Diagrama de Fases do Fe-Fe3C

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Institución: Tecnológico de la laguna
Carrera: Mecatrónica
Materia: Ciencias e ingeniería de los materiales
Docente: M.C. Fernanda Álvarez Vélez
Alumno: Eduardo Antonio Rodríguez Guerra
Matricula: 19131252
Cuestionario para el 30 de abril
Fecha de entrega: 30 de abril del 2020
Defina las siguientes fases contenidas en el diagrama de fases del Fe-Fe3C:
Austenita
Es la forma estable del hierro puro a temperaturas que oscilan entre los 900 a 1400 ºC. Está formado por una disolución sólida del carbono de hierro, lo que supone un porcentaje máximo de C del 2,11%. Es dúctil, blanda y tenaz.
Es la forma cúbica centrada en las caras (FCC) del hierro.
Ferrita 
También conocida como hierro-α (alfa), se cristaliza en el sistema cubico centrado en el cuerpo (BCC) cabe destacar que dentro de las cualidades de este material tenemos la propiedad magnética. Por ende, se emplea en la fabricación de imanes y para ello suele aliarse con los metales de cobalto y bario.
Cementita
Es sólido e inerte, y puede soportar fuerza de aplastamiento, erosión química, a la abrasión, y temperaturas de hasta 3000 grados F (1600 C). Se forma naturalmente por la fundición de hierro blanco, donde se precipita el hierro como carbono para formar partículas grandes.
Cabe destacar que cada molécula está hecha de tres átomos de hierro unidos a un átomo de carbono (Fe 3 C) para formar una estructura de red cristalina ortorrómbica.
Ferrita δ
La ferrita delta es una solución sólida en hierro δ, al igual que el hierro a puede tener en solución sólo una pequeña cantidad de carbono y gran cantidad de cromo. Su presencia en los aceros inoxidables puede favorecer la formación de fases que aumentan la fragilidad del acero y bajan su resistencia a la corrosión, como la fase α.
Escriba las reacciones correspondientes a las tres reacciones invariables que ocurren en el diagrama de fases del Fe-Fe3C:
Las reacciones que ocurren dentro del diagrama de hierro-hierro-Carbono son:
Reacción eutéctica: esta reacción ocurre a una temperatura de 1148°C, con una concentración de líquido de 4.3% de C que forma austenita con una concentración de 2.8% de C y cementita a una concentración de 6.67% de C.
Reacción eutectoide: esta reacción ocurre a una temperatura de 723°C, con una concentración de 0.8% C de austenita que forma ferrita alfa con una concentración de 0.2% C y cementita con una concentración de 6.67% C.
Reacción peritectica: esta reacción ocurre a una temperatura de 1495 °C, con una concentración de 0.09% C de ferrita gama y liquido con una concentración de 0.50% C paraforma austenita con una concentración de 0.17% C.
¿Qué es la estructura de la perlita?
La perlita es la microestructura formada por capas o láminas alternas de las dos fases (ferrita y cementita) durante el enfriamiento lento de un acero a temperatura eutectoide. Se le da este nombre porque tiene la apariencia de una perla al observarse microscópicamente. Cabe destacar que aparece en granos denominados “colonias”, y dentro de cada colonia las capas están orientadas todas ala armonía hacia una dirección por ultimo destacar que las direcciones varían según la colonia. 
Indique la diferencia entre los tres tipos siguientes de aceros al carbono simples: 
Antes de comenzar a redactar mi respuesta destaco que la principal diferencia entre los tres tipos de acero, se encuentran en la cantidad de carbón que tiene y con la que cuenta cada uno.
Eutectoide: que obtenemos una concentración de carbono al 0.89% en una temperatura de 723°C, 
Hipoeutectoide: En caso de que la concentración se dé antes del punto eutectoide será un acero tipo eutectoide cuyos niveles de carbono van desde el 0% hasta el 0.889999% 
Hipereutectoide: Si la concentración se da después del punto eutectoide será un tipo de acero hipereutectoide que tiene una concentración que va desde el 0.891% hasta el 1.76% de carbono.
Ahora que comprendo cuando obtenemos dichos niveles noto que hasta en la etimología de los nombres nos da la propia definición pues híper significa después o más que mientras que hipo significa menos o antes que y la marca central en este caso es el concepto eutectoide.
Describa los cambios estructurales que tienen lugar cuando un acero al carbono simple eutectoide es enfriado lentamente a partir de la región austetica, apenas por arriba de la temperatura eutectoide.
Primeramente, destacar que por medio del diagrama hierro-carbono, puedo concluir que cuando tenemos un acero simple eutectoide es enfriado lentamente a partir de la región austetica, apenas por encima de la temperatura eutectoide, el acero simple comienza a perder casi en su totalidad la ductilidad, se hace más duro, en pocas palabras pasa a un estado donde la austetita encuentra un punto de armonía con la cementita, por ende entre más baje la temperatura se acercara al punto blanco del diagrama que tenemos como ejemplo.
Defina que es Martensita Fe-C
Martensita es el nombre que recibe la fase cristalina BCT, en aleaciones ferrosas. Dicha fase se genera a partir de una transformación de fases sin difusión, a una velocidad que es muy cercana a la velocidad del sonido en el material.
Por extensión se denominan martensitas todas las fases que se producen a raíz de una transformación sin difusión de materiales metálicos.
Los aceros con microestructura martensítica son los más duros y mecánicamente resistentes, pero también los más frágiles y menos dúctiles.
Viendo dicha fase en un ámbito de aplicación cotidiana notamos que es uno de los principales constituyentes del acero templado.
Describa los siguientes tipos de Martensitas Fe-C que se presentan en los aceros al carbono simples:
Martensita de listón. Tiene una apariencia tan fina que se hace difícil su observación en microscopía óptica. A mayores aumentos, MEB, puede observarse que la estructura está formada por paquetes de tiras paralelas del orden de 20 micras. En microscopía electrónica de transmisión se observa que cada paquete consiste en subgranos tipo placa paralelos con forma de listones, placas finísimas delgadas que asemejan tallos de césped.
Martensita de placa. Son largas y forman ángulos grandes entre ellas. Las nuevas placas de martensita no se forman paralelas a las anteriores, sino que crecen cortando la masa de austenita.
Describa algunas de las características de la transformación de la marsentita Fe-C que tiene lugar en aceros al carbono simples:
Debido al cambio exponencial en la temperatura ala que sometemos al hierro y al carbono, encontramos que el subproducto formado por la mezcla de estos factores adquiere la dureza y la solidez, a comparación con una muestra de hierro común, evidente mente encontramos que la ductilidad y la tenacidad disminuyen de igual forma.
Ahora bien, es importante destacar que en el diagrama de fases correspondiente ala martensita, encontramos un punto en la formación de la martensita en el que si no se tiene cuidado podemos ser testigos de la formación de otra fase dl diagrama hierro-carbono y dicha fase por el hecho de contar con diferentes propiedades, estropear lo que hemos conseguido.
Bueno por ultimo destacar que me sorprendió el hecho de que para poder a llevar a cabo la tarea del martemplado tenemos que dar un baño de sales al material trabajado en sí, valla que es este el punto donde le veo una gran aplicación a la química vista durante todos los estudios académicos que he llevado acabo.
¿Cuáles son las ventajas del martempizado?, ¿Qué tipo de micro estructura se produce después de revenir un acero martempizado?
Evita las deformaciones y tensiones internas de los materiales tratados térmicamente, el cual es una variante del temple interrumpido en agua y aire.
El tipo de microestructura que producimos con el proceso, es uno donde en una matriz de color claro se aprecian ya sea uno varios tipos de agujas de color oscuro, en lo personal siento que si les ponemos color y un precio alto hasta se vendería como arte del tipo abstracto.
¿Por qué es incorrecto el término martempizado?, Siguiera un término mejor
Primeramente, seré sincerodescubrí que el termino era erróneo al intentar googlearlo y al ver que no salía nada al respecto decidí analizar este contenido en el libro empleado en la clase, para así obtener el verdadero nombre el cual por cierto es martemplado, y ahora si aparte de que sonaba más coherente si se podía googlea.
Describa el proceso de austemperizado para un acero al carbono simple. Trace una curva de enfriamiento para un acero al carbono simple eutéctico austemperizado y austenitizado; use el diagrama Tl.
Con el austemperizado o temple bainítico se consigue una microestructura bainítica caracterizada igualmente por una gran dureza, aunque no llega al nivel de la que se consigue por endurecido o temple Martemplado. El austemperizado, sin embargo, no requiere de ningún revenido posterior y produce menores modificaciones en las dimensiones y en la forma que endurecido. Las piezas austemperizadas tienen, además, un mejor comportamiento respecto del desgaste y una mayor resistencia a las oscilaciones.
El proceso se divide en las siguientes categorías: 
· Calentamiento por encima de la temperatura crítica.
· Enfriamiento brusco en un baño de sales o plomo fundido hasta una temperatura comprendida entre la temperatura martensítica y 450º. Tiene que ser suficientemente rápido para evitar la formación de perlita.
· Mantenimiento de esa temperatura hasta que toda la austenita se ha transformado en bainita.
· Enfriamiento al aire.
¿Cuál es la microestructura producida después del austemperizado de un acero al carbono simple eutectoide? ¿Un acero austemperizado necesita ser revenido?
La estructura resultante de este tratamiento es la bainita.
¿Un acero austemperizado necesita ser revenido? Explique su respuesta
Para nada, ya que es un procedimiento opcional que en si incluye aquellas propiedades que otras fases conseguían por medio del antes mencionado revenido.
Describa el tratamiento térmico para el recocido completo de un acero al carbono simple. ¿Qué tipos de microestructura se producen con el recalentamiento completo de A) un acero eutectoide y B) un acero hipoeutectoide?
En el recocido completo, los aceros hipoeutectoides y eutectoides se calientan en la región de la austenita aproximadamente 40°C por arriba del límite de la estructura austenita-ferrita, se mantiene a temperatura alta todo lo que sea necesario y después se enfrían lentamente hasta alcanzar la temperatura ambiente, es importante destacar que todo esto se está llevando a cabo en el mismo horno. En el caso de aceros hipereutectoides, la costumbre es austenizarlos en la región bifásica de austenita más cementita (Fe3C), casi 40°C por arriba de la temperatura eutectoide. La microestructura de los aceros hipoeutectoides después del recocido completo consiste en ferrita preeutectoide y perlita.
Describa el tratamiento térmico de proceso de recocido en el caso de un acero al carbono simple hipoeutectoide con menos de 0.3% de carbono.
El recocido de proceso, al que a menudo se hace referencia como un relajamiento de esfuerzos interiores, ablanda parcialmente los aceros bajos en carbono trabajados en frío, porque relaja los esfuerzos internos provocados por el trabajo en frío. Este tratamiento se efectúa a una temperatura por abajo de la temperatura eutectoide, por lo general entre 550 y 650°C.
¿Cuál es el tratamiento térmico de normalización para el acero?
Aquel en el que el acero se calienta en la región austenítica y después se enfría en aire en reposo. La microestructura de las secciones delgadas de los aceros al carbono simples hipoeutectoides normalizados corresponde a la de la ferrita proeutectoide y a la de la perlita fina. Los propósitos de la normalización varían.
¿Cuáles son algunos de sus propósitos?
· Para refinar la estructura del grano.
· Para incrementar la solidez del acero (en comparación con el acero recocido).
· Para reducir la segregación de los componentes en operaciones de fundición o forjado, y conseguir así una estructura más uniforme.
Describa el proceso de revenido para un acero al carbono simple.
Para empezar, es importante señalar que este es un tratamiento complementario del templado, que regularmente sigue a este, El revenido ayuda al templado a aumentar la tenacidad de la aleación a cambio de dureza y resistencia, disminuyendo su fragilidad. Este tratamiento consiste en aplicar, a una aleación, una temperatura inferior a la del punto crítico y cuanto más se aproxima a esta y mayor es la permanencia del tiempo a dicha temperatura, mayor es la disminución de la dureza (más blando) y la resistencia y mejor la tenacidad. El resultado final no depende de la velocidad de enfriamiento.
Los factores que influyen en el revenido son:
· Temperatura de revenido.
· El tiempo de revenido.
· Dimensiones de pieza.
¿Cuáles son algunas limitaciones de los aceros al carbono simples para los diseños de ingeniería?
1. Los aceros al carbono simples no pueden reforzarse más allá de 100 000 psi (690 MPa) aproximadamente, sin sufrir una pérdida considerable en su ductilidad y resistencia al impacto, es decir, lo que explica que hoy en día al momento de que un auto choque por menos que sea el golpe analizamos que el caparazón del carro se ve muy débil y se fractura fácilmente.
2. Los aceros al carbono simples tienen poca resistencia al impacto a bajas temperaturas.
3. Los aceros al carbono simples tienen poca resistencia a la corrosión y la oxidación y si deseamos que adquiera algo de inmunidad ante la corrosión nos vemos en la necesidad de aliar más elementos y aumentar el número de procesos bajo los cuales sometemos al acero.
4. El grosor de los aceros al carbono simples en secciones grandes no se puede mantener de manera homogénea con una estructura martensítica, es decir, sus capas profundas no pueden endurecerse.
¿Cuáles son los principales elementos de aleación que se agregan a los aceros al carbono simples para producir aceros de baja aleación?
Los principales elementos que se agregan para producir aceros de aleación son manganeso, níquel, cromo, molibdeno y tungsteno. Otros elementos que se agregan a veces son vanadio, cobalto, boro, cobre, aluminio, plomo, titanio y Niobio.
¿Cuál es el sistema AISI-SAE para designar aceros de baja aleación?
Los aceros al carbono simples se designan más comúnmente con un código de cuatro dígitos AISI-SAE.6 Los dos primeros dígitos son 10 e indican que se trata de acero al carbono simple. Los dos últimos dígitos indican el contenido de carbono nominal del acero, en centésimas de punto porcentual.
¿Qué elementos se disuelven principalmente en la ferrita de los aceros al carbono?
El níquel se disuelve en la ferrita θ del acero porque su tendencia a formar carburos es menor que la del hierro.
Haga una lista por orden creciente sobre la tendencia de los siguientes elementos a formar carburos: titanio, cromo, molibdeno, vanadio y tungsteno.
•	Cromo
•	Molibdeno
•	tungsteno
•	Vanadio 
•	Titanio
¿Qué compuesto forma el aluminio en los aceros?
El aluminio se combina con oxígeno y nitrógeno para formar los compuestos Al2O3 y AlN, respectivamente.
Mencione dos elementos que estabilizan la austenita en los aceros. 
•	Manganeso
•	Níquel
Mencione cuatro elementos que estabilizan la ferrita en los aceros. 
•	Tungsteno
•	Molibdeno
•	Titanio
•	Columbio (Niobio)
¿Qué elementos elevan la temperatura eutectoide del diagrama de fases de Fe-Fe3C? 
Los elementos formadores de carburo, como el tungsteno, el molibdeno y el titanio, elevan la temperatura eutectoide del diagrama de fases Fe-Fe3C a valores más altos y reducen el campo de la fase austenítica. 
¿Qué elementos la hacen descender? 
Tanto el manganeso como el níquel hacen que la temperatura eutectoide disminuya y actúan como elementos estabilizadores de austenita que agrandan la región austenítica del diagrama de fases Fe-Fe3C.
Defina la templabilidad y dureza de un acero.
•	La templabilidad de un acero se define como la propiedad que determina la profundidad y distribución de la dureza inducida mediante el templado a partir de la condición austenítica.
•	La dureza de unacero es su resistencia a la deformación plástica, generalmente por indentación o melladura.
Describa la prueba de templabilidad de Jominy.
En la prueba del templado de Jominy, el espécimen es una barra cilíndrica de 1 pulgada de diámetro y 4 pulgada de largo, con un reborde de 1/16 pulgada en un extremo. Debido a que la estructura previa tiene un fuerte efecto en la templabilidad, el espécimen suele normalizarse antes de la prueba. En la prueba de Jominy, una vez que la muestra ha sido austenitizada, se coloca en un porta piezas y se lanza rápidamente un chorro de agua sobre un extremo del espécimen. Después del enfriamiento, dos superficies planas paralelas son pulidas en los extremos opuestos de la barra de prueba y se realizan mediciones de dureza Rockwell C a lo largo de esas superficies hasta 2.5 pulgada del extremo templado.
Explique de qué manera se obtienen los datos para trazar la curva de templabilidad de Jominy y cómo se construye dicha curva.
Se traza una curva de templabilidad representando los valores de dureza en función de la distancia al extremo templado, obteniéndose así la curva de templabilidad. Se corta una tira de 0.4 milímetros de espesor y se determina la dureza Rockwell C a lo largo de los 50 mm primeros de la probeta. En los primeros 12.5 mm las lecturas de dureza se toman a intervalos de 1.6 mm y en los 37.5 mm siguientes cada 3.2 mm.
Si la dureza disminuye rápidamente conforme nos alejamos del extremo templado, el acero tendrá una templabilidad baja, mientras que los aceros cuyas curvas son casi horizontales serán de alta templabilidad, es decir, serán fáciles de endurecerse rápido cuando sufren temple. La curva de Jominy es una propiedad del acero, esto quiere decir que depende de la composición química y el tamaño de grano
¿Cuál es la utilidad industrial de las curvas de templabilidad de Jominy?
Esas gráficas se pueden usar para determinar la velocidad de enfriamiento y la distancia asociada del extremo templado de una barra Jominy con temple estándar, para un diámetro de barra seleccionado, en un lugar determinado del corte transversal de la barra, usando un medio de templado específico. Esas velocidades de enfriamiento y sus distancias asociadas del extremo de barras Jominy templadas se pueden usar con gráficas de Jominy de la dureza superficial versus la distancia del extremo templado, en aceros específicos, para determinar la dureza de un acero en particular en un lugar específico del corte transversal de la barra de acero de que se trate.
Bibliografía 
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