AcerosSon las aleaciones de mayor producción

Bibliografía

Callister (cap. 10, 11, 13)Ashby-Jones (cap. 8, 11, 12, 13) Porter-Easterling (cap. 5, 6, microestructuras, tratamientos térmicos)

Para profundizar

Steels, Microstructure and Properties, R.W.K Honeycombe and H.K.D.H. Bhadeshia.

Fe - C

• acero (CC < ~1% -1,5%)

• fundición CC > 2%)

Fe

elemento muy abundante

C

el aleante más barato y efectivo para mejorar

las propiedades mecánicas del Fe

Diagrama de fases Fe-C

Fe-C diagrama de equilibrio

Fe-Fe3C diagrama metaestable

Fe3C: cementita

Fases: LíquidoFerrita: (b.c.c.): hierro con hasta to 0.035 wt%

C es solución sólida.Austenita: (f.c.c.): hierro con hasta 1.7 wt% C en

solución sólida.Hierro- δ : δ (b.c.c.) hierro con hasta 0.08 wt% C en

solución sólida.Cementita: Fe3C, compuesto.

Perlita

Ledeburita

Aleaciones de hierro-carbono

Acero(steel)

Aleación de Fe-C que transforma a la fase

(austenita) al aumentar la temperatura

típicamente el contenido de C es menor a 1% (peso)

Fundición de hierro(cast iron)

Aleaciones de Fe-C con más de 2.1 % (peso) de C

típicamente contienen entre 3 y 4,5%C (peso)

Aceros al carbono

Aceros aleados

Ashby Jones

Aceros al carbono (sin otros aleantes)

Acero de bajo carbono

Acero de alto carbono

Fundición de hierro

Acero de mediano carbono

Fases del hierro puro:

Líquido

Delta () - BCC

Austenita () - FCC

Ferrita () - BCC

Solubilidad de carbono Austenita 2,1% pesoFerrita 0,022% peso

Tamaño de sitios intersticiales:

Ferrita: intersticial octaédrico

rI / rFe = 0,155

Austenita: intersticial octaédrico

rI / rFe = 0,414

rC / rFe = 0,62

Expansión homogénea

Interacción suave con dislocaciones

Endurecimiento bajo

Distorsión tetragonal

(anisotrópica)

Interacción fuerte con dislocaciones

Endurecimiento alto

1. Microestructura del Fe puro

: austenita, fcc: ferrita, bcc

Ashby Jones

Microestructuras de aceros producidas por enfriado lento desde la fase austenita (tratamiento térmico de

normalización)

2. Microestructura del Fe-C eutectoide

Perlita: + Fe3C

Ashby Jones

723ºC

Formación de la perlita

Callister

1. Se nuclea (ferrita) o Fe3C (Cementita) sobre un borde de grano

2. Las zonas lindantes están empobrecidas o enriquecidas en C favorece la nucleación de la otra fase.

3. Ambas fases crecen hacia el grano con el cual la interfase es incoherente.

4. El crecimiento del frente depende de la velocidad de difusión del C

1. Se nuclea (ferrita) o Fe3C (Cementita) sobre un borde de grano; interfase coherente con uno (1) e incoherente con el otro (2).

2. Las zonas lindantes están empobrecidas o enriquecidas en C favorece la nucleación de la otra fase. Relación de orientaciones entre ferrita y cementita.

3. Ambas fases crecen hacia el grano con el cual la interfase es incoherente.

4. El crecimiento del frente depende de la velocidad de difusión del C

Porter Easterling

Microestructura perlítica

Callister

http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2008/Steel_Microstructure/SM.html

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

Micrografía óptica de perlita extremadamente fina.

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

esferoidita

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

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

Ferrita en borde de grano con morfología alotriomórfica (grain boundary

allotriomorphs) + perlita en Fe 0.4%C (cortesía del proyecto DoItPoms).

granos claros: ferrita; granos “oscuros”: perlita

Microestructura de perlita y ferrita pro-eutectoide

granos claros: ferrita; granos “oscuros”: perlita

Callister

50 m

Morfología de ferrita WidmanstättenWidmanstätten ferrite

Morfología de ferrita alotriomórficaAllotriomorph ferrite

bajo sobreenfriamiento alto sobreenfriamiento

Placas de ferrita Widmanstätten (áreas claras) que se desarrollan a partir de un borde de grano de la fase austenita. Acero de bajo aleante.

Irina Loginova, John Ågren, Gustav Amberg, Acta Materialia, 52, 13, 2004, pp 4055–4063

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

Ashby-Jones

Microestructura de cementita pro-eutectoide + perlita

Callister

granos claros: cementita; granos “oscuros”: perlita

http://www.georgesbasement.com/Microstructures/LowAlloySteels/Lesson-2/Specimen01.htm

Microestructura de cementita pro-eutectoide + perlita

Ashby-Jones

Diagrama TTT para la composición eutectoide Fe-C.

Callister

Perlita gruesa

Perlita fina

Perlita gruesa

Perlita fina

X 20

http://www2.ing.puc.cl/icmcursos/metalurgia/apuntes/cap3/36/

¿Qué sucede para velocidades de enfriamiento más altas?

formación de Bainita ( + Fe3C)

Relieve superficial generado por placas de bainita

UPPER BAINITE(High Temperature)

LOWER BAINITE(Low Temperature)

Carbon supersaturated plate

Carbon diffusion into austenite

Carbon diffusion into austenite and carbide

precipitation in ferrite

Carbide precipitation from austenite

Porter Easterling

Bainita superior Bainita inferior

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

Microestructura de la Bainita

Diagrama TTT para la composición eutectoide Fe-C.

Callister

Perlita gruesa

Perlita fina

Bainita superior

Bainita inferior

Ms

Martensita

Transformación martensítica

• Cambio de estructura cristalina (para aceros: fcc bct).• Sin difusión.• Movimiento cooperativo de átomos.• Cambio de forma macroscópico descripto por una deformación de corte.

• Interfase coherente con la matriz: plano sin distorsión (se denomina plano de hábito y es el plano invariante de la deformación de corte).

• Temperatura de comienzo: Ms• Temperatura de finalización: Mf

Ms, Mf dependen fuertemente del contenido de carbono (y de otros aleantes)

Plano de hábito

DISPLACIVE

RECONSTRUCTIVE

Cristalografía de la transformación martensítica en aceros: fcc bct.

1. Distorsión de Bain

2. Deslizamiento de planos cristalinos Se combinan para dar una deformación de corte macrscópica.Ashby-Jones

Distorsión de matriz por el exceso de C

Ashby-Jones

Relieve superficial por placas de martensita (o bainita).

Placas de martensita

Placas de martensita - microscopía óptica.

Yamasaki & Bhadeshia, 2004

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

Coeficientes de difusión de C en Fe y de Fe en Fe

Transformación austenita perlita: difusión del Fe y del C

Transformación austenita bainita: difusión del C, sin difusión de Fe

Transformación austenita martensita: sin difusión (ni Fe ni C)

Obtención de diferentes microestructuras por variación del tratamiento térmico.

Curvas TTT: aceros de composición eutectoide, hipoeutectoide e hipereutectoide

Eutectoide

Hipoeutectoide

Hipereutectoide

Ashby-Jones

A1

A3

Acm

Microestructuras en aceros