Apuntes Tema 11: Aleaciones Férreas PDF

TEMA 8: MATERIALES METÁLICOS. LECCIÓN 11: ALEACIONES FÉRREAS. Características de las aleaciones férreas: - Son las aleaciones de mayor empleo en ingeniería, ya que: o En la corteza terrestre abundan los compuestos de hierro. o Las aleaciones férreas se fabrican en proce...

TEMA 8: MATERIALES METÁLICOS. LECCIÓN 11: ALEACIONES FÉRREAS. Características de las aleaciones férreas: - Son las aleaciones de mayor empleo en ingeniería, ya que: o En la corteza terrestre abundan los compuestos de hierro. o Las aleaciones férreas se fabrican en procesos relativamente económicos. o Las aleaciones férreas son extremadamente versátiles. - Las aleaciones férreas tienen una elevada susceptibilidad a la corrosión (inconveniente). - Existen dos categorías dentro de las aleaciones férreas: o Aceros ▪ Tienen entre 0.05% y 2% de carbono. o Fundiciones ▪ Tienen entre el 2% y el 4.5% de carbono. Propiedades y estructura del hierro puro: El hierro puro es un metal blanco-azulado, dúctil y maleable. Su densidad es 7.87 g/cm3. Funde entorno a los 1540ºC. Tiene 4 variedades alotrópicas: o Hierro alfa (Fe α): ▪ Hasta los 768ºC ▪ Estructura BBC. o Hierro beta (Fe β): ▪ De 768ºC a 910ºC ▪ Estructura BBC. o Hierro gamma (Fe γ): ▪ De 910ºC a 1400ºC ▪ Estructura FCC. o Hierro sigma (Fe δ): ▪ De 1400ºC a 1539ºC ▪ Estructura BCC. Constituyentes de las aleaciones hierro-carbono: La naturaleza de los constituyentes varía según las proporciones de los componentes de la aleación (Fe y C) y la temperatura. - Ferrita: o Es una solución sólida.  o Se compone de carbono y Fe α o Tiene una solubilidad máxima de 0.02% (a 723ºC). o Es un acero. o Es el constituyente más blando y dúctil. - Cementita: o Es el carburo de hierro (CFe3). o Es un acero. o Es el constituyente más duro y frágil de los aceros. - Perlita: o Es un constituyente eutectoide. o Compuesto por 86.5% de Ferrita y 13.5% de CFe3 (Cementita). - Austenita: o Es una solución sólida. o Se compone de carbono y Fe γ. o Es muy dúctil, tenaz y resistente al desgaste. - Martensita: o Es una solución sólida. o Es una solución sobresaturada. o Se compone de carbono en Fe α. o Se obtiene por enfriamiento muy rápido. o Es el constituyente más duro de los aceros por debajo de la cementita. - Bainita: o Procede de la transformación isotérmica de la austenita [250-550]ºC o Dos tipos: bainita inferior (250-400ºC) y bainita superior (400-550ºC). - Ledeburita: o Es un constituyente eutéctico. o Es una fundición. o Formado por austenita y CFe3 (Cementita). - Steadita: o Es una fundición. o Se compone de más de un 0.15% de fósforo. o Es muy dura y frágil. - Grafito: o Es una variedad alotrópica del carbono libre que se presenta en determinadas fundiciones. Hay otros elementos que pueden encontrarse en diferentes formas: Carburos: o Pueden ser de Cr, Mo, W, Mn y V (Vanadio). o Son más duros aún que la martensita.  Emulsionados: o El Cu y el Pb pueden formar bolsas muy pequeñas en la masa de los aceros. Inclusiones: o Son SMn, Al2O3, silicatos,... o Procedentes de refractarios de los hornos y las escorias. Disueltos en la ferrita: o Ni, Cr, Si, Mn, Cu y P formando soluciones sólidas. Diagrama de equilibrio: Aceros: 1. Aceros bajos en carbono (%C < 0.25): a. Ordinarios: i. Características: 1. Constituyen el mayor porcentaje del volumen de la producción de aceros. 2. No son templables. 3. Son endurecibles por deformación (acritud). 4. Microestructura ferrita + perlita. 5. Son blandos y poco resistentes. 6. Son de fácil mecanización, soldables y baratos. ii. Aplicaciones: 1. Carrocerías de automóviles. 2. Vigas. 3. Láminas para tuberías, edificios y puentes. 4. Latas estañadas. b. Aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA): i. Características: 1. Suma de elementos de aleación (Cu, V, Ni, Mo,...) en torno al 10% de su peso. 2. Alta resistencia. 3. Son dúctiles, hechurables y mecanizables. 4. En ambiente atmosférico son más resistentes a la corrosión. ii. Aplicaciones: 1. Puentes. 2. Torres. 3. Recipientes a presión. 4. Columnas de soporte para altos edificios. 2. Aceros medios en Carbono (0.25 < %C < 0.6): a. Características: i. Admiten tratamientos térmicos (temple y revenido) en piezas de sección delgada. ii. Microestructura de martensita revenida. iii. Las adiciones de Cu, Mo y Ni mejoran la templabilidad. iv. Son más resistentes, pero menos dúctiles y tenaces. b. Aplicaciones: i. Ruedas y carriles para trenes, Engranajes, Cigüeñales, Pernos, Ejes, Pistones.  3. Aceros altos en Carbono (0.6 < %C < 1.4): a. Características: i. Son muy duros y resistentes, pero de baja utilidad. ii. Se usan en la condición de templado y revenido, mostrando alte resistencia al desgaste. iii. Macroestructura de martensita revenida. iv. Los elementos de aleación (Cr, V, W y No) se combinan con el C para formar carburos muy duros y resistentes a la abrasión. b. Aplicaciones: i. Herramientas de corte. ii. Matrices y troqueles. iii. Brocas. iv. Cuchillos, navajas, hojas de sierra. 4. Aceros Inoxidables (%C < 0.2; 11 < %Cr < 20): a. Características: i. Resisten la corrosión en muchos ambientes, especialmente el atmosférico. ii. Cuatro tipos: 1. Microestructura martensítica (son magnéticos). 2. Microestructura ferrítica (se endurecen por acritud, no son templables y son magnéticos). 3. Microestructura austenítica (se endurecen por acritud, no son templables y no son magnéticos). 4. Microestructura dúplex (son austeno-ferríticos y tienen propiedades intermedias). b. Aplicaciones: i. Tubos de escape, válvulas, turbinas de gas. ii. Instrumental quirúrgico, cubertería, aviones. Fundiciones: - Características: o Aleaciones hierro-carbono con un contenido de carbono mayor al 2% (típicamente 3 < %C < 4.5). o Funden a Tas más bajas que los aceros (1150-1300ºC) ▪ Se procesan por moldeo. o No trabajables por deformación en caliente. o Baja ductilidad y poco tenaces. o Resistentes a la vibración y al desgaste. o En general no son soldables. - Tipos: o Fundición gris (2.5 < %C < 4 + 1 < %Si < 3):  ▪ El carbono libre aparece en forma de láminas de grafito en una matriz de ferrita o perlita. ▪ Son frágiles y poco resistentes a la tracción. ▪ Amortiguación, alta resistencia al desgaste, elevada fluidez en la colada y bajo coste. ▪ Aplicaciones: Bloques de motores. Tambores de freno. Bancadas para máquinas y equipos. o Fundición dúctil (o nodular o eferoidal): ▪ Se añaden pequeñas cantidades de elementos nodulizadores (Magnesio y/o Cerio) a la fundición gris. ▪ El grafito forma esferoides en una matriz de ferrita o perlita. ▪ Es más resistente y más dúctil que la fundición gris. ▪ Aplicaciones: Válvulas. Cuerpos de bombas. Cigüeñales. Otros componentes de automóvil y maquinaria. o Fundición blanca (2.3 < %C < 3 + %Si