Diagrama Fe-c.

ANÁLISIS INDUSTRIAL
La Industria Siderúrgica: Introducción
Esquema del proceso siderúrgico.
Carbón
Mineral
de Hierro
Fundentes
Coque
Gases
Sinter
Alto
Horno
Escorias
Arrabio
Ajuste de la composición
Desulfuración
Desgasificación
Calentamiento
Colada Continua
Metalurgia Secundaria
Convertidor
ANÁLISIS INDUSTRIAL
La Industria Siderúrgica: Introducción
Hierro puro.
Fe líquido
1537ºC
Fe  (Red Cúbica Centrada)
1401ºC
Fe  (Red Cúbica Centrada en las Caras)
No Magnético
907ºC
767ºC
Fe  (Red Cúbica Centrada)
No Magnético
Fe  (Red Cúbica Centrada)
Magnético
El Fe puro tiene pocas aplicaciones industriales.
Su interés industrial radica en la posibilidad de
alearse con el carbono dando lugar al ACERO.
ANÁLISIS INDUSTRIAL
La Industria Siderúrgica: Introducción
Diagrama Fe-C:
Enfriamiento


Felíquido
Feγ  Fe3 C
Calentamie nto
Enfriamiento
Feγ


Feα  Fe3 C
Calentamie nto
Enfriamiento
Felíquido  Feδ


Calentamie nto
Feγ
ANÁLISIS INDUSTRIAL
La Industria Siderúrgica: Introducción
Constituyentes estructurales de los aceros:
Austenita o Fe  (red cúbica centrada en las caras):
• Estable a temperaturas elevadas.
• Con porcentajes elevados de ciertos elementos (18%
Cr, 8% Ni) estable a temperatura ambiente.
• Disuelve carbono hasta un 2% a 1129ºC.
• Deformable, resistente al desgaste, no es magnética
y es el constituyente más denso del acero.
 Ferrita o Fe  (red cúbica centrada):
• A temperatura ambiente sólo disuelve un 0,008% de
carbono y 0,025% a 722ºC.
• Blanda y maleable.
 Cementita o Fe3C (red ortorómbica):
• Contiene un 6,67% en peso de carbono.
• Es frágil y dura.
• Tiende a descomponerse según la reacción:
Fe3C  3Fe + Cgrafito
 Perlita o eutectoide de ferrita y cementita:
• Propiedades intermedias entre la ferrita y
cementita: más dura y resistente que la ferrita pero
más blanda y maleable que la cementita.
 Ledeburita o eutéctico de austenita y cementita:
• Sólo aparece en fundiciones.
 Martensida o disolución saturada de C en Fe:
• Muy dura y no es magnética.
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La Industria Siderúrgica: Introducción
Enfriamiento lento del acero.
En resumen, cuanto menor es el porcentaje de C en el
acero menor es el contenido en cementita y mayor el
de ferrita y viceversa.
Como consecuencia, cuanto menor es el porcentaje de C
en el acero más blando y dúctil es éste mientras que si
el porcentaje de C es elevado el acero es más duro y
resistente pero menos maleable.
ANÁLISIS INDUSTRIAL
La Industria Siderúrgica: Introducción
Tratamientos mecánicos.
¿Qué son?
Acción conjunta de energía mecánica y térmica para
producir deformaciones permanentes en el acero pero
sin afectar a la microestructura (la distribución y
ordenación de los átomos permanece) y sólo cambia
la macroestructura (granos).
¿Para qué sirven?
Con estos tratamientos se consigue:
 Tamaño de grano más fino.
 Materiales más blandos y dúctiles.
 Ausencias de tensiones residuales.
 Estructuras más uniformes.
 Mayor densidad (eliminación de huecos).
 Mejor resistencia mecánica.
ANÁLISIS INDUSTRIAL
La Industria Siderúrgica: Introducción
Tratamientos térmicos.
¿Qué son?
Acción de la energía térmica para producir cambios
estructurales (microestructura).
¿Para qué sirven?
Con estos tratamientos se consigue:
 Una estructura de menor dureza o mejor
maquinabilidad.
 Eliminar la acritud (aumento de dureza y resistencia a
la deformación cuando el acero ha sido tratado
mecánicamente en frío).
 Eliminar tensiones de cualquier origen, que pueden ser
la causa de deformaciones después del maquinado, o
producir roturas en servicio.
 Eliminar las tensiones internas, originadas por
deformación de la red atómica, las cuales elevan la
dureza y aumentan la fragilidad.
 Una estructura más homogénea.
 Máxima dureza y resistencia.
 Mejorar la resistencia a los agentes químicos.
 Variar alguna de las características físicas.
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Tratamientos térmicos.
Templado.
Calentamiento hasta temperatura de austenización (800925ºC) seguido de un enfriamiento rápido formándose
martensita. Con este tratamiento:
 Aumenta la dureza y resistencia mientras que
disminuye la elasticidad.
 Se modifican las propiedades físicas (magnéticas y
eléctricas).
 Se modifican las propiedades químicas (los aceros
templados resisten mejor la acción de los ácidos).
Revenido.
Calentamiento de las piezas después de templadas a una
temperatura inferior a la austenización para provocar
transformaciones de la martensita en formas más
estables, seguido de un enfriamiento más bien rápido.
Con este tratamiento:
 Disminuye la fragilidad y las tensiones internas de
las piezas templadas.
 Disminuye la dureza y aumenta la elasticidad.
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La Industria Siderúrgica: Introducción
Tratamientos térmicos.
Recocido.
Calentamiento hasta temperatura de austenización (800925ºC) seguido de un enfriamiento lento. Con este
tratamiento:
 Aumenta la elasticidad mientras que disminuye la
dureza.
 Se facilita el mecanizado de las piezas al
homogeneizar la estructura, afinar el grano y
ablandar el material.
 Se elimina la acritud que produce el trabajo en
frío.
 Se eliminan las tensiones internas.
Temperatura
 Se modifican las propiedades físicas y químicas.
Austenita
Revenido
Tiempo
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La Industria Siderúrgica: Introducción
Temple superficial y tratamientos termoquímicos.
Temple superficial.
Calentamiento superficial muy rápido, de forma que sólo
una delgada capa puede alcanzar la temperatura de
austerización, seguido de un enfriamiento también rápido.
Así se logra una capa superficial de martensita sin que el
núcleo experimente transformación.
Tratamientos termoquímicos.
Modificación de la composición química de la superficie de
la pieza introduciéndole ciertos elementos mediante un
proceso de difusión. Con este tratamiento:
 Aumenta la dureza superficial sin alterar la
ductilidad y resiliencia (capacidad de recuperar la
forma y tamaño original cuando cesan las fuerzas que
provocaban deformación) del núcleo.
 Se favorecen las cualidades de lubrificación y
rozamiento.
 Aumenta la resistencia al desgaste.
 Aumenta la resistencia a los esfuerzos de fatiga.
 Mejora la resistencia a la corrosión.
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La Industria Siderúrgica: Introducción
Temple superficial y tratamientos termoquímicos.
Cementación.
Consiste en aumentar la concentración de carbono en la
superficie de un acero, calentándolo a la temperatura de
austenización en un medio cementante que aporte C en
estado atómico.
2CO + Fe  Fe(C) + CO2
Nitruración.
Consiste en endurecer superficialmente un acero con
nitrógeno, calentándolo a temperaturas comprendidas
entre 500-525ºC, en una corriente de gas amoníaco.
2NH3  2N + 3H2
ANÁLISIS INDUSTRIAL
La Industria Siderúrgica: Introducción
Aceros aleados.
Elementos de aleación:
Cambian las propiedades del acero como consecuencia
de las modificaciones en la composición química y
estructural (se modifica el diagrama Fe-C) del
acero. Entre las propiedades que alteran cabe citar:
 Elevan la templabilidad y como consecuencia es
más fácil obtener la martensita y, a partir de
ella, por revenido, las mejores características de
resiliencia.
 Mejoran las características mecánicas a bajas
y altas temperaturas.
 Mejoran la resistencia a la oxidación y
corrosión a temperaturas elevadas.
 Introducen o modifican ciertas propiedades
específicas.
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Aceros aleados.
Clasificación de los elementos de aleación:
Atendiendo a su influencia sobre los puntos críticos:
 Elementos gammágenos (Mn, Co, Ni, Cu y Zn):
Aumentan la región de estabilidad de la fase .
 Elementos alfágenos (Cr, Si, Be, Al, Mo, W,
Nb, V, P, Sn, Ti y Zr):
Disminuyen la región de estabilidad de la fase .
 Elementos no activos (Pb, Mg y Ca):
No ejercen ninguna acción por ser completamente
insolubles.
Atendiendo a su acción sobre el carbono:
 Elementos formadores de carburos (Ti, Zr, V,
Nb, Ta, Cr, Mo, W y Mn):
No permiten la formación de cementita hasta que
no haya un exceso de C.
 Elementos grafitizantes (Si, Co, Al y Ni):
Favorecen la descomposición de la cementita.
Fe3C  3Fe + Cgrafito