CAPITULO VIII

CAPITULO VIIIEL HIERRO Y SUS ALEACIONES1. PROPIEDADES DEL HIERRO.2. CURVA DE ENFRIAMIENTO DEL HIERRO QUIMICAMENTE PURO.Fig. 8.1. CURVA DE ENFRIAMIENTO DEL HIERRO

A estas temperaturas se les denominan puntos crticos, que los vamos a denominar de la siguiente manera:Ar4 = 1390 C, Ar3 = 900 C, Ar2 = 759 C.Ac2 = 780 C, Ac3 = 920 C, Ac4 = 1410 C.2.1 VARIEDADES ALOTROPICAS DEL HIERRO PURO.Hasta 768 C el hierro cristaliza en la variedad , red cristalina BCC, a = 0.2860 nm, este tipo de hierro es muy magntico.Desde 768 a 910 (920) C existe una variedad , cristalogrficamente es igual al anterior, pero el parmetro a = 0.290 nm a 800 C y a = 0.2905 nm a 900 C, el hierro es dbilmente magntico.Desde 910 a 1400 C cristaliza en la red FCC, con a = 0.360 nm, se denomina FeDesde 1400 C existe una variedad , observndose una reduccin de a = 0,293 nm, cristalizando en BCC, se le denomina Fe es dbilmente magntico y a partir de 1539 C se inicia la fusin del hierro puro.

3. CARACTERIZACION DE LAS ALEACIONES FERROSASLa caracterizacin de un metal o aleacin esta dada por:COMPOSICION QUIMICA.

ESTRUCTURA.CRISTALINA.MICROGRAFICA O DE GRANO.MACROGRAFICA O DE FIBRA.

CONSTITUCION.3.1. COMPOSICION QUIMICAANLISIS QUMICO CUANTITATIVO.DIAGRAMA DE EQUILIBRIO.B. DIAGRAMA DE EQUILIBRIOEst compuesto por la lnea de composiciones (escala logartmica) en cuyo extremo derecho tenemos al Carbono (C Fe3) y en el izquierdo al Fe.El diagrama de equilibrio Fe-C contiene: Tres isotermas, estas son:Isoterma eutectoide a 727 C (723 C),con el punto eutectoide a 0,77 (0.89) % de C.Isoterma eutctica a 1146 (1130) C con el punto eutctico a 4,3 % C.Isoterma Peritctica a 1495 C (1492 C) con el punto peritctico a 0,18 ( 0,20) % C.Tres soluciones slidas:Solucin slida , llamada ferrita (Fe ), comprendida entre el 0,008 % y 0,0218 (0,025) % de solubilidad de C,Solucin slida , llamada austenita (Fe ), comprendida entre 0 % y el 2,11(1,76)% de solubilidad de C.Solucin slida , comprendida entre 0 y 0.08 % de solubilidad de C; adems se crean varias zonas de mezcla con la fase lquida y las soluciones slidas.

DIAGRAMA DE EQUILIBRIO Fe-C.

3.2 ESTRUCTURA DE LAS ALEACIONES HIERRO - CARBONO.A) ESTRUCTURA CRISTALINA.

ESTRUCTURA CRISTALINA BCC FCC

TETRAGONAL ORTORROMBICO

B) ESTRUCTURA MICROGRAFICA O GRANO.17ESTRUCTURA MICROGRAFICA O DE GRANO

ESTRUCTURA MACROGRAFICA O DE FIBRA

C) ESTRUCTURA MACROGRAFICA O FIBRA.

3.3 CONSTITUCION DE LAS ALEACIONES HIERRO CARBONO.En las aleaciones hierrocarbono pueden encontrarse hasta 11 constituyentes, los cuales son:

CONSTITUYENTES DE LAS ALEACIONES FERROSAS1. Ferrita (Fe). 7. Troostita.2. Cementita (C Fe 38. Bainita3. Perlita.9. Ledeburita4. Austenita (Fe )10. Steadita5. Martensita11. Grafito6. Sorbita1. FERRITA (Fe )Solucin Slida : de C en hierro (BCC)Solubilidad de C en FeTemperatura ambiente es 0,008 % (0,01 %)a 727 C (723 C) es de 0,0218 % (mx. Solubilidad)Dureza90 HB, es el mas blando y dctil.Resistencia mecnica28 Kg/mm2 (270 Mpa).Otras propiedadesEs magntica

2. CEMENTITA (C Fe 3)Compuesto qumico estable (Carburo de Fe): con cristal ortorrmbico.Contenido de C y Fe 6,67 % de C y 93,33% de FeDureza68 HRC, es el ms duro y frgil. Resistencia mecnica6.3 Kg/mm2 (35 MPa).Otras propiedadesEs magntica hasta los 210 C.

3. PERLITA.Compuesta por:88.5 (86.5)% de ferrita y 11.5 (13.5) % de cementitaFormacin alternada de lminas de cementita y ferritaDureza19,4 HRC Resistencia mecnica80 Kg/mm2 (785 MPa).Otras propiedadesaspecto iridiscente que presenta al iluminarla

4. AUSTENITA (Fe ).Solucin slida de C en Fe (FCC)Solubilidad de C en FeEl contenido de carbono vara desde 0%a 2,11(1,76) % max. 1130 C (1146 C)Durezaaprox. 29 HRC Resistencia mecnica100 kg/mm2 (981MPa)Otras propiedadesEs a magntica

5. MARTENSITA.Solucin slida sobresaturada de C en Fe (cristal tetragonal)ObtencinPor tratamiento trmico de temple desde la condicin austentica tiene forma acicular o de agujasSegundo constituyente mas duro.DurezaVara de 50 a 68 HRCResistencia mecnica175 250 kg/mm2 (1716 2452 Mpa).Otras propiedadesEs magntica

6. SORBITA.Constituyente difusional formado por laminillas mas finas que la perlita ObtencinPor por la transformacin isotrmica de la austenita a temperaturas comprendidas entre 650 - 600 C. Dureza34 HRCResistencia mecnica100 Kg/mm2 (981 Mpa).

7. TROOSTITA.Constituyente difusional formado por ndulos de laminillas radiales de cementita sobre ferrita. ObtencinPor por la transformacin isotrmica de la austenita a temperaturas comprendidas entre 600 - 500 C. Dureza44 HRCResistencia mecnica150 Kg/mm2 (1470 Mpa).

8. BAINITA.Constituyente difusional formado por ndulos de laminillas radiales de cementita sobre ferrita. ObtencinA travs de un temple isotrmico baintico entre las temperaturas de 500 - 250 C sup. (400 - 250 C inf. )Dureza40 - 50 HRCResistencia mecnica150 200 Kg/mm2 (1470 - 1962Mpa).Tipos de bainitaSuperior arborescente Inferior ascicular

9. LEDEBURITA.Constituyente de las fundiciones, cuando el porcentaje de C Fe3 es superior a 2,5 % con un contenido de carbono de 2.11 %. Contiene52 % de cementita y 48 % de austenoide de 2.11 % de C de. El contenido total de carbono es de 4.3 %.CaractersticaConstituyente eutctico, pasa del slido al lquido sin descomposicin ni segregacin

10. STEADITA.Constituyente de naturaleza eutctica que aparece en las fundiciones que contienen mas de 0.15 % de fsforoPeso especficode 2,25Otras CaractersticasEs muy dura y frgil, funde a 960 C.

11. GRAFITO. Es uno de los tres estados alotrpicos del carbonoContieneEsta se compone de un 0,10 % de fsforo, que es casi todo el contenido de fsforo de la fundicinOtras CaractersticasPeso especfico de 2,25 gr/cm3Es untuoso, de color gris obscuro.Se presenta en forma de lminas en las fundiciones grises, en forma de ndulos en las fundiciones maleables y en forma esferoidal en las fundiciones dctiles, baja la dureza, la resistencia mecnica, elasticidad y plasticidad de las fundiciones, pero mejora su resistencia al desgaste, la corrosin y sirve de lubricante al roce.

3.4 INCLUSIONES METALICAS.A) FORMA DE CARBUROS. EL Cr, Mo, W, Mn y V se combinan con el carbono, formando partculas de carburos metlicos muy duros.B) DISUELTOS EN FERRITA. El Ni, Cr, Al, Si, Mn, Cu, P, pueden encontrarse en los aceros disueltos y no aleados.C) EMULSIONADOS.El Cu en porcentajes superiores al 0.6 % y el Pb pueden encontrarse formando pequeas bolsas en la masa del acero confirindole propiedades especiales, sobre todo de conductividad.

3.5 IMPUREZAS.INFLUENCIA DE LAS IMPUREZAS CONSTANTES EN LAS PROPIEDADES DEL ACERO.Los porcentajes mximos permitidos son:Mn : 0,8 %Si : 0,5 %P : 0,05 %S : 0,05 % EL MANGANESO . EL SILICIO. EL FSFORO. Contenido en el mineral, lo mismo que en el combustible y los fundentes, pasando del arrabio al acero.EL AZUFRE. Proviene del mineral, o de los combustibles al quemarse.LOS GASES. El H, N, O, PROBLEMA: Calcular la cantidad en % en peso, lo mas exacto posible, luego de la reaccin eutectoide, para los aceros, que tienen los siguientes constituyentes:A) 97 % de ferrita y 3% de cementita (C Fe 3).B) 93 % de perlita y 7% de cementita.C) 38% de perlita y 62 % de ferrita,D) 0,65 % Mn, 0,40 % P, 0,02 % S, 32% de perlita y el resto de ferrita.

SOLUCION: Calcularemos el % de C, de cada uno de los constituyentes.ACERO A

97 % de Ferrita y 3 % CementitaContenido de C en la Ferrita% C0,97 x 0,0218 %0,0211Contenido de C en la Cementita 0,03 x 6,67 %0,2001Total de % C0,2212Contenido de Fe en el acero

% Fe% de Fe = 100 - 0,221299,7788Acero B93 % de Perlita y 7 % CementitaContenido de C en la Perlita% C88,5 % Ferrita y 11,5 % C Fe3(Ferrita) 0,93 x 0,885 x 0,02180,0179(C Fe3) 0,93 x 0,115 x 6,670,7133Contenido de C en la Cementita 6,67 % C y 93,33 % Fe(C Fe3) 0,07 x 6,67 %0,4669Total de % C1,1981Contenido de Fe % Fe% de Fe = 100 - 1,198198,80194. CLASIFICACION DE LOS ACEROS1. En funcin al contenido de carbono.

2. En funcin al punto eutectoide.

3. En funcin a los aleantes.4.1. EN FUNCION AL CONTENIDO DE CARBONOa) ACEROS DE BAJO CARBONO. (0,05 - 0,25) % C

b) ACEROS DE MEDIO CARBONO. (0,30 - 0,55) % C

c) ACEROS DE ALTO CARBONO. (0,60 - 2,0) % CA) ACEROS DE BAJO CONTENIDO DE CARBONO.ACEROS DE BAJO CARBONOAISIAPLICACIONES TIPICAS1006Para conformado en fro1008Alambres, clavos, remaches, tornillos.1010Lminas para estampado1015Parrillas, ollas, cacerolas, varillas para soldadura1020Acero para cementacin, levas, pines, barras, tubos, placas, pernos Gr. 3, ejes de transmisin de bajo torque1111 y 1113Aceros de fcil maquinado