El Acero y sus tratamientos termicos

[pic 3]

Nombre de la materia

Tecnología de materiales

Nombre de la Licenciatura

Ingeniería Industrial

Nombre del alumno

Enrique Martín Acevedo Rodríguez        

Matrícula

000018454

Nombre de la Tarea

Acero y sus tratamientos térmicos

Unidad # 4

Aleaciones

Nombre del Tutor

Rocío Galicia Plata

Fecha

01/10/2015

Introducción

Los metales y aleaciones poseen muchas propiedades útiles por lo que presentan gran aplicación en los diseños de ingeniería. El hierro y sus aleaciones (principalmente el acero) representan aproximadamente el noventa por ciento de la producción mundial de metales principalmente por la combinación de buena resistencia, tenacidad y ductilidad a un costo relativamente bajo.

Las aleaciones basadas en el hierro se denominan aleaciones ferrosas y las que se basan en los demás metales, aleaciones no ferrosas.

La mayoría del hierro se extrae a partir de minerales formados por óxidos de hierro en altos hornos utilizando coque (carbón) como agente reductor de acuerdo con la reacción:

                        Fe2O3 + 3CO        →        2Fe + 3CO2

El arrabio del alto horno se transfiere en estado líquido a un horno de fabricación de Acero.

La mayoría del acero se obtiene mediante oxidación del carbón y otras impurezas del arrabio hasta que el contenido de carbono del hierro se reduce hasta el nivel requerido.

Posteriormente, el arrabio y hasta un 30% de chatarra se cargan en un convertidor donde se inyecta oxígeno.

El oxígeno puro reacciona con el arrabio líquido para formar óxido de hierro y seguidamente, el carbono del acero, reacciona con el óxido de hierro para formar monóxido de carbono.

                        FeO + C → Fe + CO

Se adicionan también fundentes formadores de escoria (como cal). En este proceso se consigue una reducción drástica del contenido de carbono así como una reducción de impurezas de azufre y fosforo.

[pic 4]

Las aleaciones de hierro y carbono que tienen desde un pequeña cantidad 0.003% a un 1.2% de carbono y de 0.25% a 1% de manganeso así como menores cantidades de otros elementos reciben la denominación de aceros ordinarios al carbono o aceros al carbono o de bajo carbono.

Las fases presentes en las aleaciones de hierro y carbono enfriadas muy lentamente a diversas temperaturas y con diferentes composiciones de hierro hasta llegar a 6.67% de carbono de muestran en el diagrama de fases Fe-Fe3C. En ciertas condiciones, el Fe3C que se llama Cementita se puede descomponer en las fases de hierro y carbono (grafito) que son más estables. Sin embargo, el Fe3C es muy estable en la mayoría de las condiciones prácticas y, por lo tanto, se considerará como una fase de equilibrio.

Fases sólidas en el diagrama de fases Fe-Fe3C

El diagrama Fe-Fe3C contiene las siguientes fases sólidas: ferrita 𝛂, austenita (𝛄), cementita Fe3C y ferrita 𝛅.

La ferrita α es una solución sólida intersticial de carbono en una estructura BCC. Como se indica en el diagrama de fases Fe-Fe3C, el carbono es sólo ligeramente soluble en ferrita α y alcanza una solubilidad de sólidos máxima de 0.02 por ciento a 723°C.

Austenita (γ).La solución sólida intersticial de carbono en hierro (γ) se conoce con el nombre de austenita. La austenita tiene una estructura cristalina ccc y una solubilidad de 2.08% de carbono a 1148°C.

Cementita (Fe3C) es un compuesto intermetálico duro y frágil con una composición de 6.67% de carbono y 93.3% de Fe.

Ferrita 𝛅 es una solución sólida intersticial de Carbono en Hierro 𝛅, tiene una estructura cristalina BCC y una solubilidad máxima de carbono de 0.09% a 1465°C.

Reacciones Invariantes en el diagrama de fases Fe-Fe3C

Reacción peritéctica.- En el punto de reacción peritéctica, el líquido con 0.53% de carbono se combina con Ferrita δ de 0.09% C para formar austenita γ de 0.17% C. Esta reacción que ocurre a 1495°C puede escribirse así:

Liquido (0.53%C) + δ (0.095%)        1495°C⟶           γ (0.17%C)

La ferrita δ es una fase a alta temperatura y por tanto no se encuentra  en los aceros al carbono a temperaturas más bajas.

Reacción Eutéctica

En el punto de reacción eutéctica, el líquido de 4.3 % forma austenita γ de 2.08% C y el compuesto intermetálico Fe3C (cementita), que contiene 6.67% C. Esta reacción, que ocurre a 1148°C puede escribirse:

        Liquido (4.3%C)    Austenita γ (2.08% C) + Fe3C (6.67%C)[pic 5]

Esta reacción no se produce en los aceros al carbón simples porque su contenido de carbono es demasiado bajo.

Reacción Eutectoide

En el punto de reacción eutectoide, la austenita sólida de 0.8% produce ferrita α con 0.02%C y Fe3C (Cementita) que contiene 6.67%C. Esta reacción tiene lugar a 723°C.

                        Austenita γ (0.8%C)   Ferrita α (0.02% C) + Fe3C (6.67%C)[pic 6]

Esta reacción eutectoide, que tiene lugar en estado sólido en su totalidad, es importante para algunos tratamientos térmicos de los aceros al carbón.

[pic 7]

[pic 8]

Un acero al carbono simple que contiene 0.8% C se conoce como acero eutectoide puesto que se forma una estructura completamente eutectoide de Ferrita α y Fe3C cuando se enfría lentamente la austenita de esta composición por debajo de la temperatura eutectoide. Si un acero al carbón contiene menos de 0.8%C recibe el nombre de Acero Hipoeutectoide y si el acero contiene más de 0.8% C se designa con el término Hipereutectoide.

...