura muy desfavorable desde el punto de vista industrial por las bajas propiedades mecnicas que confiere al acero, concretamente su baja tenacidad. Hay que hacer un normalizado para hacer desaparecer la morfologa acicular de la fase .

Si la velocidad de enfriamiento es aun mayor, la fase se transforma en otros constituyentes (perlita fina, bainita o martensita)

Por aumento de la velocidad de enfriamiento es imposible que un acero hipereutectoide se transforme en hipoeutectoide.

VELOCIDADES DE ENFRIAMIENTO MAYORES DE LA DE EQUILIBRIOCuando el dimetro de grano austentico es grande, las rpidas velocidades de enfriamiento v3 acentan la formacin de estructuras Widmansttten. El crecimiento de un cristal de ferrita depende, en parte, de la velocidad de desprendimiento del calor latente de la transformacin , y en parte de la velocidad de cesin del C en exceso desde la ferrita formada.El cristal de ferrita slo adoptar la forma polidrica si las velocidades de evacuacin del calor desprendido y del C en exceso son suficientes. Cuando la velocidad de enfriamiento - y por consiguiente, la velocidad de transformacin- aumenta, la cantidad de calor latente que debe ser cedido por unidad de tiempo a travs de la intercara ferrita-austenita, tambin aumenta. El que crezcan las puntas y las aristas de los cristales de ferrita permite que el calor pueda desprenderse en mltiples direcciones; ya que el crecimiento paralelo a s mismo de un elemento de superficie plano slo permitira el desprendimiento de calor en la direccin perpendicular a dicho elemento.La difusin del C se realiza con mayor dificultad a medida que la transformacin progresa, porque el C se acumula en la austenita inmediatamente contigua a la ferrita formada. La formacin de agujas de ferrita facilita tambin la expulsin y difusin del C en mltiples direcciones llegando a enriquecer en C zonas centrales del grano sin precisar para ello grandes recorridos de los tomos del C.

Las temperaturas a las que se presenta la transformacin eutectoide y los contenidos en C de la austenita eutectoide Fe-C-Mn varan en el sentido sealado por las curvas debidas a Bain. Y dado que el punto eutectoide presenta menorescontenidos en carbono y menores temperaturas, cuando el tanto por ciento de Mn [o de Ni] crece, se deriva de ello entreotras, la siguiente consecuencia microgrfica:

Para porcentajes en gammgenos que no impidan la transformacin eutectoide a temperaturas superiores a la ambiental,la estructura microgrfica de un acero hipoeutectoide normalizado (es decir, enfriado al aire desde el estado austentico)seguir siendo de ferrita y perlita. La disminucin de A3 origina un AFINO DE GRANO DE LA FERRITA PROEUTECTOIDE y, porotro lado, para igual contenido en carbono, la proporcin de perlita vara en el mismo sentido que el manganeso: aumentacuando el % de Mn es mayor.

Influencia de la concentracin de varios elementos aleantes genosy -genos sobre la temperatura y composicin ( % C en peso) eutectoide del acero

Mn

PRESENCIA DEL ELEMEnTO DE ALEACIN Mn

ELEMENTOS GAMGENOS / IMPLICACIONES TECNOLOGICAS

1.- Si el punto eutectoide (E) se desplaza hacia la izquierda, se tiene que aumenta el % de perlita, quedando diluida (menos rica en carbono para contenidos crecientes en Mn). Aumenta la carga de rotura del acero.

La carga de rotura de un acero hipoeutectoide con estructura ferrito-perltica puede estimarse que es, aproximadamente, igual a la suma de dos productos: % de ferrita multiplicado por la carga de rotura de la ferrita aleada, y % de perlita multiplicado por la carga de rotura de sta [Carga de rotura de la perlita (800 MPa > Carga rotura ferrita (300 Mpa)]. Y puesto que al aumentar en Mn aumenta, al menos, el % de perlita, la carga de rotura del acero ser ms elevada que la del acero sin manganeso (Por otra parte, al entrar el Mn en solucin slida en la ferrita, aumenta tambin la carga de rotura de la ferrita proeutectoide).

% ( ) ( ) (ac)vMn perlita P f P Rm

2.- La perlita resulta diluida El acero se hace ms tenaz

3.- La presencia de Mn da lugar a la disminucin de A3, que origina un afino de grano de la ferrita proeutectoide. Produce algo similar al aumento de la velocidad de enfriamiento. Con el afino de grano (d) mejora el lmite elstico. Adems hay distorsin de las celdas, lo que hace que tambin aumente el lmite elstico por solucin slida.

Mn d(tamao de grano ferrita proeutectoide) Re (y)

Para contenidos crecientes de Mn el punto eutectoide presenta menores contenidos en carbono y menores temperaturas.

Perlita diluida

Si hay una grieta en el bastn de Fe3C, la vibracin se amortigua La perlita diluida es ms tenaz

Otra forma de explicarlo (Partiendo del mismo C inicial, T=Cte y Fe3C = Cte, con independencia del contenido en Mn):Al aumentar el contenido en Mn, sube fv(perlita), luego disminuye el contenido en ferrita proeutectoide [ fv(-pro)]Baja la cantidad de proeutectoide Sube la cantidad de eutectoide (el de la perlita). La cementita se mantiene constante La perlita se diluye. Debido al trasvase de proeutectoide que se produce al interior de las lminas de la perlita

3

3 3( ) ( ) ( ) ; ( ) ( ) ( ) ;

( ) ( )

v v e v e v v e v e

v v

T

f pro f f Fe C Cte f pro f f Fe C Cte

f

a Cte y F

pro f pe

e C C

rli

e

t

t

a Cte

( ) ( )

: ( ) ( )

v v e

v v

f pro y f para mantener

igualdad f pro f eutectoide k

PERLITA DILUIDA. PROPIEDADES QUE IMPLICA

''

6.67 6.67 0.77100 % 0 100; 0.77 %; Ae Ae'

' 6.67 0.0218 6.67 0.(% Mn a) (

02 8)

1

ee

COA OAperlitica perlitica Mn ya que C

Ae Ae

Estudiemos la fraccin de perlita proeutectoide de un acero con un contenido en carbono del C0 % cuando aumenta el contenido en Mn :%Mn=0fw(perlita-proeutectoide) = OA/Ae%Mn=a fw(perlita-proeutectoide) = OA/Ae Ae >Ae>Ae, luego%Mn=b (b>a) fw(perlita-proeutectoide) = OA/Ae Mn fw(perlita)

La ferrita de la perlita en el caso de que el acero contenga Mn es mayor que si %Mn=0.

%Mn=0

%Mn=a

(i).- La carga de rotura de un acero ferritoperltico es aproximadamente: Rm(acero) = 300 fw()+800 fw(p) Rm(acero) cuando aumenta fw(p)

fw()+ fw(p)=1 Mn fw(p) Rm(acero)

(ii).- Mn A3 (disminuye la temperatura a la que comienza la formacin de ferrita) d(tamao de grano ferrita proeutectoide), mayor capacidad de absorber esfuerzos Re (y); Rm, AT, ITT ( tenacidad)(iii).- Mn Ce fw(p) S0 Rm y aumento de la tenacidad (iv).- fw(p) AT(v).- Mn Distorsin de la red de Fe() Rm y HB

S0(Mn A3)S0

Ms Agrietabilidad Aleado Ms Mayor salto trmico Agrietabilidad

4- Comparando el acero de 0.45 % C con la aleacin del apartado 1 -de 3.5 %C- sealar, razonadamente, cul de estas dos aleaciones es ms propensa al agrietamiento por temple en agua.

La agrietabilidad por temple aumenta cuando disminuye la temperatura de transformacin martenstica (MS). Cuanto mas aleado es el acero menor es esta temperatura. Por lo tanto la fundicin de 3.5 % C est mas aleada (el C es un aleante) luego tiene menor Ms y, por tanto, es la que tiene mayor susceptibilidad al agrietamiento.

( ) 561 474 % 33 % 17 % 17 % 21 % 11 % 11 %( ) SM C C Mn Ni Cr Mo W Si

Steven, corregida por Irving

( ) 561 474 % ( ) minS SM C C M C dis uye linealmente con el contenido en C

Si no hay elementos de aleacin, aparte del carbono:

Cuando en la periferia se forma martensita -y aumenta el volumen de esa zona- el ncleo, en cambio, sigue siendo austentico. En ese caso las tensiones a que se ve sometido el ncleo de la pieza como resultado de la dilatacin de la periferia se absorben a modo de deformacin plstica del ncleo. Pero cuando llega el momento de la transformacin de austenita a martensita en el ncleo, las zonas externas -ya martensticas-estn a temperaturas ms bajas y tienen poca plasticidad.

As cuando el ncleo se transforma en martensita, tambin con aumento de volumen, las zonas perifricas, martensticas y poco plsticas, ejercen una accin a modo de "zuncho" sobre el ncleo. La dilatacin del ncleo puede llegar a producir, por rotura de ese zunchado perifrico, la aparicin de grietas (a lo largo de las generatrices del redondo si se trata de una pieza cilndrica).

Cuanto menor sea la temperatura Ms del acero menor ser la plasticidad de la martensita perifrica al llegar el momento en que el ncleo se transforme en martensita y aumente de volumen. Esa escasa plasticidad de la periferia martenstica favorecer la posibilidad de que se formen grietas en ese momento.

Menos aleado Mayor Ms Mayor salto trmico (ST) necesario para llevar a cabo la transformacin de la Austenita Martensita Menor % de austenita residual.NOTA: el temple en aceite es menos severo que en agua, pero ms que en el aire. En este, el gradiente de temperatura periferia-ncleo de la pieza durante el enfriamiento ser menor que en agua y por tanto el riesgo de agrietamiento sera menor. El temple en medios menos severos (Tm), para un mismo acero (Ms = Cte) conlleva mayor cantidad de austenita residual, ya que ST = Ms-Tm disminuye su valor.

5- Comparando dos piezas iguales de aceros de 0.45 % C -uno aleado y otro no- indicar, razonndolo, cul de las dos presentar ms austenita residual tras temple en aceite.

6- Cul es la temperatura lmite, ms alta, a la que puede efectuarse un revenido del acero no aleado de 0.45 % de carbono?

Revenido: conjunto de alteraciones experimentadas en una aleacin al someterla a un calentamiento subcrtico (sin llegar a la transformacin alotrpica: Alfa Gamma, es decir, evitando los cambios alotrpicos en la estructura). Por lo tanto, para 0.45 % C la temperatura lmite es Ae=727 C.

a

0.011V =e% S mres

Tidual

M

Tm = Temperatura final del medio (temperatura de enfriamiento instantnea).Ms-Tm = Salto trmico que provee la energa refrigerante para poder vencer el avance de las agujas de martensita (as las agujas pueden progresar verificando la transformacin martenstica).

La presencia de los elementos de aleacin tiene varios efectos perniciosos para la presencia de retenida:(1).- Los elementos de aleacin hacen ms refractaria a la austenita e impiden la transformacin martenstica (Mayor austenita residual)(2).- Pueden hacer que disminuye la conductividad trmica del acero, lo que hace que aumente la diferencia de velocidades de enfriamiento entre la periferia y el ncleo y, por tanto, que tambin aumente la cantidad de austenita retenida en el centro.(3).- El efecto inhibidor de los aleantes mantiene el tamao de grano austentico fino, lo que empeora la capacidad de la transformacin martenstica, ya que los granos finos, con gran cantidad de juntas de grano, suponen un obstculo a la formacin de martensita ( dMsMayor % de austenita residual.).

8- Contenido mximo de carbono que podra llegar a alcanzar la austenita a 930 C en esa atmsfera carburante.

Si queremos aumentar perifricamente el %C de dicho acero (aumentar la dureza superficialmente) debemos calentar el acero hasta la temperatura de austenizacin, para que el carbono se difunda desde la atmsfera circundante hasta el interior de la pieza, para que se enriquezca hasta contenidos prximos al eutectoide ( 0.7 %C)Si la temperatura es inferior a la de austenizacin del hierro-alfa (ferrita) saturado en C, no se consigue el enriquecimiento en C ya que la solubilidad de C en el hierro-alfa (ferrita) es muy pequea (0.0218% C mximo).La austenita, con mayor capacidad de aceptar C en la estructura, permitirla alcanzar contenidos en C ms elevados en la superficie (0.5 %C, valor tpico en aceros cementados)

7- Justificar por qu - o por qu no- es necesario austenizar un acero, por ejemplo de 0.1 %C, si se desea incrementar perifricamente su contenido en carbono mediante una adecuada atmsfera carburante.

1148 727 930 727

2.11 0.77 0.77C

930 C

Tringulo rojo

Tringulo azul

C=1.42 %

1148 727 1148 930

2.11 0.77 2.11 C

C=1.416 %

En la prctica los contenidos en C se limitan a valores prximos al punto eutectoide, para evitar tener un acero hipereutectoide y as no correr el riesgo de que se forme cementita proeutectoide, que es un constituyente fragilizantede la estructura

El contenido mximo en C corresponde a la composicin del acero que tenga por temperatura Acm la correspondiente al proceso de cementacin (930 C)

Acm = 930 C

1- Despus de pulir una probeta del acero binario A y otra del acero binario B (las cuales previamente han sido recocidas de tal modo quesus estructuras concuerdan con las del diagrama metaestable Fe-C), se atacan con nital para su observacin metalogrfica. Examinadas almicroscopio, se pone de manifiesto que la fraccin de superficie blanca es igual en ambas muestras.Como complemento se determina con un durmetro la dureza de la zona o constituyente blanco del acero B, que resulta ser muy superior ala dureza de la zona blanca de A. Admitiendo que la densidad del constituyente blanco del acero A sea igual a la densidad delconstituyente blanco del acero B, deducir los porcentajes en carbono de los aceros A y B.

2- Dibujar, precisando sus distintos puntos en temperatura y composiciones, el diagrama metaestable Fe-C; y (basndose en l) deducir la estructura primaria de solidificacin de los aceros A y B. Razonar si la estructura columnar ser ms o menos acusada en estos aceros A y B, que en el caso del Fe puro.

3- Sealar las diferencias entre el acero A y el acero B: en cuanto a su temperatura de temple, y en cuanto al riesgo de agrietamiento en el temple.4- Supongamos que el acero A tuviera 10 % en peso de ferrita proeutectoide. Precisar los valores de los puntos crticos A1, A2, A3, Acm en ambos aceros A y B.5- Tipos de recocido -y criterios para su empleo- en el caso del acero A y en el caso del acero B.6- Diferencias entre la estructura de normalizado del acero A y la de otro acero, tambin en estado normalizado, pero que con idntico carbono al del acero A tenga adems 1.2 % Mn.7- Es susceptible de ser cementado el acero A? Y un acero idntico al A pero con presencia de Mo y W (elementos alfgenos carburigenos). Razonar la respuesta.

P2/ Problema B

1- Despus de pulir una probeta del acero binario A y otra del acero binario B (las cuales previamente han sido recocidas de tal modo que susestructuras concuerdan con las del diagrama metaestable Fe-C), se atacan con nital para su observacin metalogrfica. Examinadas almicroscopio, se pone de manifiesto que la fraccin de superficie blanca es igual en ambas muestras.Como complemento se determina con un durmetro la dureza de la zona o constituyente blanco del acero B, que resulta ser muy superior a ladureza de la zona blanca de A. Admitiendo que la densidad del constituyente blanco del acero A sea igual a la densidad del constituyenteblanco del acero B, deducir los porcentajes en carbono de los aceros A y B.

Sabemos que la dureza es: cementita>austenita>ferrita. Muestras de acero %C < 2.11 %Al atacar con nital, la parte blanca puede ser ferrita o cementita. Como la zona blanca de A es de menor dureza que la de B y la cementita es de ms dureza que la ferrita, se tiene : Zona blanca (A): ferrita. Zona blanca (B): cementita. La fraccin obscura sern colonias de perlita.

Luego el primero es un acero hipoeutectoide y el segundo hipereutectoide. Por los datos sabes que:% FPe (% en peso de ferrita proeutectoide) = % CPe (% en peso de cementita proeutectoide).

A B % %Pe PeF C

0.77 0.77

5.9 0.77 0.7482 0.770.77 0.0218 6.67 0.77

A BA B

4.543 5.9 0.7482 0.5761 5.9 0.7482 5.1191 0.1268 0.8676

7.8856 6.8419

A B A B A B

B A

A- Acero hipoeutectoide CMAX(A)=0.77 %

B- Acero hipereutectoide CMIN(B)=0.77 %

CMAX(A)=0.77 % CMIN(B)

CMAX(B)=2.11 % CMIN(A)

0.1268 0.8676A B

7.8856 6.8419B A

CMIN(A)=0.60

CMIN(B)= 0.770.60< A

2- Dibujar, precisando sus distintos puntos en temperatura y composiciones, el diagrama metaestable Fe-C; y (basndose en l) deducir la estructura primaria de solidificacin de los aceros A y B.

Razonar si la estructura columnar ser ms o menos acusada en estos aceros A y B, que en el caso del Fe puro.

Elemento matriz y elemento disperso, en cada acero:

Fe puro: solidificacin a temperatura constante.Aceros: solidifican en un intervalo de temperatura.

ACERO B (Hipereutectoide)(La cementita proeutectoide hace de continuo

aglomerante de las colonias de perlita)

ACERO A (Hipoeutectoide)(La ferrita proeutectoide hace de continuo

aglomerante de las colonias de perlita)

Las solidificaciones reales no se realizan isotrmicamente, sino con un gradiente de temperatura en el lquidoSupongamos que el metal lquido est contenido en un molde, a travs de cuya pared se establece un gradiente real de temperatura como el indicado en la figura 1.

El lquido comprendido entre O y E podr solidificar puesto que se halla a temperatura inferior a TE. La solidificacin se iniciar en la pared 001 que, por hallarse a temperatura T1, es la regin lquida -con mayor subenfriamiento.

En esa pared 001 aparecer un gran nmero de ncleos, superior al que cabra esperar en razn del enfriamiento, ya que a ste se aade ordinariamente un efecto de nucleacin heterognea debido a la influencia "soporte" de la pared de la lingotera.

Consideraciones sobre el crecimiento de ncleos con flujo direccional de calor Figura 1. Perfil de temperaturas en un molde.En abscisas: distancia a la pared del molde. En ordenadas: temperaturas

SUBENFRIAMIENTO

Como consecuencia de la formacin de estos ncleos, la temperatura en 001 deja de ser T1 y alcanza el valor TE. Al mismo tiempo, el calor latente L desprendido al solidificar ser cedido en parte a la lingotera metlica, y en parte al lquido, recalentndolo. Debido a ello el gradiente real de temperatura a ambos lados del metal solidificado quedar en la forma indicada en la figura 2, por lo que, entre O y M, el gradiente de temperatura en el lquido es negativo.

Figura 2. Gradiente real de temperatura.

O1

O E

Ncleo

El subenfriamiento en la intercara lquida es tanto menor (o mayor) cuanto menor (o mayor) sea la fraccin del calor latente cedida a travs de la pared de la lingotera, segn se ilustra grficamente en las figuras 3 y 4.

El Modelo 1 (figura 3) correspondera a la solidificacin del metal en el interior de un molde muy refractario.

El crecimiento de los ncleos perifricos hacia E se realizar lentamente debido al pequeo subenfriamiento. Entre tanto, nacern nuevos ncleos en el interior del lquido comprendido entre O y E, que, por simple obstaculizacin mecnica, llegarn a frenar el crecimiento de los ncleos perifricos.

Si las condiciones reales de solidificacin son las que corresponden al Modelo 2 (figura 4): cesin de calor casi exclusivamente a travs del slido, los ncleos nacidos en la pared crecern a gran velocidad hacia E sin dar tiempo a la formacin de otros ncleos en el interior del lquido comprendido entre O y E.

Figura 3.- Modelo 1 de eliminacinde calor latente de solidificacin.

Figura 4.- Modelo 2 de eliminacinde calor latente de solidificacin.

De ah que el crecimiento de ncleos con cesin del calor latente casi exclusivamente al slido, no slo da origen a granos alargados y ortogonales a las isotermas formando una estructura denominada columnar o basltica, sino que adems dichos granos presentan una orientacin cristalogrfica comn, que se denomina textura de solidificacin.

Los ncleos nacidos con orientaciones al azar en la pared tienen tendencia a crecer con mayor rapidez en determinadas direcciones privilegiadas, por ello, si la orientacin preferencial de crecimiento es muy diferente a la de flujo de calor, el grano alargado ser rpidamente desbordado por sus vecinos orientados de acuerdo con la direccin elegida.

Crecimiento selectivo de granos.

Razonar si la estructura columnar ser ms o menos acusada en estos aceros A (hipoeutectoide) y B (hipereutectoide), que en el caso del Fe puro.

Al comparar para un mismo gradiente real de enfriamiento rpidola solidificacin de una solucin slida con la del metal puro disolvente, pueden deducirse diferencias en cuanto a espesores de estructura columnar.

La temperatura de solidificacin constante TM del metal puro, queda sustituida en el caso de la solucin slida por la curva de trazos T2T1, (figura VI.16) y, por consiguiente, el subenfriamiento en la intercara en el caso de la solucin slida (subenfriamiento constitucional) es menor que en el caso del metal puro de punto de solidificacin TM. (Figura VI. 15).

El crecimiento de los dendritos columnares de solucin slida ser ms lento que en el caso del metal puro y, por consiguiente, la nucleacin de los granos equixicosaparecer antes, frenando el crecimiento de los granos columnares.

En la prctica se observa que la estructura columna ser mayor en el metal puro que en la solucin slida, debido a que el metal puro solidifica ms rpido. Las diferencias son ms acusadas cuanto menor sea el coeficiente de reparto

K=CS/CL

3- Sealar las diferencias entre el acero A (hipoeutectoide) y el acero B (hipereutectoide): en cuanto a su temperatura de temple, y en cuanto al riesgo de agrietamiento en el temple.

Acero A Acero B

Templar una pieza de acero es lograr que su estructura sea plenamente martenstica. Para ello es necesario austenizar la pieza y enfriarla de tal modo que en el centro de la pieza la velocidad de enfriamiento supere un cierto valor crtico VC a fin de que las austenita proporcione martensita sin transformaciones previas en las zonas perltica o baintica.

La temperatura de austenizacin previa al temple, que suele denominarse temperatura de temple, no debe ser excesivamente alta: a fin de evitar sobrecalentamientos (que originaran una martensita grosera, poco tenaz) y/o "quemados. En cambio, una austenizacin incompleta de estos aceros producira, al templar, una mezcla de ferrita (blanda) y martensita y, por tanto, menor resistencia que si la estructura fuera plenamente martenstica. Como TEMPERATURA DE TEMPLE para los aceros hipoeutectoides suele tomarse:

T= A3c+ (40C - 60C)

En cambio, los aceros hipereutectoides deben austenizarse slo parcialmente; al templar no se obtendr 100% de martensita sino una dispersin de cementita proeutectoide en una matriz de martensita (la cementita es tambin un constituyente duro).

La razn de templar as los aceros hipereutectoides -la austenizacin completa exigira superar la temperatura Acm es evitar el sobrecalentamiento y/o quemado del acero. Los aceros hipereutectoides resultan muy propensos al sobrecalentamiento por la proximidad de Acm a la lnea del solidus del diagrama Fe-Fe3C; advirtase que, por ejemplo, para un acero de 2 %C la austenizacin completa exigira alcanzar temperaturas prximas a la de fusin ( un acero binario de 2.11%C empezara a fundir al alcanzarse 1148 C).

TLQUIDUS (A) > T LQUIDUS (B): el riesgo de quemado es mayor en B que en A.

( ) 561 474 % ( ) minS SM C C M C dis uye linealmente con el contenido en C

Steven, corregida por Irving ( ) 561 474 % 33 % 17 % 17 % 21 % 11 % 11 %( ) SM C C Mn Ni Cr Mo W Si

Si no hay elementos de aleacin a parte del carbono:

Acero A Acero B

Cuando en la periferia se forma martensita -y aumenta el volumen de esa zona- el ncleo, en cambio, sigue siendo austentico. En ese caso las tensiones a que se ve sometido el ncleo de la pieza como resultado de la dilatacin de la periferia se absorben a modo de deformacin plstica del ncleo. Pero cuando llega el momento de la transformacin de austenita a martensita en el ncleo, las zonas externas -ya martensticas- estn a temperaturas ms bajas y tienen poca plasticidad.

As cuando el ncleo se transforma en martensita, tambin con aumento de volumen, las zonas perifricas, martensticas y poco plsticas, ejercen una accin a modo de "zuncho" sobre el ncleo. La dilatacin del ncleo puede llegar a producir, por rotura de ese zunchado perifrico, la aparicin de grietas (a lo largo de las generatrices del redondo si se trata de una pieza cilndrica).

Cuanto menor sea la temperatura Ms del acero menor ser la plasticidad de la martensita perifrica al llegar el momento en que el ncleo se transforme en martensita y aumente de volumen. Esa escasa plasticidad de la periferia martenstica favorecer la posibilidad de que se formen grietas en ese momento.

% CA< % CB MS(A) > MS(B) Mayor salto trmico en el acero B (aumenta el gradiente de temperatura entre la periferia y el ncleo) Mayor riesgo de agrietabilidad en el acero B que en el A. (Recordar que MS es la temperatura a la que se forma el 1% de martensita).

4- Supongamos que el acero A tuviera 10 % en peso de ferrita proeutectoide. Precisar los valores de los puntos crticos A1, A2, A3, Acm en ambos aceros A y B.

7.8856 6.8419B A

0.7710 100 0.695 %

0.77 0.0218

APe A

CF C

A tiene 10 % en peso de ferrita proeutectoide

Usando la expresin:

6.8419 7.8856 6.8419 7.8856 0.695 1.36 %B A x

A1: Temperatura final de la transformacin A2: temperatura de cambio magntico en la ferrita.A3: temperatura lmite de saturacin de en carbono.Acm: temperatura lmite de saturacin de en carbono.

Acero A Acero B

A1 727 727

A2 ------ 727

A3 745 727

Acm ------ 912

0.695 1.36Tringulo verde

Tringulo azul

33

727912 727745

0.77 0 0.77 0.685

AA C

7271148 727912

2.11 0.77 1.36 0.77

cmcm

AA C

5- Tipos de recocido -y criterios para su empleo- en el caso del acero A (hipoeutectoide) y en el caso del acero B (hipereutectoide).

Los recocidos supercrticos requieren austenizacin previa por encima de Ae.El recocido de regeneracin slo se usa en aceros hipoeutectoides (A), ya que en los hipereutectoides (B) comporta riesgo de sobrecalentamiento y/o quemado. Se obtiene estructura ferrito-perltica (perlita laminar gruesa).El recocido de austenizacin incompleta, puede emplearse en ambos (no hay riesgo de sobrecalentamiento). Se obtiene una estructura de ferrita y de un agregado que recibe el nombre de globulita (glbulos de Fe3C dispersos en una matriz ferrtica).En los recocidos subcrticos, la pieza se calienta hasta casi Ae pero por debajo de esta forma no hay riesgo de deformacin ni agrietamiento por transformaciones alotrpicas, que no existen en este tratamiento. Por tanto, pueden emplearse en ambos aceros.

Los recocidos tienen por finalidad ablandar el acero para poderlo mecanizar o para conformarlo en fro. Ello es posible por haber logrado, en el enfriamiento, estructuras ferritoperlticas que son ms blandas que las bainticas o las martensticas.

Desde las temperaturas de austenizacin total o parcial, el acero puede tambin ser enfriado por inmersin en un bao de sales fundidas cuya temperatura se mantiene constante. Esa temperatura debe ser inferior (y prxima) a la temperatura Ae. Tal es el caso del recocido isotrmico (Figura).Varias son las razones que pueden aconsejar el empleo del recocido isotrmico para un determinado acero, tanto si el calentamiento ha sido de austenizacin completa como de austenizacin incompleta. Por una parte puede fijarse esa temperatura constante y la transformacin de la austenita ser uniforme en cualquier punto de la pieza. Ello permite controlar el espaciado entre lminas, S0, de la perlita; y la regularidad de esa perlita tanto en las zonas masivas como en las de menor seccin de la pieza.

Recocido isotrmico

Por otra parte puede elegirse una temperatura de las sales fundidas tal que toda la austenita se transforme plenamente en perlita diluida (sin aparicin de ferrita proeutectoide); y ello permite, adems, enmascarar la estructura bandeada caracterstica de los aceros forjados.El recocido isotrmico se hace particularmente necesario cuando el acero tiene gran templabilidad, como ocurre con muchos acerosautotemplantes empleados para herramientas. En efecto, cuanto ms fcil resulta de templar un acero en un medio poco severo tanto ms dificilresulta de ablandar. En esos casos, por ejemplo, el lento enfriamiento continuo -entre Ae y 50C menos- necesario para posibilitar la transformacin de la austenita en perlita, puede durar decenas de horas; pues de lo contrario las estructuras finales seran bainticas o martensticas. En cambio, con enfriamiento isotrmico, la transformacin isotrmica de la austenita en perlita puede realizarse en menos tiempo: habida cuenta de la gran capacidad de absorcin de calor de las sales fundidas si se compara con la del aire.

Eso mismo justifica que, para aceros de gran templabilidad, despus de conformar una pieza en estado gamma se aconseje su inmediata inmersin en sales fundidas cuya temperatura sea inferior y prxima a Ae. En cambio, si esa pieza se dejara enfriar al aire desde el estado gamma de forja se obtendra una estructura dura, de bainita o martensita, inadecuada para aquellas operaciones complementarias. Con ese enfriamiento isotrmico despus de forja se ahorra energa al lograr directamente una estructura perltica, blanda, apta para las operaciones de mecanizado y taladros que la pieza requiera a continuacin. La resistencia mecnica, Rm, de la perlita es inversamente proporcional a la raz cuadrada del espaciado interlaminar S0.

Recocido isotrmico

6- Diferencias entre la estructura de normalizado del acero A y la de otro acero, tambin en estado normalizado, pero que con idntico

carbono al del acero A tenga adems 1.2 % Mn. Ver problema 1, apartado 3

En un acero, cuanto mayor sea la cantidad de Mn (elemento gammgeno) ms baja ser la temperatura de austenizacin. Por tanto, al enfriar al aire tambin obtendremos una estructura de ferrita y perlita, pero con un menor tamao de grano de la ferrita proeutectoide. Adems, hay un desplazamiento del punto eutectoide hacia la izquierda, con lo que el % de perlita ser mayor, que en el caso del acero A sin alear. La carga de rotura es mayor (Ver problema 1/A, apartado 3).

0.695 %C

ET

E

El tratamiento trmico de normalizado consiste en austenizar el acero y, desde esa temperatura, enfriar luego al aire. La temperatura de austenizacin empleada para el normalizado conviene supere la A3 del acero entre 40C y 60C. De ese modo se acorta el tiempo total empleado en el tratamiento (se tarda menos para austenizar plenamente la estructura cuanto ms alta es la temperatura de austenizacin). Pero no se deben sobrepasar las temperaturas recomendadas a fin de evitar los riesgos de sobrecalentamiento y quemado. Si un acero hipoeutectoide no es autotemplante, es decir si no se produce martensita por simple enfriamiento al aire desde el estado austentico, la estructura resultante en el normalizado suele ser de ferrita y perlita laminar; tanto en la periferia como en el ncleo de la pieza normalizada. Si el acero fuera autotemplante por ser muy aleado (su curva TTT muy alejada del origen de tiempos) el enfriamiento al aire desde el estado gamma sera sencillamente un "temple al aire"; y en ese caso sera impropio emplear el trmino "normalizado" para designar a ese tratamiento trmico.

7- Es susceptible de ser cementado el acero A? Y un acero idntico al A pero con presencia de Mo y W (elementos alfgenos carburigenos). Razonar la respuesta.

Los aceros para cementar, deben tener un porcentaje de carbono menor del 0.2 % (%C

1- Determinar las temperaturas de inicio y final de solidificacin de un acero binario cuyo contenido en carbono es de 0.30 % en peso.2- Continuando un enfriamiento al aire hasta la temperatura ambiente, del acero del apartado anterior, y admitiendo que la ferrita y la perlita tengan respectivamente 295 N/mm2 y 790 N/mm2 de carga de rotura, determinar la carga de rotura de este acero.3- Dos aceros tienen igual contenido en carbono, uno aleado y otro no. Dibujar esquemticamente, en una misma figura de ejes coordenados HRc-T, la curvas de revenido de uno y otro acero. Indicar alguna conclusin prctica que puede deducirse de la comparacin entre ambas curvas.4- Al aumentar el dimetro de un cilindro de acero para temple, vara su templabilidad? Cmo vara el dimetro crtico real al 50 %, al variar la severidad de temple? y el dimetro crtico ideal?5- En las frmulas empricas para el clculo de las templabilidades existe un parmetro relacionado con el tamao de grano austentico. Para tamaos de grano mayores, las templabilidades aumentan o disminuyen? Raznese.6- Al templar un acero pueden presentarse estructuras microgrficas de ferrita y martensita? Tras revenido pueden obtenerse estructuras ferrito- perlticas? Razonar ambos casos.7- Diferencias entre: recocido de regeneracin, recocido subcrtico, y normalizado.8- Se podra afirmar, en algn caso, que un acero con 0.5 % de carbono resulte hipereutectoide? Raznese.9-10- La temperatura de transicin dctil-frgil de aceros ferrito-perlticos de alto y medio contenido en carbono puede calcularse por la expresin:

F = Fraccin volumtrica de ferrita proeutectoide del acerod = Dimetro de grano de la ferrita, en mmS0 = espaciado interlaminar de la perlita en mmp = tamao de las colonias de perlita en mmT = espesor de lmina de la cementita perltica, en mmSi = % de Si del acero;N = % de Nitrgeno disuelto intersticialmente.

Cuando aumenta el coeficiente de dilucin de la perlita, indicar en qu sentido (aumento o disminucin) vara la ITT C si el valor de p se supone que permanece invariable.

1/2 1/2 1/2 60ITT C 46 11.5d 1 335 5.6S 13.3 p 3.48x10 t 48.7Si 762 Nf f

P3/ Problema C

C=0.30 %

14951538 1495

0.53 0 0.53 0.30

iT

1

1495

Ti=1511 C

Tf=1469 C

Tf

Intervalo de solidificacin =IS== Ti Tf = 1511 1469 = 42 C

11481495 1148

2.11 0.17 2.11 0.30

fT

0.30 %

Ti

A3

1- Determinar las temperaturas de inicio y final de solidificacin de un acero binario cuyo contenido en carbono es de 0.30 % en peso.

Ti: temperatura de inicio de solidificacin:Tf: de final de solidificacin.

2 2eR ( / ) 0.6282 295 0.3718 790 479.04 / ( )N mm x x N mm MPa

2- Continuando un enfriamiento al aire hasta la temperatura ambiente, del acero del apartado anterior, y admitiendo que la ferrita y la perlita tengan respectivamente 295 N/mm2 y 790 N/mm2 de carga de rotura, determinar la carga de rotura de este acero.

e e eR (Acero) ( ) R ( ) (Perlita) R (Perlita)f Ferrita Ferrita f

0.77 0.3% 100 62.82 %

0.77 0.0218PROEUTECTOIDEFerrita

0.3 0.0218% 100 37.18 %, % 100 %

0.77 0.0218 PROEUTECTOIDEPerlita Perlita Ferrita

luego

Ejemplo: Acero dulce 1015-1020 (Thomas)(AISI 1015 1020). Aleacin: %C: 0.15 0.23 max; % Si: 0.1 - 0.2, % Mn: 0.30 - 0.60. Este acero se utiliza para piezas simples como pasadoras, engranajes, ejes, piezas troqueladas y estampadas, tornillera etc...Es utilizado por la industria en general.

Los aceros de bajo contenido de carbono (0.03 % < %C< 0.08 %C) poco resistentes resultan blandos. Suelen denominarse "dulces" (del francs "doux", blandos) o "suaves"(del ingls "mild"). Los aceros de medio carbono, semiduros o duros, y los de alto carbono extraduros. Su lmite mnimo de la resistencia a la rotura por traccin est comprendida entre 360 N/mm y 440 N/mm.

Aceros extradulces: Contenido en carbono inferior a 0.0218 %C

El acero aleado y el de carbono al inicio presentan la misma dureza para una determinada martensita. La dureza de la martensita se debe principalmente al % de C y no a los aleantes, por lo que a la temperatura ambiente tienen los dos la misma dureza al tener el mismo contenido en C.

Al calentar y aumentar la temperatura (T) para revenir, puede provocar la expulsin del C intersticial de la estructura de la martensita, que reaccionar con los tomos de Fe, dando como productos finales de descomposicin de la martensita: ferrita+cementita ( cementita dispersa en ferrita) disminuye la dureza (el acero ablanda) y aumenta la tenacidad (Objetivo del revenido).

Las conclusiones prcticas del grfico gobiernan el revenido de la martensita. El revenido en el no aleado dar un ablandamiento ideal para deformarlo. El aleado si se lleva a estos revenidos, en presencia de elementos carburgenos alfgenos y T 600 C, conseguiremos aumentar la tenacidad manteniendo prcticamente la dureza de partida. Este es el secreto de los aceros rpidos.

3- Dos aceros tienen igual contenido en carbono, uno aleado y otro no. Dibujar esquemticamente, en una misma figura de ejes coordenados HRc-T, la curvas de revenido de uno y otro acero. Indicar alguna conclusin prctica que puede deducirse de la comparacin entre ambas curvas.

Los tomos de C difunden mejor en los aceros no aleados, pues en los aleados los elementos de aleacin actan como barreras para que el C no escape de la red y ablande (Los aceros aleados ablandan a menor ritmo). Adems , saliendo el C de la red martensitica, los aleantes dan lugar a precipitados cuasicementiticos que aportan gran dureza (Fe,Cr)3C. De ah la diferencia de las curvas (Los aleantes estabilizan la dureza y resistencia de la martensita )

Los elementos de aleacin provocan una bajada de la dureza ms progresiva, que en el caso de aceros al C, por lo que el acero aleado, para una misma temperatura de revenido, presentar una mayor dureza

( log )T A K t

Templar una pieza de acero es lograr que su estructura sea plenamente martenstica. Para ello es necesario austenizar la pieza y enfriarla de tal modo que en el centro de la pieza la velocidad de enfriamiento supere un cierto valor critico Vc a fin de que las austenita proporcione martensita sin transformaciones previas en las zonas perltica o baintica. Templabilidad de un acero es su facilidad para ser templado.

Templabilidad es algo intrnseco al acero, e independiente del tamao de la pieza y de la severidad de enfriamiento empleada. La templabilidad viene definida por la curva TTT. Puede decirse que un acero es tanto ms "templable" cuanto ms alejada del origen de tiempos se encuentra su curva TTT.

Por tanto, la templabilidad depende exclusivamente de la COMPOSICIN QUMICA DEL ACERO -curvas TTT ms alejadas del origen de tiempos cuanto ms aleado (porque los elementos disueltos en la austenita retrasan las transformaciones perlticas y bainticas)-, y del TAMAO DE GRANO AUSTENTICO(mayor cuanto ms alta sea la temperatura de temple). A veces para aumentar la templabilidad de un acero poco templable se procura aumentar el tamao de grano austentico, templando desde temperaturas muy altas; o aumentando el tiempo de permanencia a la temperatura de austenizacin T. Pero esa prctica no es recomendable: porque la martensita formada en el temple a partir de un grano austentico de gran tamao resulta poco tenaz incluso despus de un revenido.

4- Al aumentar el dimetro de un cilindro de acero para temple, vara su templabilidad? Cmo vara el dimetro crtico real al 50 %, al variar la severidad de temple? y el dimetro crtico ideal?

Por tanto, al aumentar el dimetro de un cilindro de acero para temple su templabilidad no vara.Al aumentar la severidad del temple ( H), aumenta el dimetro crtico real, porque evacuamos mas calor en menos tiempo, por lo que podemos templar piezas de mayor dimensin.

Los grficos de la figura dan el valor del dimetro crtico ideal en funcin de los porcentajes de carbono y del tamao del grano.

El dimetro crtico ideal no vara.Es funcin del contenido en carbono (composicin qumica) y del tamao de grano austentico.

NOTA:No es lo mismo templabilidad y penetracin del temple. Se designa como penetracin del temple la distancia, a partir de la periferia, en que la pieza presenta estructura plenamente martenstica. La penetracin del temple viene determinada por la interseccin de las curvas de enfriamiento de los distintos puntos de la pieza -funcin del tamao de la pieza y de la severidad de temple- y la curva TTT del acero. La penetracin de temple puede aumentarse, por ejemplo, utilizando un agente refrigerante ms severo.

Dimetros crticos real e ideal

La templabilidad de un acero puede tambin conocerse mediante la determinacin de su dimetro crtico real, cuando se emplea un mismo refrigerante. La comparacin entre los dimetros crticos reales de diversos aceros templados en ese medio refrigerante permite comparar sus templabilidades.

La figura ilustra el resultado de templar, en un mismo refrigerante de severidad H1, varios redondos de dos aceros: un acero al carbono y un acero de media aleacin Cr-Ni-Mo, cuyas curvas TTT se indican en esa misma figura.

Dado que el refrigerante empleado es el mismo, los resultados del temple y por tanto sus diferencias en cuanto a templabilidad dependern exclusivamente de las curvas TTT de uno y otro acero si los redondos utilizados en el temple tienen el mismo dimetro en ambos casos.

Para un redondo de pequeo dimetro templan tanto la periferia como el ncleo de uno y otro acero. Pero para un dimetro mayor el primer acero logra obtener martensita en la periferia pero no en el ncleo; en cambio, para ese mismo dimetro, el segundo acero presenta martensita tanto en periferia como en el ncleo del redondo. Por tanto aunque no es lo mismo templabilidad que penetracin de temple puede asegurarse que el segundo acero tiene mayor templabilidad que el primero.

Para igual severidad H1 la penetracin del temple depende de la curva TTT. (a) acero al carbono, (b) acero de media aleacin

Si consideramos una serie de piezas de forma cilndrica, cuya longitud es muy grande con respecto a sus dimetros progresivamente crecientes,al enfriarlas desde una misma temperatura de austenizacin, en un medio de severidad de temple H, se observa que slo aquellas cuyo dimetro es inferior a un cierto valor De quedan completamente templadas, mientras que las restantes lo estn solo parcialmente. A este dimetro mximo por debajo del cual toda la estructura es martenstica, se denomina dimetro crtico.

Al templar un acero en un determinado medio refrigerante -de severidad H1-, se denomina dimetro crtico real del acero, Dcr, para severidad H1, al mayor redondo de ese acero que templado en ese medio refrigerante presenta en su centro una estructura del 99 % de martensita. El dimetro critico real de cada acero, para ese medio refrigerante H1, puede determinarse midiendo la penetracin de temple en la seccin transversal de redondos de tamao creciente, como se esquematiza en la figura 1.

Figura 1.- Determinacin del dimetro crtico real de un acero para severidad H1. D: dimetro del redondo d: profundidad de temple

Advirtase que el dimetro crtico real de un determinado acero resultar tanto mayor cuanto ms severo sea el medio de temple utilizado. As en la figura 2 se indican, para ese acero, sus dimetros crticos reales para diversas severidades crecientes. Experimentalmente se advierte que la curva llega a resultar asinttica a un cierto valor para severidad infinita del agente refrigerante.

Dimetros crticos reales de un cierto acero para diversas severidades de temple

Se denomina dimetro crtico ideal de un acero -Dci - al dimetro crtico real para severidad infinita. Es decir al mayor redondo de ese acero, que templado en un medio refrigerante de severidad infinita presenta en su centro una estructura de 99% de martensita. Se denomina "dimetro crtico ideal" porque supone que el agente refrigerante tiene una capacidad de absorcin de calor -"ideal"-, tal que la periferia del redondo adquiere instantneamente la temperatura del medio refrigerante. Es decir que el coeficiente de pelcula superficial M es infinito (aunque el interior del redondo no adquirir instantneamente la temperatura del medio).

Si se determinan los dimetros crticos ideales de diversos aceros -la severidad de temple es fija, infinita, en todos los casos- tendr mayor templabilidad aquel cuyo dimetro crtico ideal sea mayor. Pero, puesto que el dimetro crtico ideal del acero resulta ya independiente del agente refrigerante real en que vaya a ser templado, Do es una medida objetiva de la templabilidad de cada acero: cuanto ms alejada del origen de tiempos est la curva TTT de un acero mayor resultar tambin su dimetro crtico ideal. Parece razonable admitir que sin necesidad de determinarlo experimentalmentepueda calcularse el dimetro crtico ideal de un acero si se conoce su curva TTT; o lo que sera igual, ser calculado en funcin de la composicin qumica del acero y de su tamao de grano austentico.

Habida cuenta que el Jominy es tambin un ensayo de templabilidad, cabe suponer que habr cierta correlacin entre los resultados del ensayo Jominy de un acero y su dimetro crtico ideal. Efectivamente, conocida en la curva Jominy experimental de un acero su distancia J99, puede determinarse el dimetro crtico ideal de ese acero con ayuda de la figura (resultado igualmente de trabajos experimentales).

Equivalencias entre dimetro crtico ideal de un acero y su distancia Jominycon 99.9% de martensita

Ahora bien, es lgico pensar que el valor del dimetro crtico real sea funcin de la severidad de temple H; por tanto variar al variar sta. Se hace, pues, necesario fijar unas condiciones tipo de enfriamiento, que segn Grossmann, corresponden a un temple ideal. Tal temple sera realizado en unas condiciones en que la superficie del acero se enfra instantneamente, al medio capaz de conseguirlo, le correspondera una severidad H = . Segn esto, el dimetro crtico ideal de un acero se puede definir como el mayor dimetro de una barra cilndrica que, enfriada en un medio de severidad de temple infinito, presenta en su ncleo una estructura totalmente martenstica.

Conocer el dimetro crtico ideal de un acero resulta de gran utilidad para predecir los resultados del temple de ese acero en cualquier medio refrigerante H1 . En funcin del dimetro crtico ideal de un acero y de la severidad del agente en que va a ser templado, puede determinarse su dimetro crtico real: con ayuda del grfico de Grosman (Figuras a y b).En ingeniera de materiales el primer paso para la seleccin del acero ms conveniente para obtener estructura de martensita en cualquier punto de una determinada pieza, al ser enfriada sta en un refrigerante H1, consiste en calcular previamente su redondo equivalente. Es decir, hallar el dimetro de un cilindro de gran longitud cuyo ncleo enfre a la misma velocidad que el punto de ms lento enfriamiento de la pieza.Una vez determinado para H1 el redondo equivalente de la pieza, se seleccionar un acero tal que su dimetro crtico real para temple con severidad H1 sea igual al del redondo equivalente. De ese modo puede asegurarse que en el eje del redondo se obtendr martensita; y por tanto, tambin en el punto de ms lento enfriamiento de la pieza (con mayor motivo resultar martenstica la estructura en cualquier otro punto de la pieza). En definitiva, la pieza de ese acero, enfriada en el medio refrigerante de severidad H1 resultar plenamente templada.Sin embargo, en muchos casos resulta suficiente elegir un acero cuyo dimetro crtico real al 50% para temple en H1 coincida con el dimetro del redondo equivalente. Es decir, un acero que al ser templado en ese medio obtenga 50% de martensita en el centro de un cilindro de dimetro DCr5O.

Grficos de Grossmann, Asimowy Urban. Dimetros crticos en funcin del dimetro crtico ideal y de la severidad de temple, y viceversa.

5- En las frmulas empricas para el clculo de las templabilidades existe un parmetro relacionado con el tamao de grano austentico. Para tamaos de grano mayores, las templabilidades aumentan o disminuyen? Raznese.

Para tamaos de grano austentico mayores la templabilidad aumenta porque desciende el nmero de juntas de grano (las cuales suponen un obstculo para la transformacin martenstica).

Para una misma composicin qumica las transformaciones de la austenita por nucleacin y crecimiento se inician ms TARDE cuanto MAYOR sea el tamao de grano austentico. Aumentado el tamao de grano austenitico (d), disminuye la densidad de juntas de grano [Tarda ms en formarse en dichas juntas de grano la ferrita (ncleo reactor de las transformaciones bainiticas) y la cementita (ncleo reactor de la transformacin perlitica)], luego las curvas de transformacin perlitica y bainitica se desplazan a la derecha, aumentando, por tanto, la templabilidad.

Por su parte, el efecto de elevar la temperatura de austenizacin (T), es similar al de aumentar el tamao de grano austenitico (d), pero teniendo la precaucin de no sobrecalentar ni quemar el acero.

dAumenta la estabilidad de la fase Aumenta el rea correspondiente a la fase en las curvas TTT Las curvas de transformacin baintica y perltica se desplazan hacia la derecha Aumenta la templabilidad

Aumenta la energa mecnica de deformacin con tamaos ms finos a contrarrestar con la energa libre por paso a martensita.

Transformacin martenstica

Transformaciones perltica y baintica

Los tamaos de grano fino presentan una mayor superficie ocupada por las juntas de grano donde se acumulan defectos, que interaccionan con las agujas de martensita y su crecimiento en el proceso de temple. Las juntas de grano hacen de barrera y, en general, oponen una resistencia al templado ( d Ms).

6- Al templar un acero pueden presentarse estructuras microgrficas de ferrita y martensita? Tras revenido pueden obtenerse estructuras ferrito- perlticas? Razonar ambos casos.

Aceros de fase-dual (ferritomartensticos)Es un tipo de aceros, de bajo contenido en carbono (entre 0.05 %C y 0.15 %C), cuyos elevados lmite elstico y resistencia, derivan de estructuras microgrficas no ferritoperlticas, ni bainticas, sino ferrito-martensticas. Tales son los aceros de "fase dual", de ferrita ms martensita trmica. Generalmente se procura que contengan tambin algo de martensita mecnica producida luego por efecto TRIP.

La estructura ferritomartenstica de los aceros fase dual se obtiene por temple desde temperaturas de austenizacin incompleta. Se logra, as, obtener martensita trmica dispersa en una matriz ferrtica. La cantidad de martensita y el contenido en carbono de sta dependen lgicamente de la temperatura de austenizacin. Suele procurarse que la fraccin volumtrica final de martensita sea superior al 20-25 %.

Diagrama de transformacin por enfriamiento continuo de un acero con 0.35 %C

(a).- Si por templar entendemos el tratamiento trmico de austenizacin completa (TAUS= A3+40/60C), seguido de un enfriamiento acelerado tal que, la velocidad de enfriamiento de la zona de mas lento enfriamiento de la pieza, sea igual a la velocidad crtica de temple: la respuesta es no. Y ello porque el objetivo genrico del temple es siempre obtener un 99 %M en dicha zona crtica. (b).- Sin embargo, si es posible obtener estructuras pro+M (ferrita y martensita )de modo intencionado mediante alguna de las dos estrategias siguientes:

Austenizacin incompleta y temple desde esta temperatura. La pro formada ser de alto C y bastante templable y en el enfriamiento se transformar en martensita.

Austenizacin completa y aceros DP con aleantes, tales que presentan zonas altamente segregadas (muy templables 100%M) y zonas de baja segregacin(poco templables F+P) ("2 aceros en el mismo").

Tras revenido pueden obtenerse estructuras ferrito- perlticas? Razonar.

Tras el revenido no se pueden obtener estructuras ferrito-perlticas, ya que en el revenido es un tratamiento trmico subcrtico y no puede formarse hierro-gamma (no se llega a producir la transformacin Alfa Gamma, ya que el calentamiento se realiza a temperaturas inferiores a Ae o calentamientos subcrticos) y, por lo tanto, tampoco perlita, ya que procede de la transformacin de la austenita.

(a).- Mejorar los efectos del temple, llevando el acero a un estado de mnima fragilidad.(b).- Disminuir las tensiones internas que se originan en el temple.(c).- Modificar las caractersticas mecnicas de las piezas templadas, produciendo los efectos siguientes:c1.- disminuir la resistencia a la rotura por traccin, el lmite elstico y la dureza,c2.- aumentar las caractersticas de plasticidad, alargamiento, estriccin y las de tenacidad y resiliencia.

Se ha podido comprobar que, de dos estructuras perlticas estables a una misma temperatura, la de mayor resiliencia es la obtenida por revenido de la martensita.Vemos, pues, que con el calentamiento de revenido se consigue el doble efecto de eliminar las tensiones y favorecer el retorno de la martensita a estados de mayor estabilidad.

Revenido.Bajo la denominacin de revenido, se conoce el tratamiento trmico, que consiste en calentar un producto siderrgico, despus de templado, a una temperatura inferior al punto crtico Ae seguido de enfriamiento ms bien rpido. Con este tratamiento se pretende conseguir alguno de los fines siguientes:

Ae

Para efectuar un recocido de regeneracin se calienta el acero hasta una temperatura T superior a su A3c, (T > A3c) y se mantiene a esa temperatura hasta lograr la estructura austentica en todos los puntos de la masa de acero. Desde esa temperatura el enfriamiento debe ser suficientemente lento (figura), con el fin de lograr los constituyentes de equilibrio del diagrama Fe-Fe3C. El enfriamiento debe ser ms lento que en el normalizado.

Conviene enfriar rpidamente entre A3r y Ae, con el fin de disminuir el tiempo total del tratamiento. Ese rpido enfriamiento conlleva que se obtienen finos granos de ferrita proeutectoide y, por tanto, no se obtiene el mximo ablandamiento.

Despus, desde una temperatura ligeramente superior a Ae, debe enfriarse muy lentamente para obtener perlita laminar gruesa. Una vez lograda totalmente la estructura ferrito-perltica la velocidad de enfriamiento ya es indiferente. Suele hacerse al aire.

La carga de rotura de un acero con un contenido C1 (%) de carbono, as enfriado, en primera aproximacin es igual a:

Rm(MPa)=300 + 650C1 y su Dureza Brinell aproximada resulta ser: HB = 100 + 220C1.

Por razones tcnicas el recocido de regeneracin slo se emplea en aceros hipoeutectoides cuando se desea obtener perlita laminar; por ejemplo, para un posterior fresado. Por razones econmicas se prefieren otros recocidos; por ejemplo, el recocido de austenizacin incompleta o, incluso, el recocido subcrtico.

El recocido de regeneracin no se emplea en aceros hipereutectoides porque comporta riesgos de sobrecalentamiento .

Recocido de regeneracin

7- Diferencias entre: recocido de regeneracin, recocido subcrtico, y normalizado.

Recocido de regeneracin (o de austenizacin completa) (tratamiento supercrtico). Slo aplicable en aceros hipoeutectoides. Tiene por finalidad ablandar el acero para poder mecanizarlo o conformarlo en fro. Ello es posible por haber logrado, en el enfriamiento, una estructura ferrito-perltica que es ms blanda que la baintica o la martenstica.

T

El recocido subcrtico es otra modalidad de tratamiento trmico empleado para ABLANDAR AL ACERO con el fin el facilitar su mecanizado y mejorar sus condiciones de maleabilidad, con el objeto de poder trabajarlos. No se llega a valores de dureza tan bajos como en el caso del recocido de regeneracin. Es un tratamiento vlido tanto para aceros hipereutectoides como hipoeutectoides.

Recocido subcrticoEl ablandamiento que se logra, luego de permanecer a la temperatura subcrtica del tratamiento, essuficiente para el fin que se persigue en la mayor parte de los aceros utilizados para maquinaria: elmecanizado.

El ritmo de ablandamiento, en funcin del tiempo de permanencia a la temperatura fijada, es rpido alprincipio y decrece asintticamente. Al cabo de un cierto tiempo, por ms que se prolongue el tratamiento,llega a ser casi nulo el ablandamiento que se consigue (llega a ser casi nula la disminucin de dureza en elacero).

Recocido subcrtico

Se conocen con el nombre de tratamientos trmicos subcrticos aquellos cuyo calentamiento nunca alcanza temperaturas que puedan producir transformacin alotrpica Alfa Gamma. El recocido subcrtico y el revenido son dos ejemplos de estos tratamientos.

Se realiza calentando la pieza de acero hasta una temperatura prxima e inferior a Ae(aproximadamente 700 C) y permaneciendo un tiempo a esa temperatura (Figura). La velocidad de enfriamiento tras el recocido subcrtico puede ser cualquiera ya que no hay transformaciones alotrpicas (no habr transformacin alotrpica, alfa gamma). La estructura lograda al trmino de esa permanencia a temperatura constante es de cementita globular repartida en una matriz de ferrita. La obtencin de esa estructura ablanda el acero cualquiera que sea su estructura inicial, tanto si la estructura previa fuera de martensita, como si se tratara de bainita o de perlita.

Este tipo de recocido suele denominarse tambin "recocido globular", habida cuenta de la forma adoptada por la cementita. Con todo parece mspropio reservar ese nombre, y as suele hacerse, para los recocidos de austenizacin incompleta.

Para algunos aceros aleados, autotemplantes y de herramientas, suele resultar insuficiente el ablandamiento logrado por recocido subcrtico y serequieren recocidos de austenizacin completa o incompleta.

Con las limitaciones indicadas en el prrafo anterior el recocido subcrtico presenta varias ventajas respecto a los recocidos supercrticos.

Ahorra energa al no precisar temperaturas que superen Ae (tratamiento ms barato que el recocido de regeneracin).

No presenta los riesgos de deformacin y/o agrietamiento de la pieza por transformaciones alotrpicas, que no existen en este tratamiento.

Si se desea obtener perlita globular, ms blanda que la perlita laminar deber realizarse el recocido de globulacin que consiste en llevar repetidas veces al metal por encima y por debajo del AC1, con lo que se logra que la cementita precipite, formndose glbulos de la misma en la matriz de ferrita. La operacin se realiza de acuerdo al diagrama.

Recocido subcrtico

Las variaciones dimensionales debidas a la transformacin alotrpica durante el calentamiento son inherentes a cualquiertratamiento que requiera austenizacin y hacen necesario que el calentamiento hasta alcanzar la temperatura de austenizacin sea lento.Tanto ms lento cuanto mayor sea el tamao de las piezas. Esos riesgos de tensiones, deformaciones y grietas durante el calentamientohasta austenizacin son comunes a los recocidos de regeneracin y de austenizacin completa, al temple, al normalizado, a la forja enestado gamma, etc.

Uno de los peligros del recocido consiste en que, en razn de su enfriamiento lento, puedenreproducirse las estructuras gruesas originales. Esto no ocurre en el normalizado pues su mayorvelocidad de enfriamiento lo impide. La mayor temperatura a que se realiza el proceso, acorta elperodo de homogeneizacin, por lo que, reducindose el total del tiempo de operacin, selogra un procedimiento ms econmico, y muy apto para el tratamiento de piezas coladas, porcuya causa se ha difundido muy ampliamente.

Normalizado

Normalizado por enfriamiento al aire. Vp - Curva de enfriamiento de la periferia.Vn - Curva de enfriamiento del ncleo.

El tratamiento trmico de normalizado consiste en llevar el acero por encima del Ac3, con el objeto de conseguir su austenizacin completa (al igual que en el recocido de regeneracin), homogeneizarlo en ese estado y enfriarlo, con mayor velocidad que en el recocido, por lo general al aire libre. La mayor velocidad de enfriamiento permite obtener estructuras ferrtica-perltica laminar muy fina. La temperatura de austenizacin empleada para el normalizado conviene supere la A3 del acero entre 50C y 70C. De ese modo se acorta el tiempo total empleado en el tratamiento (se tarda menos para austenizar plenamente la estructura cuanto ms alta es la temperatura de austenizacin). Pero no se deben sobrepasar las temperaturas recomendadas a fin de evitar los riesgos de sobrecalentamiento y quemado.

Si un acero hipoeutectoide no es autotemplante (no lo son los aceros al carbono ni los aceros de baja aleacin), es decir si no se produce martensita por simple enfriamiento al aire desde el estado austentico, la estructura resultante en el normalizado suele ser de ferrita y perlita laminar, tanto en la periferia como en el ncleo de la pieza normalizada. (Figura). Si el acero fuera autotemplante por ser muy aleado (su curva TTT muy alejada del origen de tiempos) el enfriamiento al aire desde el estado gamma sera sencillamente un "temple al aire"; y en ese caso sera impropio emplear el trmino "normalizado" para designar a ese tratamiento trmico

Si la pieza normalizada es de gran tamao, la estructura perltica en el ncleo de la pieza resultar ms gruesa que en su periferia; porque elenfriamiento perifrico ha sido ms rpido. Por tanto la carga de rotura de una probeta extrada del centro de esa pieza de grandes dimensionesresultar menor que la de otra probeta extrada de una zona cercana a la superficie.

TRATAMIENTOS TRMICOS DE LOS ACEROS/NORMALIZADO

La refrigeracin al aire desde el estado gamma resulta ms rpida que el enfriamiento de equilibrio correspondiente al diagrama Fe-Fe3C. Suele considerarse de equilibrio el enfriamiento que tendra lugar, desde el estado gamma del acero, muy lentamente, en el interior de un horno a puerta cerrada, como habitualmente se hace en el recocido de regeneracin.

Por tanto, si se comparan los resultados de un normalizado con los de un recocido de regeneracin en un mismo acero hipoeutectoide de contenido en carbono C1 %, el acero normalizado presentar : mayor proporcin de perlita; menor dimetro de grano de la ferrita proeutectoide; menor separacin S0 entre lminas de cementita; y ms proporcin de fe-rrita en el interior de la perlita. En conclusin, el lmite elstico, la carga de rotura, la dureza y, casi siempre, la tenacidad del acero normalizado resultarn mayores que la del acero recocido.

Generalmente, en casi todos los materiales, cuando aumenta la dureza disminuye la tenacidad. Pero en el caso de un acero normalizado no necesariamente resultar menor su tenacidad que la de ese mismo acero en estado recocido y por tanto ms blando: advirtase que tras normalizado las lminas de la cementita perltica resultarn ms delgadas que en el recocido. Esas lminas delgadas pueden por tanto resultar menos frgiles que las gruesas al admitir una cierta deformacin plstica en servicio; y si llegan a quebrarse durante la deformacin mecnica, las microgrietas generadas pueden quedar detenidas en el interior de la ferrita que acolcha la lmina de cementita quebrada. Con lo que, segn resulte el grado de dilucin de la perlita, tambin la tenacidad puede resultar mejorada por un normalizado.

Otras veces el normalizado se utiliza como alternativa del Temple+Revenido. En ese caso se pretende simplemente lograr una estructura de perlita laminar diluida y finadistribuida en una matriz de ferrita proeutectoide de grano fino. Con esa estructura microgrfica la carga de rotura Rm del acero y su tenacidad pueden resultar suficientes para muchos de los requerimientos en servicio; sin necesidad de templar y revenir el acero. As, gran parte de los aceros empleados en ferrocarriles rales, ruedas, etc se utilizan en estado normalizado.

Normalizado.

Habitualmente, con el tratamiento de normalizado se intenta obtener una estructura ferritoperltica "normal"del acero, es decir, un tamao de grano ferrtico igual o inferior al valor 7 ASTM y perlita laminar fina. Este tratamiento suele tener por finalidad corregir una estructura defectuosa previa como la estructura de Widmanstttenderivada de un grano austentico grande. Se emplea habitualmente para afinar el grano de los aceros en estado bruto de moldeo, o bruto de laminacin, o sobrecalentados durante una austenizacin. En definitiva, puede decirse que el tratamiento de normalizado es un tratamiento corrector.

En sntesis, el normalizado es apto para:

(a).- Eliminar tensiones producidas por operaciones anteriores. (b).- Preparar el acero para operaciones de mecanizado merced a la estructura blanda obtenida. (c).- Proporcionar mejores propiedades mecnicas en razn de su estructura perlticafina.

Realizando esta misma operacin en algunos aceros aleados (Cr, Ni, Cr-Ni, Mn, etc.), denominados autotemplantes (enfriamiento al aire quieto), se obtiene una estructura martenstica sumamente dura.

8- Se podra afirmar, en algn caso, que un acero con 0.5 % de carbono resulte hipereutectoide? Raznese.

La adicin de otros elementos aleantes (Cr, Ni, Ti, etc.), a parte del C, cambia drsticamente el diagrama de fases binario hierro-carburo de hierro (Fe-Fe3C). La magnitud de las alteraciones de las posiciones de los lmites de fases y la forma de los campos de fases dependen del elemento de aleacin y de su concentracin. Uno de los cambios importantes es el desplazamiento de la posicin del punto eutectoide con respecto a la temperatura y a la concentracin de carbono. Esto ocurre tanto con elementos alfgenos como gamgenos.

Por tanto, puede ocurrir que, debido a la presencia de elementos aleantes, el punto eutectoide pase a tener un contenido en carbono inferior al 0.5 %, de modo que el acero al carbono originalmente hipoeutectoide, sea al alearse hipereutectoide

Mn elemento gammgeno

0.5 %C

Si elemento alfgeno0.5 %C

9-10- La temperatura de transicin dctil-frgil de aceros ferrito-perlticos de alto y medio contenido en carbono puede calcularse por la expresin:

f = Fraccin volumtrica de ferrita proeutectoide del acerod = Dimetro de grano de la ferrita, en mmS0 = espaciado interlaminar de la perlita en mmp = tamao de las colonias de perlita en mmt = espesor de lmina de la cementita perltica, en mmSi = % de Si del acero;N = % de Nitrgeno disuelto intersticialmente.

Cuando aumenta el coeficiente de dilucin de la perlita, indicar en qu sentido (aumento o disminucin) vara la ITT C si el valor de p se supone que permanece invariable.

12 1/2 1/2 60ITT C 46 11.5d 1 335 5.6S 13.3 p 3.48x10 t 48.7Si 762 Nf f

Si aumenta el coeficiente de dilucin de la perlita [(S0/t)] Trmino (2), resta menost se mantiene, aproximadamente, constanteBaja la cantidad de la ferrita proeutectoide ( FPe) Baja f Trmino (1), suma menos

11.546+f

d

6

0

5.6 13.31 335 3.48x10 t

Sf

p

Se corresponde con la contribucin de la ferrita. Tiene signo negativo por lo que un aumento de f hace que se reste un cantidad mayor, lo que es favorable ( ITT). Tambin es favorable un dimetro de grano de la ferrita (d) pequeo.

Valora los efectos de la perlita. f (1-f) , [S0, p y t, %Si , d y N constantes] ITTS0 , [ f, p y t, %Si , d y N constantes] ITTp, [f, S0 , t, %Si , d y N constantes] ITTt, [f, S0 , p , %Si , d y N constantes] ITT

t

d

Sube ITT ( ITT).

0 0

; ; ; D D D D

S Sf f f f t t

t t

6

0

5.6 13.31 335 3.48x10 t

Sf

pt

t

(1)

(2)

El carbono es desfavorable para la conformabilidad, ya que al aumentar elporcentaje de perlita disminuye la ductilidad (u y T) y aumenta el ritmo decrecimiento de acritud (d/d); al mismo tiempo eleva, desfavorablemente,la temperatura de transicin dctil-frgil ITT.

La disminucin del tamao de grano de la ferrita, en cambio, resulta siemprefavorable: no modifica el alargamiento mximo uniforme, mejora laductilidad total a fractura (pese a aumentar el ritmo de crecimiento de laacritud durante la deformacin) y disminuye la temperatura ITT. Cantidadesmoderadas de austenita retenida son propias e inevitables en aceros con altocontenido en carbono, pero cantidades por encima del 50% de dichaaustenita disminuyen notablemente la dureza y la resistencia a fatiga.

La curvas de tenacidad (energa absorbida) frente a la temperatura son del tipo de las que pueden verse en la figura. A mayores contenidos de carbono (con ms fraccin de perlita) el valor ITT es ms grande. Lo que se busca es que el valor de ITT sea lo ms bajo posible para un buen comportamiento a la tenacidad.

Figura 1. La transicin dctil frgil para distintos materiales

1- Algunos aceros binarios tienen contenidos en peso de carbono tales que la ferrita obtenida al iniciarse la transformacin por enfriamientodesde el estado gamma, resulta ser siempre magntica (recurdese que es amagntica para temperaturas superiores a 770 C). Sepide: determinar el contenido mnimo de carbono C1 que debe tener el acero para que esto ocurra y precisar si es un acero calmado oefervescente.

2- En el caso de aceros hipereutectoides la temperatura eutectoide suele denominarse A321. Por qu?

3- Temperaturas de comienzo y final de solidificacin del acero del apartado 1.

4- Este acero de C1 % de carbono ser ms -o menos- propenso a la estructura bandeada, por laminacin, que un acero de 0.15 % C? Raznese.

5- Justificar cul de los dos aceros del apartado anterior ser ms susceptible al agrietamiento por temple; y las diferencias entre ambos en cuanto a austenita residual.

6- Determinar el porcentaje en peso de ferrita proeutectoide y de ferrita eutectoide, del acero del apartado 1, despus de un recocido de regeneracin con enfriamiento de equilibrio.

7- En ese mismo acero, despus de un normalizado -por enfriamiento al aire- la estructura ha resultado ser 100 % de perlita. Determinar el porcentaje de ferrita que tiene esa perlita diluida.

8- Razones por las que -o por las que no- utilizara ese acero para tubera soldada de oleoducto.

9- Por qu, o por qu no, sera adecuado ese acero para fabricar herramientas para corte con arranque de viruta?

10- Indicar por qu -o por qu no- es necesario austenizar un acero si se desea incrementar perifricamente su contenido en Carbono medianteuna adecuada atmsfera carburante. Y calcular el porcentaje mximo de carbono que podra llegar a alcanzar la austenita a 950C en esaatmsfera carburante.

P4/ Problema D / Setiembre 2008

11

912 727 770 7270.6 %

0.77 0 0.77C

C

1

1495

0.60 %

1- Algunos aceros binarios tienen contenidos en peso de carbono tales que la ferrita obtenida al iniciarse la transformacin por enfriamiento desde el estado gamma, resulta ser siempre magntica (recurdese que es amagntica para temperaturas superiores a 770C). Se pide: determinar el contenido mnimo de carbono C1 que debe tener el acero para que esto ocurra y precisar si es un acero calmado o efervescente.

-Aceros calmados: %C> 0.3%-Acero efervescente: %C

Para los aceros hipereutectoides: A1=A2=A3=A123 .A1=Lugar geomtrico de los puntos donde tiene lugar la finalizacin de la transformacin gamma alfa (Desaparece la fase ).

A2=Lugar geomtrico del cambio de ferrita de amagntica a magntica (770 C). Fe()(Amagntica) Fe() (Magntica)

770 C

A3= Lugar geomtrico de las temperaturas crticas en las cuales comienza la transformacin Gamma Ferrita (alfa).

TEXTO PERO-SANZ; pgina 268 En los aceros hipereutectoides, los puntos de transformacin alotrpica de la austenita, se denominan A123 para sealar que en ellos hay coincidencia entre el inicio de la transformacin gamma alfa, y la transformacin magntica. Coinciden, por tanto, los puntos crticos A3 y A2 (A2 seala el cambio magntico de la ferrita) con el punto A1; y adems corresponde a un temperatura constante (727C).

TEXTO PERO SANZ; Aceros; pgina 40: Advirtase que todos los aceros hipoeutectoides, de contenido en carbono comprendido entre 0.0218% y 0.77 %C, finalizan la transformacin gamma alfa a la temperatura eutectoide (Ae=727 C). De ah que sea precisamente esa temperatura eutectoide (Ae= 727 C) el punto crtico A1 de todos esos aceros.

A123. Se recogen simultneamente la temperatura de aparicin del primer grano de la fase en el calentamiento (A1); la aparicin del primer grano de fase a partir de las juntas de grano de fase (A3) y la temperatura de paso de magntica a amagnetica (A2) Ferrita mgnetica, T < 770 CFerrita amagntica, T > 770 C.

2- En el caso de aceros hipereutectoides la temperatura eutectoide suele denominarse A321. Por qu?

C=0.60 %

Ti=1489 C

Tf=1418 C

Intervalo de solidificacin =IS== Ti Tf = 1489 1418 = 71 C

11481495 1148

4.3 0.53 4.3 0.60

iT

0.60 %

Tf

Ti

Ti: temperatura de inicio de solidificacin:Tf: de final de solidificacin.

3- Temperaturas de comienzo y final de solidificacin del acero del apartado 1.

11481495 1148

2.11 0.17 2.11 0.60

fT

3(0.77 % ) (0.0218 % ) (6.67 % )C C Fe C C

Reaccin eutectoide

La estructura bandeada (generalmente bandas alternas de ferrita y de perlita) es un particular tipo de fibrado, que suele aparecer en aceros de baja aleacin una vez enfriados al aire despus de su conformado en estado gamma. Es una herencia del estado bruto de solidificacin, particularmente si en el desarrollo de la solidificacin se han producido reacciones peritcticas (La estructura bandeada se obtiene cuando el acero participa de la reaccin peritectica).

Es una consecuencia de la microsegregacin o heterogeneidad qumica en la solidificacin. Los aceros que pasan por la peritctica tienen este fenmeno agudizado porque se produce concentracin de la segregacin. Existen granos de hierro gamma rodeados por bandas en las que aparecen los elementos de aleacin; impurezas. Tras la forja aparecen bandas ricas en aleante y bandas pobres.

En estado liquido al solidificar, el primer solido, debido al coeficiente de reparto (K) expulsa aleantes al seno del liquido. Este liquido, rico en aleantes, solidifica dando una banda segregada. Ambas bandas siguen el diagrama Fe-C en el enfriamiento. Los aleantes, por ejemplo, Si y P son muy alfagenos luego disminuyen la zona de estabilidad de la fase , con lo cual su eutectoide sube adelantndose a la eutectoide de la banda no segregada (la del solido inicial), por tanto, al transformarse la fase de la banda segregada a PRO, el excedente de C pasa a la no segregada, luego la fase de la no segregada aumenta su contenido en C hasta alcanzar la composicin eutectoide. Esta banda no segregada pasara a perlita. Luego en definitiva:

BANDA SEGREGADA FERRITABANDA NO SEGREGADA PERLITA

ESTRUCTURA BANDEADA

4- Este acero de C1 % de carbono ser ms -o menos- propenso a la estructura bandeada, por laminacin, que un acero de 0.15% C? Raznese. C1 = 0.60 % C

Por lo tanto, el de C1% (0.6 %) tendr menos problemas de este tipo que el de 0.15 %.

El acero con bandas alternas de ferrita y de perlita, puede considerarse c