EJERCICIOS RESUELTOS SISTEMA HIERROCARBONO30. Una pieza de acero de 50 Kg contiene 800 g de carbono. Se pide: a) ¿De que tipo de aleación se trata?. b) ¿Cuáles son sus constituyentes y su estructura a temperatura ambiente? c) ¿Cuál es su densidad a temperatura ambiente, sabiendo que la densidad del hierro “α” es de 7,87 g/cm3 y la de la cementita “Fe3C” de 7,54 g/cm3?. a) Calculamos en primer lugar el porcentaje de carbono que posee: 800 %C = ×100 = 1,6% Por tanto se trata de un acero hipoeutectoide. 50.000 b) A partir del diagrama calculamos los constituyentes y su composición o estructura: 6,67 −1,6 ×100 = 76% (0%C , 100% Fe) 6,67 %Cementita = 24%(6,67%C , 93,33% Fe) % Ferrita = c) Finalmente la densidad (ρ) será: ρ = ρ (α ) + ρ ( Fe3C ) = 7,87 × 0,76 + 7,54 ⋅ 0,24 = 7,79 g cm 3 31. Un acero hipoeutectoide (0,4%C) se enfría lentamente desde 970 ºC hasta la temperatura ambiente. Calcula a partir del diagrama Hierro-Carbono simplificado: a) Las fracciones de Austenita (γ) y Ferrita (α) proeutectoide que contendrá dicho acero cuando se halle a una temperatura justo por encima de la eutectoiude (723+ΔT). b) Las fracciones de Ferrita (α) y Cementita (Fe3C) que contendrá el acero cuando se halle a una temperatura justo por debajo de la eutectoiude (723-ΔT). c) Las cantidad de ferrita eutectoide (secundaria) que contendrá la perlita a una temperatura justo por debajo de la eutectoiude (723-ΔT). a) 0,89 − 0,4 ×100 = 56% (Pr oeutectoide) 0,89 − 0,02 con 0,02%C y 99,98% Fe % Ferrita = % Austenita = 44% con 0,89%C y 99,1% Fe b) Las fracciones de Ferrita (α) y Cementita (Fe3C) que contendrá el acero cuando se halle a una temperatura justo por debajo de la eutectoiude (723-ΔT).33% Fe c) Teniendo en cuenta que la “austenita” se transforma en “perlita” y que la cantidad total de ferrita es del 94%.2 − 0.02%C y 99.67 − 0.89 × 100 = 5. 32. Calcula: a) Las fracciones de Austenita (γ ) y Cementita (Fe3C) proeutectoide que contendrá dicho acero cuando se halle a una temperatura justo por encima de la eutectoiude(723+ΔT).4 ×100 = 94% (total ) 6. la cantidad de ferrita eutectoide que contiene la perlita la obtenemos restando el 94% total menos el 56% de ferrita proeutectoide (primaria):38%.02 con 0. a) 1.64% %Cementita = .89 % Austenita = 94. Un acero hipereutectoide (1. c) La cantidad de cementita eutectoide que contendrá la perlita a una temperatura justo por debajo de la eutectoiude (723-ΔT).67 − 0.b) 6.2%C) se enfría lentamente desde 970 ºC hasta la temperatura ambiente.67%C y 93.67 − 0.36% 6.98% Fe % Ferrita = %Cementita = 6% con con 6. 25% (total ) 6.75% (total ) b) c) Teniendo en cuenta que la cantidad total de cementita es del 17.67 −1.75% y que la cantiadad de cementita proeutectoide es del 5. a) A la temperatura por debajo de la eutéctica la fundición se encuentra en un campo bifásico Austenita y Cementita de composición: . es decir: Fe3C(eutectoide)= Fe3C(total).NOTA: la austenita (ferrita+cementita).Fe3C(proeutectoide)=17. c) Las cantidades relativas de todos los microconstituyentes cuando la fundición se halle a una temperatura justo por debajo de la eutectoiude (723-ΔT).02 %Cementita = 17. la cantidad de cementita eutectoide que contiene la perlita será será por tanto del 12.75-5.39%.36=12. Una fundición de composición eutéctica (4 %C) se enfría lentamente desde 1200 ºC hasta la temperatura ambiente.36%. b) Las cantidades relativas de Austenita (γ ) y las distintas clases de Cementita (Fe3C) que contendrá la fundición a una temperatura justo por encima de la eutectoiude (723+ΔT). % Ferrita = (γ) posteriormente se transforma en Perlita 6.2 ×100 = 82. Calcula: a) Las fracciones de Austenita (γ ) y Cementita (Fe3C) que contendrá la aleación cuando se halle a una temperatura justo por debajo de la eutéctica (1130-ΔT).67 − 0.39% 33. seguido de un enfriamiento rápido (con velocidad superior a la crítica) lo que permite que toda la austenita se transforme en martensita e impidiendo de este modo la formación de perlita y/o ferrita que son más blandos.5% = 6. Consiste en calentar el acero hasta una temperatura superior a la de austenización (50ºC por encima de la temperatura Ac 1 y Ac3) al objeto de transformar toda la masa en austenita (γ-FCC). Explica en que consiste el tratamiento térmico del temple.85% % Ferrita = Se observa por tanto que ha ido aumentando la cantidad de cementita ya que ahora se ha creado la cementita eutectoide asociada a la ferrita (perlita): Fe3 C (eutectoide) = Fe3 C (total ) − Fe3 C ( proeutectoide) − Fe3 C (eutéctica) = 59.5% 6.67 − 0.67 − 4 ×100 = 40.67 − 4 ×100 = 58.3% − 41.8% % Austenita = Se observa que la cementita aparece de dos formas: como cementita eutéctica (41. que será la diferencia entre la cementita total (53.5%) c) A una temperatura por debajo de la eutectoide tendremos dos fases.02 % Cementita = 59.67 − 2.8% −12.6. cuales son los factores que influyen en él y que tipos de temple existen fundamentalmente.05% 34.11 % Cementita eutectica = 41. Esta temperatura es mayor para los aceros hipoeutectoides que para .2% 6.5% % Austenita = Ambas no aparecen de forma aislada sino formando un compuesto eutéctico denominado ledeburita b) A una temperatura justo por encima de la eutectoide la aleación permanece en el mismo campo bifásico de composición: 6.67 − 4 ×100 = 46. ferrita y cementita de composición: 6.5%) y como cementita proeutectoide (12.89 % Cementita total = 53.15% 6.3%).67 − 0.8%) y la eutéctica (41. calentando el material (ferrita+perlita) hasta Ac3+50 ºC. Ejemplos: herramientas de corte. W y V). elasticidad (disminuye). Enfriando a la velocidad adecuada obtenemos martensita+cementita. siendo éste tanto menor cuanto mayor haya sido la velocidad. mientras que los aceros hipereutectoides bastará con hacerlo por encina de Ac1+50 ºC ya que la cementita en este caso es mas dura. Si. calentando el material ( perlita+cementita) hasta Ac1+50 ºC. baños de sales. • Tiempo de calentamiento: depende del tamaño de la muestra ya que si el tiempo es corto no se produce la austenización completa de la pieza. donde se mantiene un tiempo para evitar así que la austenita sufra otro tipo de transformación. seguido de un enfriamiento rápido hasta conseguir un único constituyente: la martensita. etc. se puede producir un grano grueso que empobrece el temple. y si es excesivo. sierras. Existen varios tipos de temple entre los que podemos destacar (ver figura siguiente): • Temple continuo de austenización completa : se aplica en aceros hipoeutectoides. etc. La velocidad de enfriamiento también influye en el tamaño medio del grano. • Velocidad de enfriamiento: debe ser superior a la crítica para impedir que se produzcan otras transformaciones indeseables de la austenita y conseguir así la máxima dureza. aire.los hipereutectoides y con este tratamiento se consigue mejorar la dureza. • Temple continuo de austenización incompleta: se aplica en aceros hipereutectoides. menor velocidad de enfriamiento se necesita y mayor dureza y profundidad de temple se consigue. Al. brocas. por lo que ferrita de la perlita se transforma en austenita. quedando intacta la cementita. Los factores que influyen en el temple son los siguientes: • Composición del acero: a mayor contenido de carbono o de otros elementos si se trata de aceros aleados (Mo. • Temperatura de temple: los aceros hipoeutectoides será necesario calentarlos por encima de Ac3+50 ºC ya que el producto preutectoide es más blando (ferrita). aceite mineral. la velocidad de enfriamiento depende a su vez de la temperatura de temple. Una vez que la pieza ha adquirido esa . magnetismo. Así mientras el calentamiento se hace en hornos especiales. resistencia mecánica. • Temple escalonado martensítico: consiste en calentar la pieza de acero hasta la austenización completa y enfriarla rápidamente en un baño de sales hasta una temperatura próxima a 200-300 ºC. cuhillos. resistencia eléctrica. Por su parte. La velocidad crítica de temple se define como la velocidad de enfriamiento mínima para que toda la masa de austenita se transforme en martensita (oscila entre 200600 ºC/seg). del medio refrigerante y de las dimensiones de la pieza. el enfriamiento se puede hacer empleando: agua. etc. Los factores de que depende el recocido son básicamente tres: temperatura de calentamiento. seguido de un enfriamiento muy lento (por lo general se apaga el horno y se deja que el material enfríe en su interior). es decir. Temple superficial: consiste en aplicar un temple superficial (entre 1 y 3 mm) a la pieza en cuestión. enfriándola de forma rápida. Se aplica para eliminar los defectos del conformado en frío. y lo que se obtiene es perlita+ ferrita de grano grueso en el caso de los aceros hipoeutectoides o perlita+cementita de grano grueso en el caso de los hipereutectoides. Normalizado: consiste en calentar el acero entre 55 y 85 ºC por encima de la temperatura crítica superior (Ac3 para los aceros hipoeutectoides y de Ac1 para los hipereutectoides). Consiste en calentar las piezas después de templadas hasta una temperatura inferior al punto crítico (Ac1). De esta forma la velocidad de enfriamiento no es muy elevada como para formar martensita. 35. • Recocido: significa “ablandamiento por calor” y consiste en calentar el acero entre 15 y 45 ºC por encima de Ac3 para los aceros hipoeutectoides y de Ac1 para los hipereutectoides. y se suele aplicar a los aceros que se han deformado plásticamente por laminación o forja (tienen una microestructura perlítica de grano fino) con el fin de afinar el tamaño del grano y eliminar tensiones internas. como por ejemplo en la fabricación de alambre o en el estampado del latón.El recocido se aplica al acero para ablandarlo y proporcionarle la ductilidad y maleabilidad suficientes para conformarlo plásticamente o darle su forma final por mecanizado. El calentamiento se puede hacer por medio de soplete o por inducción eléctrica. Explica en que consisten los tratamientos térmicos del recocido. Revenido: es un tratamiento que se suele aplicar a los aceros después de ser templados para reducir la fragilidad y las tensiones internas e incrementar la ductilidad. normalizado y revenido y sus principales características.• temperatura. De esta forma la velocidad de enfriamiento no es muy elevada como para formar martensita. • • . seguido de un enfriamiento más bien lento con el fin de que la martensita del temple se transforme en una estructura más estable (BCC). El objetivo que se pretende con este tratamiento es volver al acero a su estado normal. se saca del baño y se enfría rápidamente hasta la temperatura ambiente. seguido de un enfriamiento al aire. tiempo de calentamiento y velocidad de enfriamiento. y lo que se obtiene es perlita+ ferrita de grano fino en el caso de los aceros hipoeutectoides o perlita+cementita de grano fino en el caso de los hipereutectoides. para ablandar y ductilizar un material agrio. calentándola hasta la temperatura de austenización en presencia de un medio cementante (atmósfera donde existe carbono y oxígeno en estado atómico). herramientas de corte. aleados o no. 36. Los aceros nitrurados son más duros y resistentes a la corrosión y se utilizan para endurecer camisas de cilindros. Se consigue introduciendo las piezas en un baño de sales a 565 ºC. sometidas a desgaste y a golpes. favoreciendo al mimo tiempo la lubricación. la resistencia a la corrosión. Los principales son: • Cementación con carbono: Se aplica en piezas de acero con un bajo contenido en carbono (<0. De esta forma el carbono se difunde por la superficie y en función del tiempo de exposición y de la temperatura varía el espesor (entre 0. Las piezas a tratar se introducen en un baño líquido (mezcla de cloruro de cianuro y carbonato sódico) a una temperatura entre 800-900 ºC y en presencia de oxígeno del aire. es decir que poseen dureza superficial y resiliencia.5 mm) a conseguir. árboles de levas. adicionando al mismo tiempo otros elementos para mejorar sus propiedades superficiales tales como la dureza. al desgaste y a los esfuerzos de fatiga.Su efecto depende de la temperatura de calentamiento. aumentando así la resistencia al desgaste y disminuyendo el coeficiente de rozamiento. etc. Una vez que se consigue la capa adecuada en función del tiempo de exposición es conveniente darle un temple superficial para aumentar su dureza. • • . a las aleaciones férricas y al cobre. brocas.3%). durante los cuales se modifica la composición química del material. Consiste en aumentar la cantidad de carbono de la capa superficial. Con este tratamiento conseguimos disminuir la dureza (ya que se destruye parte del temple) y la resistencia mecánica y por el contrario aumentar la tenacidad y la plasticidad de la pieza (martensita revenida) . Sulfinización: permite incorporar una capa superficial de carbono. Se utiliza en herramientas de corte para mecanizado de torno y fresa por ejemplo. Son operaciones de calentamiento y enfriamiento de los aceros. Cianuración: se trata un mezcla de los dos anteriores ya que consiste en endurecer la superficie de las piezas de acero a través de una capa superficial rica en carbono (cementación) y en nitrógeno (nitruración). del tiempo de permanencia en ella y de la estructura de la pieza (generalmente martensita). • Nitruración: es igualmente un tratamiento de endurecimiento superficial aplicado a ciertos aceros y fundiciones. a los aceros. que se efectúa en hornos especiales exponiendo las piezas a una corriente de amoniaco (2NH 3) a una temperatura de 500 a 525 ºC. Explica en que consisten los tratamientos termoquímicos y enumera los principales tipos.5 y 1. nitrógeno y en especial azufre. hablando entonces de galvanizado ( cinc) y estañado (estaño). en un ambiente húmedo y debido principalmente a reacciones de tipo electroquímico. niquelado.. Los más comunes son: Cromado: se deposita cromo sobre la superficie del material a proteger con el fin de aumentar además de su dureza superficial. • 43. su resistencia al desgaste. desengrasado y decapado.37. metal fundido pulverizado (oxígeno+acetileno+polvo metálico) • Recubrimientos por inmersión: la pieza se somete en un baño de metal fundido durante un tiempo. trefilado. como el aire húmedo o el agua sobre los metales. extrusión y forja) 38. En este caso. y estirado) • En caliente: una vez calentado permite deformar el material generalmente por golpes (laminación. mejorar su estructura interna al eliminar fisuras (cavidades) y tensiones internas. cincado. al rayado y a la corrosión. Son operaciones de deformación del material. El término corrosión se aplica a la acción gradual de agentes naturales. • Metalización: se proyecta con una pistola sobre la superficie en cuestión. Cualquier tratamiento de este tipo requiere que la superficie a tratar se someta previamente a un proceso de pulido. inyección. . Estos tratamientos pueden ser: • En frío: permiten deformar el material a temperatura ambiente por golpes o laminación (estampación. Ver figura. el metal protector (Zn) se utiliza como ánodo y el metal a proteger como cátodo. se puede controlar la cantidad de metal depositado. que permiten mediante esfuerzos mecánicos. Permiten mejorar la superficie del material sin alterar su composición química. • Electrolisis: controlando el tiempo de inmersión y la intensidad de corriente (I). etc. laminación. Explica en que consisten los tratamientos mecánicos de los materiales y enumera los principales tipos. Los recubrimientos también se pueden hacer con productos orgánicos (pinturas y lacas) o con inorgánicos como el vidrio fundido. empleando como electrolito una solución del metal que se ha de depositar en forma de sulfatos (en este caso sulfato de cinc). Explica en que consisten los tratamientos superficiales de los materiales e indica cuales son los más comunes. Por este procedimiento se realiza el cobreado. Explica como afecta la corrosión a los materiales en general Se puede definir como el deterioro lento de un material por la acción de un agente exterior. Este método es válido mientras no aparezcan grietas en la capa exterior. produciendo carbonato de cobre básico. en cuyo caso la oxidación se produce como si no existiera dicha capa. Algunos metales como el aluminio. El plomo y el cinc. no suelen sufrir corrosión en condiciones atmosféricas normales. El método de la aleación es el más satisfactorio pero también el más caro. se corroe lentamente con el agua y el aire en presencia de ácidos débiles como la disolución de dióxido de carbono en agua (que posee propiedades ácidas). apareciendo únicamente un ennegrecimiento . se establece un potencial eléctrico que protege la capa. En presencia de soluciones corrosivas se establece un potencial eléctrico entre el hierro y el cinc. Entre ellos se encuentran el oro. formando en la superficie del metal una fina capa continua y transparente que lo protege de una corrosión acelerada. es el más barato y por ello el más común. Los productos de corrosión verdes. como el cromo o el estaño. que disuelve éste y protege al hierro mientras dure el cinc. La combinación de agua. pero con un aspecto poroso y relativamente débil y quebradizo. c) Recubriéndolo con una capa impermeable que impida el contacto con el aire y el agua. que consiste en una compleja reacción química en la que el hierro se combina con oxígeno y agua para formar óxido de hierro hidratado. Generalmente el aluminio se corroe con facilidad.El ejemplo más común de corrosión es la oxidación del hierro. están protegidos por una película semejante de óxido. aparecen en aleaciones de cobre como el bronce y el latón. aire y sulfuro de hidrógeno afecta a la plata. Hay tres métodos para evitar la oxidación del hierro: a) Mediante aleaciones del hierro que lo convierten en químicamente resistente a la corrosión. y se aprecian con frecuencia en estatuas y techos ornamentales. pero que provoca la oxidación acelerada del hierro. conocidos como cardenillo o pátina. aunque son muy activos químicamente. El cobre. o en el cobre puro. una aleación de hierro con cromo y níquel. verde y poroso. Un buen ejemplo de ello es el acero inoxidable. quedando éste protegido al consumirse aquéllas. y los menos costosos son las pinturas de minio de plomo. Los recubrimientos más apreciados son los esmaltes horneados. b) Impregnándolo con materiales que reaccionen a las sustancias corrosivas más fácilmente que el hierro. El óxido es un sólido que mantiene la misma forma general que el metal del que se ha formado. aunque son menos activos que el aluminio. la plata y el platino. Si la capa protectora es un metal inactivo. la protección de la superficie con una capa impermeable. En este caso. comparativamente inactivo. Los metales llamados nobles son tan inactivos químicamente que no sufren corrosión atmosférica. El ejemplo más frecuente es el hierro galvanizado que consiste en hierro cubierto con cinc. pero la cantidad de sulfuro de hidrógeno normalmente presente en la atmósfera es tan escasa que el grado de corrosión es insignificante. causado por la formación de sulfuro de plata. . Este fenómeno puede apreciarse en las joyas antiguas y en las cuberterías de plata.