Usted está aquí: Inicio Ciencia e Ingeniería de Materiales Química de los Materiales Material de clase Tema 6. Materiales metálicos, cerámicos y polímeros (I)

Tema 6. Materiales metálicos, cerámicos y polímeros (I)

Acciones de Documento
  • Marcadores (bookmarks)
  • Exportación de LTI
Autor: Javier Pozuelo de Diego

QUIMICA DE MATERIALES

TEMA 6. MATERIALES METÁLICOS, CERÁMICOS Y POLÍMEROS

Conceptos previos

 

Sistema de Aleaciones binarias isomorfas

En estos sistemas solamente existen una única estructura cristalina para cualquier composición, debe cumplir alguna de las condiciones siguientes: Regla de solubilidad de Hume-Rothery.

El tamaño de los átomos de cada uno de los dos elementos no debe diferir en más del 15%

Los elementos no deben formar compuestos entre sí, es decir, deben tener electronegatividades similares.

Los elementos deben tener la misma valencia

La estructura cristalina de cada elemento de la disolución sólida debe ser la misma.

a_metales3



 

Información que se puede obtener de los diagramas de fases.

Composición de cada fase

Donde corte la isoterma con cada línea

Ej: Aleación Cu-Ni a 1300ºC

a_metales4

Porcentaje de cada fase. Regla de la Palanca

formula116

formula117

Conceptos básicos de los diagramas de fases en metales

 

Reacciones invariantes

a_metales7



 

Sistemas de Aleaciones Eutécticas Binarias. Ej: Pb-Sn

a_metales5

Fases presentes:

formula118

Líneas:

a_metales8

Reacciones:

a_metales9



 

Sistemas de Aleaciones binarias peritécticas. Ej: Fe-Ni

a_metales6

Fases presentes:

a_metales10

Reacciones:

a_metales11



 

Sistemas binarios monotécticos. Ej: Cu-Pb

a_metales12

Fases presentes:

a_metales13

Reacciones

a_metales14



 

Formación de microestructuras por enfriemiento lento:Ej: Sistema eutéctico, Pb-Sn

a_metales5

Aleación 1: C0=61.9 %Sn (Punto eutéctico)

Se transforma el Líquido en una mezcla de dos fases sólidad en forma de láminas paralelas, esta microestructura se denomina Perlita

Aleación 4: C0=40 %Sn (<Punto eutéctico)

a) Fase líquida

 

b) Comienza a aparecer fase alfa

 

 

c) Crecen los gránulos de fase alfa

 

d) Crecen los gránulos de fase alfa (fase alfa proeutéctica)

e) Reacción eutectica, lo que quedaba de líquido se transforma en una mezcla de fases sólidas con forma de láminas paralelas (Perlita=alfa eutéctica+beta eutéctica)



linea

Porcentaje de cada fase para una composición inicial de 40%Sn que se ha enfriado létamente hasta una temperatura de 150ºC de una aleación Pb-Sn

a_metales15

a_metales16

Se calcula el porcentaje total de fase alfa

formula119

Se calcula el porcentaje de fase beta eutéctica

formula120

Se calcula el porcentaje fase alfa formada antes de la R.Eutéctica

formula121

Se calcula el porcentaje de fase alfa eutéctica

formula122

Diagrama de fases Hierro-Carburo de hierro

a_metales23

 

Fases sólidas:

 

a_metales24

 

Es una solución sólida intersticial en una red BCC

a_metales28

 

a_metales25

 

Es una solución sólida intersticial en una red BCC

a_metales28

 

a_metales26

 

Es una solución sólida intersticial en una red FCC

a_metales29

a_metales27

Es un compuesto intermetálico

 



 

Reacciones Invariantes

Reacción Peritéctica

a_metales30

Reacción Eutéctica

a_metales31

Reacción Eutectoide

a_metales32



linea

Enfriamiento lento de Aceros al Carbono

Aceros Eutectoides (0.76%C)

Cuando un acero de composición eutectoide (0.76%C) se calienta hasta la austenización (T>727ºC) y se deja enfriar léntamente hasta una temperatura inferior a la temperatura eutéctoide (T<727ºC) se produce una microestructura denominada perlita que está formada por ferrita-alfa y cementita dispuestas en láminas paralelas

a_metales33

a.- Austenita

b.- Perlita (ferrita alfa eutectoide + cementita eutectoide

Porcentaje de cada fase en el punto b

a_metales34

linea

Aceros Hipoeutectoides (<0.76%C)

Cuando un acero de composición menor que la composición eutectoide (<0.76%C) se calienta hasta la austenización y se deja enfriar léntamente hasta una temperatura inferior a la temperatura eutéctoide (T<727ºC) se produce una microestructura compuesta por ferrita alfa proeutectoide (la que se formo antes de la reacción autectoide y por perlita que está formada por ferrita-alfa y cementita dispuestas en láminas paralelas

a_metales35

c) Austenita

d) Aparecen nódulos de ferrita alfa

e) La cantidad de ferrita alfa aumenta

f) Lo que quedaba de austenita se ha transformado en perlita

Porcentaje de cada fase en el punto f

a_metales36



linea

Aceros Hipereutectoides (>0.76%C)

Cuando un acero de composición mayor que la composición eutectoide (<0.76%C) se calienta hasta la austenización y se deja enfriar léntamente hasta una temperatura inferior a la temperatura eutéctoide se produce una microestructura compuesta por cementita proeutectoide y perlita que está formada por ferrita-alfa y cementita dispuestas en láminas paralelas.

a_metales37

g) Austenita

h) Aparecen nódulos de cementita

i) Lo que quedaba de austenita se ha transformado en perlita

Porcentaje de cada fase en el punto i

a_metales38

Tratamientos térmicos de Aceros al carbono

 

Martensita

a_metales39

Se produce por un enfriamiento rápido (temple) de austenita, esta rapidez hace que no de tiempo a los átomos a reorganizarse en ferrita y cementita.

La Martensita en aceros al carbono es una fase metaestable formada por una disolución sólida intersticial sobresaturada en carbono en hierro tetragonal centrado en el cuerpo

Microestructuras de la martensita.

Para baja concentración de carbono la martensita presenta dominios de cintas de diferentes orientaciones pero limitadas a todo el dominio

Si el contenido en carbono es alto la micriestructura es en placas, a veces rodeadas de austenita retenida

a_metales40



 

Descomposición isoterma de la austenita

Consiste es disminuir rápidamente la temperatura hasta un punto de interés, termostatizar el sistema a esa temperatura y mirar las microestructuras cada cierto tiempo

a_metales43

1.- La microestructura que se obtiene es Martensita

2.- La microestructura que se obtiene es perlita gruesa

3.- La microestructura que se obtiene es perlita fina

4.- La microestructura que se obtiene es un 50% perlita y 50% Martensita

5.- La microestructura que se obtiene es bainita, está compuesta de ferrita alfa y cementita como la perlita pero no se colocan formando placas paralelas.



 

Recocido y Normalizado de Aceros al carbono

a_metales45

Recocido Total: Se calientan en la región austenítica los aceros hipoeutectoides y eutectoides, unos 40ºC por encima del límite austenita-ferrita y se enfrian lentamente

Los hipereutectoides se calientan unos 40ºC por encima de la reacción eutectoide

Recocido en proceso: consiste en eliminar tensiones a temperaturas comprendidas entre 550 y 650ºC

Se reduce la dureza de una microestructura con acritud a tempreatura elevada

a) Acritud: Deformación de un material a temperaturas relativamente bajas. Se pruduce un endurecimiento por acritud.

a_metales57

b) Restauración: Se pueden mover los granos para disminuir la concentración de defectos puntuales en el interior de los granos.

c) Recristalización: Se nuclean nuevos granos equiaxiales y libres de tensiones

d) Crecimiento de grano: El tamaño de los granos aumenta y pruduce una disminución de la dureza.



 

Revenido de Aceros al Carbono

a_metales46

Es un proceso de calentamiento de un acero martensítico a temperaturas inferiores a la temperatura eutéctica para hacerlo más blando y dúctil

El acero primero se austeniza, después se enfría rápidamente para obtener martensita y por últomo se calienta hasta obtener la dureza deseada.

Entre 20-200ºC. La Martensita presenta gran número de dislocaciones, estas posiciones son de menor energía y los átomo a esa temperatura se segregan a hacia esas zonas.

Entre 200-300ºC. El precipitado adopta formas de barilla

Entre 400-700ºC. Las varillas de Fe3C coalescen para formar partículas esferoidales (Esferoidita)

Aceros de baja Aleación

 

Efecto de los Elementos de aleación en la temperatura eutectoide

Los elementos de aleación puede hacer que la temperatura eutectoide aumente o disminuya

Estabilizantes de la Austenita o Austenizantes.(Mn,Ni)

Aumentan la región austenítica. Disminuye la temperatura de la reacción eutectoide

Estabilizantes de la Ferrita o ferritizantes.(V, Mo, Ti)

Forman carburos. Aumentan la temperatura de la reacción eutectoide



 

Templabilidad

La templabilidad de un acero se define como la propiedad que determina la profundidad y la distribusión de la dureza provocada por el temple desde la condición austenítica

 

Los elementos de aleación hacen que la disminución de la dureza respecto al extremo donde se realiza el temple no sea tan pronunciada

Fundiciones de Hierro

 

Propiedades generales

Tienen una composición en carbono entre el 2 y el 4%. Funden con facilidad. Presentan un amplio intervalo de resisten y dureza y suelen ser fáciles de mecanizar pero son poco resistentes al impacto y poco dúctiles.

Tipos de fundiciones

Fundición blanca
Fundición gris
Fundición dúctil
Fundición maleable

 



 

Tipos de fundiciones

Fundición Blanca. Se produce por enfriamiento rápido. Su microestructura consiste en grandes cantidades de Fe3C en una matriz perlítica

Fundición gris. Se produce por enfriamiento moderado o lento. Si el enfriamiento es moderado su microestructura consiste en láminas de grafito en una matriz perlítica. Si su enfriamiento es lento su microestructura consiste en láminas de grafito en una ferrítica

Fundición Dúctil. Se produce por enfriamiento moderado o lento. Si el enfriamiento es moderado su microestructura consiste en nódulos de grafito en una matriz perlítica. Si su enfriamiento es lento su microestructura consiste en nódulos de grafito en una matriz ferrítica

Fundición Maleable. Se produce a partir de la fundición blanca, se calienta hasta un os 700ºC y porteriormente se enfría. Si el enfriamiento es rápido su microestructura consiste en nódulos de grafito en una matriz perlítica. Si su enfriamiento es lento su microestructura consiste en nódulos de grafito en una matriz ferrítica

Reutilizar Curso
Descargar este curso