Diagramas de Aleaciones de Ingeniería. Diagrama hierrro-carbono | 22/93 | UPV
Summary
TLDREn esta presentación, Rafael Balart, profesor de la Universidad Politécnica de Valencia, explica el diagrama hierro-carbono y su importancia en la ingeniería. Detalla las fases y microconstituyentes, como la austenita, ferrita, cementita y perlita, y las principales transformaciones que ocurren en el diagrama, incluyendo las peritécticas, eutécticas y eutectoides. También resalta cómo este diagrama es crucial para optimizar el comportamiento de las aleaciones férricas mediante tratamientos térmicos, proporcionando una herramienta para predecir sus propiedades mecánicas y estructurales. Finalmente, concluye con consideraciones clave sobre el uso del diagrama en ingeniería.
Takeaways
- 🔧 El diagrama hierro-carbono es fundamental en ingeniería debido al uso extensivo del hierro y sus aleaciones.
- 📊 El diagrama hierro-carbono metaestable ayuda a identificar las fases y microconstituyentes estructurales, como austenita, ferrita, cementita y perlita.
- 🔥 La austenita es una solución sólida de hierro gamma y carbono que existe a altas temperaturas, pero desaparece por debajo de 723°C.
- 🛠️ La ferrita, una solución sólida de hierro alfa con carbono, es blanda y tiene muy baja solubilidad de carbono a temperatura ambiente.
- ⚙️ La cementita, un compuesto intermetálico de fórmula Fe3C, es muy dura y frágil, con tendencia a descomponerse con el tiempo.
- 📏 La perlita tiene una estructura laminar de ferrita y cementita, lo que le confiere alta resistencia mecánica.
- ♻️ Las transformaciones clave en el diagrama son las peritécticas, eutécticas y eutectoides, que afectan la estructura del material.
- 🌡️ La transformación peritéctica ocurre a 1495°C, transformando líquido y ferrita en austenita.
- 🔄 La transformación eutéctica se da a 1129°C, produciendo ledeburita, mientras que la eutectoide sucede a 723°C, formando perlita.
- 📉 El estudio del diagrama hierro-carbono es esencial para optimizar el comportamiento de las aleaciones férricas mediante tratamientos térmicos.
Q & A
¿Qué es el diagrama hierro-carbono y por qué es importante en ingeniería?
-El diagrama hierro-carbono es una representación gráfica que muestra las fases y transformaciones que ocurren en las aleaciones de hierro y carbono. Es importante en ingeniería porque permite entender y predecir el comportamiento de estas aleaciones, lo cual es clave para optimizar su uso en diversas aplicaciones industriales.
¿Qué fases principales se encuentran en el diagrama hierro-carbono?
-Las fases principales del diagrama hierro-carbono son la austenita, la ferrita, la cementita y la perlita. Cada una tiene características estructurales y propiedades mecánicas diferentes que influyen en el comportamiento del material.
¿Qué es la austenita y cuál es su importancia en el diagrama hierro-carbono?
-La austenita es una solución sólida de hierro gamma con carbono que admite hasta un 2,11% de carbono a temperaturas elevadas. Es importante porque es una fase que facilita procesos de deformación plástica en las aleaciones férreas, aunque no existe a temperaturas por debajo de 723°C.
¿Cuál es la diferencia entre la ferrita y la austenita en términos de solubilidad de carbono?
-La ferrita es una solución sólida de hierro alfa con muy baja solubilidad de carbono (máximo 0,02% a 723°C y prácticamente nula a temperatura ambiente), mientras que la austenita tiene una mayor solubilidad de carbono, alcanzando hasta un 2,11% a 1129°C.
¿Qué es la cementita y qué papel juega en las aleaciones de hierro?
-La cementita (Fe3C) es un compuesto intermetálico de hierro y carbono con un 6,67% de carbono. Es muy dura y frágil, y tiene tendencia a descomponerse en hierro y carbono con el tiempo, lo que contribuye a que el diagrama sea considerado metaestable.
¿Qué es la perlita y cómo se forma?
-La perlita es un microconstituyente formado por láminas alternadas de ferrita y cementita, y se forma como resultado de la transformación eutectoide en el diagrama hierro-carbono. Esta estructura laminar le confiere alta dureza y resistencia mecánica.
¿Qué son las transformaciones peritéctica y eutéctica en el diagrama hierro-carbono?
-La transformación peritéctica ocurre a 1495°C y convierte una mezcla de líquido y ferrita en austenita. La transformación eutéctica ocurre a 1129°C, donde el líquido se convierte en una mezcla de austenita y cementita, formando la ledeburita.
¿Qué es la transformación eutectoide y cuál es su relevancia?
-La transformación eutectoide ocurre a 723°C y convierte la austenita en una mezcla de ferrita y cementita (perlita). Es relevante porque ocurre a temperaturas más bajas y tiene un impacto directo en las propiedades de los aceros a temperatura ambiente.
¿Por qué se considera el diagrama hierro-carbono como metaestable?
-El diagrama se considera metaestable porque la cementita (Fe3C) tiende a descomponerse lentamente en hierro y carbono a lo largo del tiempo. Sin embargo, este proceso ocurre en tiempos muy largos, lo que permite su uso práctico en ingeniería.
¿Cómo influye el diagrama hierro-carbono en el diseño de tratamientos térmicos?
-El diagrama proporciona las bases para diseñar tratamientos térmicos que optimizan las propiedades de las aleaciones de hierro. Conociendo las fases y transformaciones, los ingenieros pueden modificar las propiedades mecánicas de los materiales, como la dureza y resistencia.
Outlines
🧑🏫 Introducción al diagrama hierro-carbono en ingeniería
En este primer párrafo, el profesor Rafael Balart presenta una introducción sobre la importancia de los diagramas de aleaciones en ingeniería, enfocándose en el diagrama hierro-carbono. Explica la relevancia de conocer las estructuras y micro constituyentes para predecir el comportamiento de las aleaciones. También menciona que este diagrama, denominado metaestable, es clave para entender las fases y las propiedades mecánicas del material, y cómo permite optimizar su comportamiento mediante tratamientos térmicos.
🔍 Fases y micro constituyentes del diagrama hierro-carbono
Este párrafo describe las principales fases y micro constituyentes del diagrama hierro-carbono, como la austenita, ferrita, cementita y perlita. Se detallan las características de cada fase, como la solubilidad en carbono y sus propiedades mecánicas. Se destaca que la austenita, una fase blanda, solo existe a altas temperaturas, mientras que la ferrita es una fase más blanda pero presente a temperatura ambiente. La cementita es un compuesto duro y frágil, y la perlita tiene una estructura laminar que le otorga dureza y resistencia mecánica.
📈 Transformaciones importantes en el diagrama hierro-carbono
Aquí se explican las principales transformaciones que ocurren en el diagrama hierro-carbono: peritéctica, eutéctica y eutectoide. La transformación peritéctica ocurre a altas temperaturas y tiene una forma gráfica en 'cola de pez'. La eutéctica, a temperaturas más bajas, da lugar a la ledeburita, un constituyente importante en las fundiciones. La transformación eutectoide, que ocurre a temperaturas más bajas, es crucial ya que forma fases que permanecen a temperatura ambiente, como la ferrita y la cementita.
📊 Análisis del diagrama hierro-carbono y sus transformaciones
En este párrafo, se analiza en detalle el diagrama hierro-carbono, destacando las zonas monofásicas y bifásicas y las transformaciones más relevantes. Se mencionan las posiciones de la austenita, ferrita, cementita y perlita en el diagrama. Además, se describe la relevancia de la transformación peritéctica, aunque su impacto es limitado por ocurrir a altas temperaturas. La transformación eutéctica y eutectoide, por otro lado, tienen mayor importancia debido a su influencia en las características de las fundiciones y los aceros.
✅ Conclusiones finales sobre el diagrama hierro-carbono
En las consideraciones finales, se refuerza la idea de que el diagrama hierro-carbono metaestable es una herramienta fundamental en ingeniería para estudiar las fases y micro constituyentes. A través de transformaciones eutécticas, peritécticas y eutectoides, se puede analizar el comportamiento de las aleaciones férreas. Cada fase tiene características mecánicas distintas, lo que ofrece una amplia variedad de aplicaciones industriales. Finalmente, se agradece la atención del público.
Mindmap
Keywords
💡Diagrama hierro-carbono
💡Fases
💡Microconstituyentes
💡Austenita
💡Ferrita
💡Cementita
💡Perlita
💡Transformación eutectoide
💡Transformación peritéctica
💡Transformación eutéctica
Highlights
Introducción a los diagramas de aleaciones en ingeniería, con énfasis en el diagrama hierro-carbono.
El diagrama hierro-carbono es esencial en ingeniería debido a la relevancia del hierro y sus aleaciones en el campo.
El diagrama hierro-carburo de hierro representa la base para identificar las fases y microconstituyentes estructurales.
Descripción de las fases principales: austenita, ferrita, cementita y perlita, con sus características clave.
La austenita es una solución sólida de hierro gamma y carbono, que no existe por debajo de 723°C.
La ferrita es una solución sólida de hierro alfa con muy baja solubilidad de carbono, presente a temperatura ambiente.
La cementita es un compuesto intermetálico muy duro y frágil con un 6,67% de carbono.
La perlita es una estructura laminar formada por láminas alternas de ferrita y cementita, con alta dureza.
Transformación peritéctica a 1495°C: El líquido más la solución sólida delta se transforma en solución sólida gamma.
Transformación eutéctica a 1129°C: El líquido con 4,3% de carbono se transforma en solución sólida gamma y carburo de hierro.
La ledeburita se forma como resultado de la transformación eutéctica a 1129°C.
Transformación eutectoide a 723°C: La solución sólida gamma se transforma en ferrita y cementita, creando perlita.
El diagrama hierro-carburo de hierro es metaestable porque el carburo de hierro tiende a descomponerse con el tiempo.
Las transformaciones térmicas del diagrama permiten optimizar el comportamiento de las aleaciones férreas.
El estudio del diagrama hierro-carbono es crucial para predecir y mejorar las propiedades mecánicas de los aceros y aleaciones.
Transcripts
00:03Hola, mi nombre es Rafael Balart, soy profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales de la Universidad Politécnica de Valencia /SF// y en esta presentación voy a hablar sobre diagramas de aleaciones en ingeniería.
00:14En concreto, del diagrama hierro carbono.
00:17A lo largor de esta presentación realizaremos una breve introducción sobre la utilidad de este tipo de diagrama.
00:23A continuación describiremos las fases y micro constituyentes estructurales del diagrama hierro carbono.
00:29Veremos cuáles son las transformaciones más importantes de dicho diagrama.
00:33Y, por último, realizaremos una presentación del diagrama hierro carbono.
00:37Finalmente, realizaremos una serie de consideraciones /SF// /en// en base a la presentación realizada.
00:44El diagrama hierro carbono presenta una gran importancia desde el punto de vista de la ingeniería /SF// ya que el hierro y sus aleaciones /SF// es uno de los materiales de mayor /u// uso /en el// en el campo de la ingeniería.
00:57En este sentido, pues es interesante conocer las estructuras de las distintas aleaciones como una herramienta de apoyo para entender y poder predecir el comportamiento de las distintas aleaciones en el campo de la ingeniería.
01:10El análisis del diagrama hierro carbono meta estable, realmente es el diagrama hierro carburo de hierro, representa /la bar// la base para identificar las fases y los micro constituyentes estructurales.
01:22/e// Con estas bases podemos conocer las características y /las/la/ /m// naturaleza de estas fases y micro constituyentes con las /SF// propiedades mecánicas y la distribución en la estructura, /SF// y predecir o apoyar las características que confirieren al material.
01:39Y por otro lado, el estudio del diagrama nos va a permitir conocer la naturaleza de las transformaciones que ocurren en dicho diagrama.
01:46/el dio// El diagrama hierro carbono se le denomina meta estable /e// porque con el paso del tiempo, el carburo de hierro tiene tendencia a descomponerse.
01:56Pero esto ocurre /e// para tiempos /e// muy muy largos y por eso, suele trabajarse mucho con el diagrama hierro carburo de hierro.
02:03Este diagrama aporta las bases para la optimización del comportamiento de las aleaciones férricas /para// /e// mediante la utilización de tratamientos térmicos.
02:12Veamos en primer lugar cuáles son las fases y micro constituyentes estructurales que aparecen en el diagrama hierro carbono.
02:19Los más importantes son los que aparecen en la presentación: austenita, ferrita, cementita y perlita.
02:27La austenita es una solución sólida de hierro gamma con carbono.
02:32Es una disolución sólida que admite cierta cantidad de carbono, hasta un dos coma once por ciento a temperaturas relativamente elevadas: mil ciento veintinueve grados centígrados.
02:42Es importante resaltar que la austenita no existe por debajo de setecientos veintitrés /e// grados centígrados, por lo tanto, no será /un// /e// una fase, un micro constituyente que aparezca a temperatura ambiente.
02:56Teniendo en cuenta que el hierro presenta una estructura cúbica centrada en las /e// /e// , que el hierro gamma presenta una estructura cúbica centrada en las caras, /SF// se trata de un constituyente relativamente blando.
03:06De ahí que muchos procesos de deformación plástica /en los// /m// en las aleaciones /SF// férreas, se lleven a cabo /en el// en este estado de austenita.
03:15Por otro lado, /SF// otro de los constituyentes importantes es la ferrita.
03:21La ferrita es una solución sólida intersticial de hierro alfa con carbono.
03:26Presenta muy poca solubilidad en carbono, /SF// /e// aproximadamente es un cero coma /SF// cero doscientos dieciocho por ciento, a temperaturas elevadas: setecientos veintitrés grados centígrados.
03:37Y prácticamente la solubilidad es nula a temperatura ambiente.
03:42No es una de las /SF// fases o micro constituyentes que sí que aparecen a temperatura ambiente.
03:46Con lo cual habrá que considerarlo de forma /e// importante a la hora de escribir las características mecánicas de los aceros.
03:54Se trata de una fase o micro constituyente duro y aun así, es uno de los constituyentes a temperatura ambiente más blandos de los aceros.
04:04Por otro lado, la cementita es un compuesto intermetálico de fórmula /SF// /efe e/Fe/ tres /ce/C/, que equivale a un seis coma sesenta y siete por ciento en carbono.
04:12Es un compuesto /e// de elevada dureza, y fragilidad.
04:17Tiene mucha tendencia a descomponerse en hierro y carbono para tiempos muy largos.
04:21Por eso hemos dicho anteriormente que el diagrama hierro carbono es un diagrama meta estable, que con el paso del tiempo, /SF// tiene la tendencia a descomponerse el carburo en hierro y en carbono.
04:33El otro constituyente o micro constituyente es la perlita.
04:36Es un micro constituyente con estructura laminar, como apreciamos /en el// en el gráfico.
04:41Este micro constituyente está formado por micro láminas de ferrita y micro láminas de cementita, /e// colocadas o situadas de forma alterna.
04:51/e// La estructura laminar confiere una elevada dureza y resistencia mecánica por el efecto de borde de grano entre los distintos granos de perlita y entre las distintas láminas que aparecen en la micro estructura.
05:02Su campo de existencia se sitúa siempre por debajo de setecientos veintitrés grados centígrados en los diagramas de equilibrio.
05:10En cuanto a las transformaciones que aparecen en el diagrama de equilibrio merece la pena destacar las siguientes:
05:16La transformación peritéctica que indica que a la temperatura de mil cuatrocientos noventa y cinco grados centígrados el líquido con un /cero noven// /SF// cero cincuenta y tres por ciento de carbono más la solución sólida delta con un cero coma cero nueve por ciento de carbono, se transforman isotérmicamente en solución sólida gamma, con un cero coma diecisiete por ciento de carbono.
05:39Gráficamente, vemos que se forma una solución sólida en dicha transformación peritéctica, y adaptará la forma típica de cola /e// cola de pez.
05:48Otra transformación importante en el diagrama es la transformación eutéctica, que indica que a la temperatura de mil ciento veintinueve grados centígrados, el líquido con un cuatro coma tres por ciento de carbono se transforma isotérmicamente en solución sólida gamma con un dos coma once por ciento de carbono más compuesto intermetálico /e// carburo de hierro.
06:08En este caso no lo hemos descrito anteriormente pero el producto de esta transformación eutéctica da lugar a un constituyente que se denomina ledeburita.
06:17La forma típica que va a presentar esta transformación eutéctica en el diagrama será /la hab// la habitual de una transformación eutéctica, es decir, en forma de uve.
06:27Otra de las transformaciones importantes /en los// en los diagramas hierro carbono /son// es la transformación eutectoide.
06:34Esta ocurre a las temperaturas más bajas y tendrá gran interés en tanto en cuanto /e// provocará las últimas transformaciones que son las que se mantendrán a temperatura ambiente.
06:44Esta transformación indica que, a setecientos veintitrés grados centígrados, la solución sólida gamma, con un cero coma ocho por ciento de carbono, se transforma en solución sólida alfa, se cero coma cero doscientos dieciocho por ciento de carbono y carburo de hierro, /efe e/Fe/ tres /ce/C/.
07:00La forma típica de la transformación eutectoide será similar a la eutéctica, es decir, en forma de uve.
07:06Una vez conocidos /los// las fases y los micro constituyentes estructurales así como las transformaciones más importantes, podemos estudiar el diagrama hierro carbono, /SF// que es el que se presenta en el diagrama, con las distintas transformaciones y con las distintas fases presentes en cada una de las zonas.
07:26Tanto zonas monofásicas como zonas bifásicas.
07:29En cuanto a las fases y micro constituyentes, destacar que la austenita se encuentra en la parte izquierda del diagrama, se aprecia claramente que presenta una máxima solubilidad de dos coma uno, dos coma once por ciento de carbono, a una temperatura de mil ciento veintinueve grados centígrados.
07:46Y como hemos dicho anteriormente, que no existe por debajo de la temperatura de setecientos veintitrés grados centígrados.
07:53La ferrita, o solución sólida alfa, se encuentra en el extremo izquierdo del diagrama, presenta muy poca solubilidad, /su campo de existen su// , su rango de solubilidades es muy bajo, un máximo de cero coma cero doscientos dieciocho a setecientos veintitrés, y prácticamente solubilidad nula a temperatura ambiente.
08:13La cementita es el carburo de hierro que queda en el extremo derecho del diagrama, con una composición de seis coma sesenta y siete por ciento constante.
08:20Se representa como una línea vertical en dicho diagrama.
08:24Y por último, la perlita, está formada por una estructura laminar de ferrita más cementita, aparece en la parte inferior del diagrama representada en color amarillo, y va a ser uno de los micro constituyentes que aparecerán /a temper// a temperatura ambiente.
08:41En cuanto a las transformaciones, la transformación peritéctica fácilmente la identificamos.
08:47Si bien en el diagrama /e// en el diagrama original representa una zona relativamente pequeña, en la ampliación de esa transformación peritéctica, apreciamos claramente los puntos correspondientes a la transformación.
09:02El líquido , la solución sólida delta y la solución sólida gamma, con sus /cro// composiciones correspondientes y las temperaturas características.
09:12No obstante, la transformación peritéctica no tiene especial relevancia en el estudio /de las// del diagrama hierro carbono, en tanto en cuanto, es una transformación que ocurre a temperaturas muy altas y no va a repercutir de forma apreciable en las características a temperatura ambiente.
09:27La otra transformación, representada de color azul, /SF// /e// /SF// indica que a mil ciento veintinueve, el líquido con un cuatro coma tres por ciento de carbono se transforma en solución sólida gamma, con un dos coma once por ciento de carbono y compuesto intermetálico.
09:40Esta transformación, como veremos, será muy importante para el estudio de las fundiciones en el campo de la ingeniería.
09:48Por último, la transformación eutectoide es la transformación que se produce a temperaturas más bajas, viene representada en al zona con color verde, /SF// e indica que el sólido gamma, con una composición del cero coma ocho por ciento, se transforma en perlita, en ferrita más cementita.
10:05Ferrita con muy poca solubilidad en carbono, cero coma doscientos dieciocho y cementita.
10:11Y esta sería la representación del diagrama de /e// hierro carbono, con sus fases micro constituyentes y con las transformaciones características.
10:21Como consideraciones finales, podríamos decir que el diagrama /e// que utilizamos en el campo de ingeniería es el diagrama hierro carbono meta estable, realmente es un diagrama hierro carburo de hierro /SF// que con el paso del tiempo tiene tendencia dicho carburo a descomponerse.
10:35Pero /el// ese tiempo suele ser bastante elevado.
10:38Mediante transformaciones sencillas /SF// eutécticas /SF// peritécticas /y// /e// y eutectoides, podemos estudiar y analizar el diagrama /e// hierro carbono con relativa facilidad.
10:50Las fases y micro constituyentes estructurales /e// con características muy distintas van /a o// a ofrecer los materiales o aleaciones férreas con unas características mecánicas muy distintas.
11:04Muchas gracias por su atención.
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