Escuela Politécnica Del Ejército

CIENCIA DE MATERIALES I

MICROESTRUCTURA DE LOS MATERIALES TRABAJADOS EN FRIO

OBJETIVOS

Identificar las micro estructuras de muestras metálicas trabajas en frío. Realizar el análisis de las inclusiones en un acero de construcción basado en la

norma INEN 1482. Identificar estructura de fibrado, textura de capa, orientación de segundas fases

e inclusiones.

MARCO TEORICO

DIAGRAMA HIERRO-CARBONO

Introducción

Los aceros son aleaciones hierro-carbono y constituyen la familia industrialmente más importante de todas las aleaciones metálicas debido a su versatilidad y propiedades mecánicas únicas. La mayoría de las aleaciones de hierro derivan del diagrama  Fe-C que puede ser modificado por distintos elementos de aleación.

Formas alotrópicas del hierro

Hierro alfa (α): Cristaliza a 768 ºC. Su estructura cristalina es BCC con una distancia interatómica  de 2.86 Å. Prácticamente no disuelve en carbono.

Hierro gamma (γ): Se presenta de 910ºC a 1400ºC. Cristaliza en la estructura cristalina FCC con  mayor volumen que la estructura cristalina de hierro alfa. Disuelve fácilmente en carbono y es una variedad de Fe amagnético.

Hierro delta (δ): Se inicia a los 1400ºC y presenta una reducción en la distancia interatómica que la hace retornar a una estructura cristalina BCC. Su máxima solubilidad de carbono es 0.007% a 1487ºC. No posee una importancia industrial relevante. A partir de 1537ºC se inicia la fusión del Fe puro.

Según el porcentaje de carbono las aleaciones Hierro-Carbono puede clasificarse en:

Fundiciones %C≥1.76% Aceros %C ≤1.76%.

El carbono puede presentarse en tres formas distintas en las aleaciones Fe-C:

En solución intersticial. Como carburo de hierro. Como carbono libre o grafito.

 

Diagrama Hierro-Carbono.

Fases presentes:

α: (Ferrita): Es una solución sólida de carbono con una solubilidad a  temperatura ambiente muy  pequeña. Es  la fase más blanda y dúctil de los aceros. Cristaliza en una estructura BCC. Tiene una dureza de 95 Vickers y una resistencia a la rotura de 28 Kg. /mm2, llegando a un alargamiento del 35 al 40%.

Presenta propiedades magnéticas. En los aceros aleados, suele contener Ni, Mn, Cu, Si, Al en disolución sólida sustitucional. Al microscopio aparece como granos monofásicos, con límites de grano más irregulares que la austenita.

γ: (Austenita). Es la fase más densa de los aceros. Está formado por la solución sólida por inserción de carbono. La proporción de carbono disuelto varía desde el 0% al 1.76%, correspondiendo este último al porcentaje de máxima solubilidad a la temperatura de 1130 ºC. La austenita comienza a formarse a la temperatura de Z 723ºC. Posee una estructura cristalina FCC, una dureza de 305 Vickers, una resistencia de 100 Kg. /mm2 y un alargamiento de un 30 %. No presenta propiedades magnéticas.

δ: Hierro delta Cem: (Cementita- Carburo de Hierro) Es carburo de hierro y por tanto su

composición es de 6.67% de C. Es la fase más dura y frágil de los aceros, alcanzando una dureza de 960 Vickers. Cristaliza formando un paralelepípedo ortorrómbico de gran tamaño. Es magnética hasta los 210ºC, temperatura a partir de la cual pierde sus propiedades magnéticas.

Grafito Perlita Es la fase formada por el enfriamiento lento de la austenita. Tiene una

dureza de aproximadamente 200 Vickers, con una resistencia a la rotura de 80 Kg. /mm2 y un alargamiento del 15%. Cada grano de perlita está formado por láminas de cementita y ferrita.

Led: (Ledeburita)

Aceros eutectoides

Presentan una fase austenítica sólida a un composición de 0.89% C con granos orientad

os al azar. Al enfriar se desarrollan las fases ferrita y cementita en láminas, formando una microestructura única llamada Perlita, la cual, en relación con las propiedades mecánicas posee características intermedias de las fases que la componen, entre blanda y dúctil y dura y quebradiza.

Figura 2. Representación gráfica de las microestructuras del acero eutectoide.

Aceros Hipoeutectoides

Presentan una fase austenítica sólida a una composición inferior a 0.89% C con granos orientados al azar. Al enfriar comienza a desarrollarse la ferrita y se entra en la región bifásica α + γ donde la ferrita sufre una segregación formándose en los límites de grano

de la fase γ. Al sobrepasar en enfriamiento a la línea A1 la austenita se transforma en perlita y se forma el acero.

Figura 3. Representación esquemática de las microestructuras del acero hipoeutectoide.

Características:

Al carbono y también aleados. Son plásticos y poseen buena resistencia mecánica. Bajo carbono hasta 0.2 % C, medio carbono 0.2%-0.5% C y alto carbono        0.5

%C>. Usos: Elementos de máquinas (Elementos de sujeción y transmisión de potencia).

Figura 4.Acero hipoeutectoide 1045 SAE 100x.

Aceros Hipereutectoides

Presentan una fase austenítica a una composición superior a 0.89% C pero inferior a 1.76 %C con granos orientados al azar. Al enfriar comienza a formarse la cementita y se entra en la región bifásica γ+cem donde la cementita comienza a formarse en los límites de grano de la austenita. Al sobrepasar en enfriamiento a la línea A1 la austenita remanente se transforma en perlita y se forma el acero.

Figura 5. Representación esquemática de las microestructuras del acero hipereutectoide.

Características:

Generalmente aleados. Muy alta resistencia mecánica. Mayor modulo de Young, muy elásticos. Alta resistencia mecánica y muy alta dureza. Difíciles de deformar plásticamente. Menor resiliencia.

Figura 6. Acero Hipereutectoide 1095 SAE

 

FUNDICIONES

Al igual que los aceros, las fundiciones son básicamente aleaciones hierro- carbono, con una alto porcentaje de carbono mayor que los aceros. Su concentración esta entre 1.76% y 6.67% de carbono.

La mayoría de las fundiciones que se manufacturan comercialmente están entre 2,5% y 4% de  carbono. El máximo  porcentaje de carbono que es posible obtener en las aleaciones ferrosas es 6.67%

EQUIPOS Y MATERIALES

2.1 Acero 10202.2 Sierra de arco.2.3 Accesorios para la preparación metalografía.2.4 Microscopio óptico.2.5 Elementos para desbaste.2.6 Elementos para pulido mecánico o electrolítico.2.7 Elementos para ataque químico.2.8 Reactivo:

* Nital al 4%

PROCEDIMIENTO

3.1 Extracción de la muestra (basarse en la norma INEN).3.2 Prepare metalográficamente la probeta.3.3 Registre en fotografías las observaciones vistas en el microscopio.3.4 Analice de resultados.

ANALISIS DE RESULTADOS

Acero 1020 (0,20% de carbono)

Metalografías Colonias de perlita

Matriz ferritica

ACERO 1020IMAGEN COMPARATIVA

Colonias de perlita

Matriz ferritica

CONCLUSIONES

Se comprobó que la probeta cumplen con las especificaciones de la hoja técnica en la cual muestra una constitución perlitica dentro de una matriz ferritica tal como presenta la imagen comparativa del acero.

Con el reconocimiento de los micros constituyentes de cada metal se puede analizar diferentes propiedades mecánicas por ejemplo dureza, tracción, impacto, etc.

Se conoció que dependiendo el acero ya sea aleado o fundición este toma diferentes constituyentes variando la acción de agentes externos ya sea temperatura o endurecimiento por varios procesos.

BIBLIOGRAFIA

ACERO 1020IMAGEN COMPARATIVA

Colonias de perlita

Matriz ferritica

Colonias de perlitaMatriz

ferritica

NORMA INEN 1482, Aceros: Determinación microscópica de inclusiones. Ciencia e Ingeniería de los materiales; SmithCiencia e Ingeniería de los materiales; Askeland Fundamentos de Manufactura Moderna; Mikell P.Groover Ciencia e Ingeniería de los materiales; Callister