Primer vídeo - Práctica Caracterización microestructural de materiales metálicos

ANTONIO JULIO LÓPEZ GALISTEO

5 Aug 201412:51

Summary

TLDREste video tutorial explica las principales características del diagrama de fases del acero, específicamente el diagrama de fases binario hierro-carbono. Se destaca cómo este diagrama muestra las fases presentes en el acero bajo diversas composiciones de carbono y temperaturas. Se detallan fases como la ferrita delta, la austenita y la cementita, así como sus estructuras cristalinas y los límites de solubilidad de carbono. También se explica cómo interpretar las distintas regiones monofásicas del diagrama y las reacciones que ocurren en diferentes puntos singulares del mismo.

Takeaways

📉 El diagrama de fases del acero es una representación gráfica del equilibrio de fases presentes en función de la temperatura y el contenido de carbono.
🧪 Es un diagrama de fases binario de hierro-carbono que se centra en composiciones de carbono que varían hasta el 6,67%.
🌡️ El eje de las 'x' muestra el porcentaje de carbono, mientras que el eje de las 'y' representa la temperatura.
⚖️ El equilibrio en el diagrama depende de calentamientos y enfriamientos lentos para permitir que el material alcance sus fases naturales.
🔄 Se representan cuatro fases sólidas cristalinas: ferrita delta (alta temperatura), austenita, ferrita alfa (baja temperatura) y cementita.
🧱 La ferrita delta y la alfa tienen una estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC), mientras que la austenita tiene una estructura cúbica centrada en las caras (FCC).
💧 La fase líquida aparece a altas temperaturas y está representada por la letra 'L'.
🧬 La cementita es un compuesto intersticial de carbono en hierro con una estructura fija y un contenido en carbono del 6,69%.
⚙️ Existen diferentes tipos de acero según su contenido de carbono: hipoeutectoides (menos del 0,77%), eutectoides (exactamente 0,77%) e hipereutectoides (más del 0,77%).
🔍 Los límites de solubilidad del carbono en cada fase cristalina varían según la temperatura y están representados en el diagrama de fases.

Q & A

¿Qué es un diagrama de fases del acero?
-Un diagrama de fases del acero es una representación gráfica que muestra las fases presentes en equilibrio en el acero bajo diferentes composiciones de carbono y condiciones de temperatura. Específicamente, se trata de un diagrama de fases binario de hierro-carbono.
¿Qué significa que un diagrama de fases esté en equilibrio?
-Que un diagrama de fases esté en equilibrio significa que los calentamientos y enfriamientos del material deben ser lo suficientemente lentos como para permitir que las fases del material evolucionen de forma natural, sin alteraciones que modifiquen el equilibrio.
¿Cuál es el porcentaje máximo de carbono que se representa en el diagrama de fases hierro-carbono mostrado en el vídeo?
-El diagrama de fases hierro-carbono mostrado en el vídeo representa composiciones de carbono hasta un 6.67% en peso.
¿Cuáles son las fases sólidas cristalinas presentes en el diagrama de fases del acero?
-Las fases sólidas cristalinas presentes en el diagrama de fases del acero son la ferrita delta (δ), la austenita (γ), la ferrita alfa (α), y el compuesto cementita (Fe₃C).
¿Qué diferencia hay entre la ferrita delta y la ferrita alfa?
-La ferrita delta (δ) aparece a temperaturas más altas y tiene una estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC). La ferrita alfa (α), que aparece a temperaturas más bajas, también tiene una estructura cúbica centrada en el cuerpo, pero su límite de solubilidad de carbono es menor que el de la ferrita delta.
¿Qué es la austenita y qué estructura cristalina posee?
-La austenita (γ) es una solución sólida intersticial de carbono en hierro, con una estructura cristalina cúbica centrada en las caras (FCC).
¿Qué es la cementita y cuál es su composición química?
-La cementita (Fe₃C) es un compuesto intersticial de carbono en hierro, con una estructura cristalina fija. Contiene un 6.69% de carbono en peso.
¿Qué tipos de acero se clasifican según el contenido de carbono?
-El acero se clasifica según su contenido de carbono en tres tipos: hipoeutectoides (menos del 0.77% de carbono), hipereutectoides (más del 0.77% de carbono) y eutectoides (exactamente 0.77% de carbono).
¿Cuál es el límite de solubilidad de carbono en la ferrita delta?
-El límite de solubilidad de carbono en la ferrita delta es del 0.09% a una temperatura de 1495°C.
¿Cuál es el límite de solubilidad de carbono en la austenita?
-El límite de solubilidad de carbono en la austenita es del 2.1% a una temperatura de 1148°C.

Outlines

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📊 Introducción al diagrama de fases del acero

Este párrafo introduce las principales características de un diagrama de fases binario hierro-carbono, conocido como diagrama de equilibrio. Se explica cómo este gráfico representa las fases en equilibrio de un material, en este caso el acero, en función de su composición de carbono bajo condiciones de temperatura y presión constantes (presión atmosférica). También se destaca que el diagrama es válido para procesos de calentamiento y enfriamiento lentos, para que el material evolucione naturalmente, de lo contrario, el diagrama puede sufrir ligeras variaciones. Se menciona que el enfoque está en la zona rica en hierro, hasta un 6.67% de carbono en peso.

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🧪 Fases del diagrama de hierro-carbono

Se describen las diferentes fases presentes en el diagrama de fases hierro-carbono. Se menciona la fase líquida representada por la letra 'L' a altas temperaturas, y se introducen cuatro fases cristalinas sólidas: ferrita delta (representada por la letra griega delta), austenita (gamma), ferrita alfa (alfa) y la cementita (Fe₃C). La cementita es un compuesto químico de hierro y carbono, diferente a las otras fases que son soluciones sólidas intersticiales. También se resalta la estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo (BCC) de la ferrita y la cúbica centrada en las caras (FCC) de la austenita.

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🌡️ Solubilidad del carbono en las fases del acero

Este párrafo analiza la capacidad de las distintas fases del acero para disolver carbono en su estructura cristalina. Se describe que la ferrita delta puede contener hasta un 0.09% de carbono a 1495°C, la ferrita alfa hasta un 0.022% a 727°C, y la austenita hasta un 2.1% a 1148°C. Estos límites de solubilidad se pueden observar directamente en el diagrama de fases, y se señala que la cementita, al ser un compuesto químico, tiene un contenido fijo de 6.69% de carbono. Se menciona cómo interpretar estas regiones monofásicas en el diagrama.

Mindmap

Keywords

💡Diagrama de fases

Un diagrama de fases es una representación gráfica que muestra las fases presentes en equilibrio dentro de un material bajo diferentes condiciones de temperatura y presión. En el contexto del video, se analiza el diagrama de fases binario hierro-carbono, que ilustra cómo varían las fases de este sistema en función del porcentaje de carbono y la temperatura.

💡Equilibrio

El equilibrio en el diagrama de fases se refiere a las condiciones bajo las cuales las fases en el material se forman lentamente y de manera estable, sin cambios rápidos que puedan alterar su estructura. En el video se menciona que el equilibrio implica calentamientos y enfriamientos lentos, que permiten observar las fases estables del acero.

💡Hierro-carbono

El sistema hierro-carbono es un diagrama binario que describe las fases presentes en aleaciones de hierro con distintos porcentajes de carbono. En el video, se explica cómo las fases varían según la concentración de carbono, con ejemplos que van desde composiciones con bajo contenido de carbono hasta aquellas con alto contenido.

💡Ferrita

La ferrita es una fase cristalina del hierro que contiene pequeñas cantidades de carbono en una estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC). Se distingue entre ferrita delta (a altas temperaturas) y ferrita alfa (a temperaturas más bajas). En el video, se describe cómo ambas formas de ferrita aparecen en distintas regiones del diagrama de fases del acero.

💡Austenita

La austenita es otra fase del acero, representada en el diagrama de fases como una solución sólida de carbono en hierro con una estructura cúbica centrada en las caras (FCC). Esta fase puede disolver mayores cantidades de carbono que la ferrita. En el video, se explica su formación a temperaturas intermedias en el diagrama de fases.

💡Cementita

La cementita es un compuesto químico formado por hierro y carbono (Fe3C), que aparece en el diagrama de fases a una proporción fija de carbono (6.67%). A diferencia de las otras fases, la cementita no es una solución sólida sino un compuesto intersticial. En el video se destaca su importancia y su representación gráfica en el diagrama.

💡Solubilidad del carbono

La solubilidad del carbono se refiere a la cantidad máxima de carbono que una fase del acero puede contener en su estructura cristalina. En el video se discuten los límites de solubilidad para las fases de ferrita alfa, ferrita delta y austenita, que dependen de la temperatura.

💡Peritectoide

Los aceros peritectoides son aquellos que tienen una composición de carbono superior al 0.77%. En el video se explica cómo la clasificación de los aceros varía según el porcentaje de carbono, y se menciona específicamente esta categoría, que forma parte de la zona rica en hierro en el diagrama de fases.

💡Estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC)

La estructura BCC es una disposición cristalina en la que los átomos de hierro se encuentran en los vértices de un cubo y en el centro del mismo. La ferrita alfa y delta tienen esta estructura. El video describe cómo los átomos de carbono ocupan posiciones intersticiales en esta red.

💡Estructura cúbica centrada en las caras (FCC)

La estructura FCC es una disposición cristalina en la que los átomos de hierro están en los vértices y en el centro de las caras del cubo. Esta estructura es característica de la austenita, fase mencionada en el video como capaz de contener más carbono que la ferrita.

Highlights

Explicación del diagrama de fases hierro-carbono como un diagrama binario que representa las fases presentes en el acero bajo diferentes composiciones y temperaturas.

El diagrama de fases muestra el porcentaje de carbono en el eje X y la temperatura en el eje Y, considerando la presión atmosférica constante.

Importancia del equilibrio: los calentamientos y enfriamientos deben ser lo suficientemente lentos para que el material evolucione naturalmente.

El diagrama de fases hierro-carbono se enfoca en composiciones de carbono hasta el 6.67% en peso, destacando la región rica en hierro.

Se describen distintos tipos de acero según el contenido de carbono: hipoeutectoides (menos de 0.77%), hipereutectoides (más de 0.77%) y aceros eutectoides (0.77% exacto).

Se identifican varias fases cristalinas: ferrita delta, austenita, ferrita alfa y cementita, cada una con diferentes estructuras y composiciones.

La ferrita delta es una fase cristalina de hierro con estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC) y puede contener hasta un 0.09% de carbono a altas temperaturas.

La austenita tiene una estructura cúbica centrada en las caras (FCC) y puede incorporar hasta un 2.1% de carbono a 1148 grados centígrados.

La ferrita alfa, otra forma de ferrita, tiene un límite de solubilidad de carbono del 0.022% a 727 grados centígrados.

La cementita es un compuesto químico intersticial de carbono y hierro (Fe3C) con un contenido fijo de 6.69% en carbono.

Diferencia entre fases sólidas de solución (ferritas y austenita) y un compuesto químico (cementita), que no es una solución sólida.

La estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo (BCC) y en las caras (FCC) explica la distribución de los átomos de hierro y carbono en el acero.

El límite de solubilidad de las distintas fases cristalinas varía: 0.09% en carbono para la ferrita delta y 2.1% para la austenita.

La cementita se representa como una línea vertical en el diagrama de fases a un 6.67% de carbono, indicando su contenido fijo.

Interpretación del diagrama de fases permite entender las regiones monofásicas y los límites de solubilidad de las fases cristalinas del acero.