Aleaciones de Hierro

Alfágenos (Si, W, Mo, Ti…)

Son elementos que, solubilizados en Fe, estabilizan la variedad alotrópica del Fe BCC (Feα y Feδ). Esta estabilidad se manifiesta en:

• Disminución de la temperatura A4 en la transformación
• Estabilidad de la transformación , por lo que A3 y A1 aumentan.
• Línea A3 se desplaza a la izquierda.
• Aumento de la temperatura del eutectoide.
• Disminución del %C del eutectoide.
• Disminución del %C máximo que solubiliza austenita.

Gammágenos (C, N, Mn, Ni, Co...)

Elementos que, solubilizados en el hierro, estabilizan la variedad alotrópica del Fe FCC (Feγ):

• Aumento de la temperatura A4 en la transformación
• Disminución de las temperaturas A3 y A1 en la transformación
• Línea A3 se desplaza a la izquierda
• Disminución de la temperatura del eutectoide
• Disminución del %C del eutectoide

Tratamientos Térmicos

Patenting

Se calienta a temperatura de austenización y se mantiene para la transformación completa. Se enfría en un baño de Pb fundido o en sales a la temperatura correspondiente a la zona baja perlítica de la curva TTT. Se pasa de austenita a perlita muy fina.

Ausforming

Deformar la austenita a temperatura. Válido para aceros de alta templabilidad y con discontinuidades en la curva TTT. Se obtiene martensita más fina y unos altos límites elásticos (RE) y límites de rotura (Rm), sin disminución de la ductilidad. La deformación produce subgranos de austenita.

Isoforming

El acero es conformado a temperaturas próximas a Ac, en la zona superior de la curva TTT, correspondientes a las transformaciones perlíticas. Se produce gran densidad de dislocaciones, favorece la poligonización de la ferrita y la precipitación de cementita en el interior de los subgranos de ferrita. Se mejora la tenacidad, el límite de fatiga, el límite elástico (RE) y el límite de rotura (Rm).

Marforming (conformado de la martensita)

Dos maneras posibles:

a.- Temple, deformación en frío de la martensita y un posterior revenido entre 200-400°C de la estructura deformada (a temperatura ambiente).

b.- Deformación en caliente a 650°C de la martensita sin revenir (a temperatura de revenido alto).

Ventajas: aumento de las dislocaciones en la martensita y mayor número de lugares posibles para la precipitación de carburos durante el revenido. Aumento del límite elástico (RE) y el límite de fatiga.

Hipertemple

Se realiza a acero con % C > …

Revenido

Su objetivo es quitar a las piezas la fragilidad y las tensiones internas del temple.

Etapas del Revenido:

1ª etapa: formación del carburo ε (Fe2,4C): los átomos de carbono difunden desde sus posiciones de inserción hacia numerosas dislocaciones existentes en la martensita, donde precipitan en forma de carburos hexagonales ε (Fe2,4C). La precipitación será más rápida y completa a mayor temperatura.

2ª etapa: transformación de la austenita residual: si en el acero queda una cierta proporción de austenita residual en el temple (quedará más cuanto mayor sea el contenido en carbono), un calentamiento por encima de Ms favorecerá la transformación de esa austenita residual en bainita con un aumento de volumen y dureza.

3ª etapa: transformación del carburo ε: se produce una redisolución de los carburos ε que va acompañada de una reprecipitación de cementita con morfología de bastoncillos o varillas.

4ª etapa: precipitación de los carburos.

Fragilidad en el Revenido: los revenidos bajos (250-400°C) hacen disminuir la tenacidad. La presencia de Si es beneficioso a altas temperaturas.

Fragilidad de Krupp: se produce a veces a 450-550°C debido al debilitamiento de las juntas de grano por enriquecimientos locales de átomos. Se produce una precipitación de nitruros de Fe. Este fenómeno es reversible. Como remedio se puede realizar un enfriamiento rápido tras el revenido o utilizar Mo como aleante. Se da en aceros al Mn y Cr-Ni.

Aceros Especiales

Invar – Acero al Níquel

Es una aleación que contiene un 36% Ni y menos del 0,1%C. Por su pequeño coeficiente de dilatación se emplea en la fabricación de piezas de precisión (relojería, aparatos de física, etc.) y en instrumentos para medir longitud, tales como los empleados en topografía.

Aceros Microaleados

Aceros de baja aleación y alto límite elástico (HSLA: High Strength Low Alloy). Tienen mayor límite elástico y tenacidad a bajas temperaturas, por lo que aumenta el límite elástico sin aumentar el porcentaje de carbono.

1ª generación: se basaba exclusivamente en su resistencia mecánica. Por ello se empleaban aceros con elevado contenido en carbono, y se endurecía la ferrita en solución sólida mediante Mn o Si.

2ª generación: pretende lograr que la ferrita tenga tamaño de grano. Para ello:

• Se disminuye el porcentaje de carbono.
• Los tamaños de los núcleos de ferrita disminuyen con la temperatura de transformación de a .
• Se produce adición de Al, N o Nb.

3ª generación: producir endurecimiento estructural de la ferrita mediante precipitación nanométrica de nitruros o carbonitruros de Ti, Nb o V. Se conseguían también mayores valores del límite elástico. El problema era que la tenacidad al impacto no era buena, ya que el grano no era muy fino.

4ª generación: laminación controlada, ya que finalizándolo a temperaturas inferiores a las usuales, junto a un tamaño de grano fino, se mantienen las posibilidades de endurecimiento por precipitación:

• Nb: dificulta la recristalización
• Ti y V: dificultan el crecimiento de grano.

Acero para Intemperie. Corten

Es un tipo de acero HSLA. Contenido en C ≤ 0.15%. Contenido alto de P (0.05-0.1%), endurece la ferrita. Cu ≈ 0.4%. Mn ≈ 1.5%. También llevan Cr y Ni.

Son resistentes a la corrosión ya que la combinación de Cu-P los recubre de una capa óxida estable marrón que los protege. Este recubrimiento impide el acceso de oxígeno y agua a la superficie del material. No es un acero inoxidable.

Aceros Maraging (martensite + aging)

Son aleaciones férreas de Fe y Ni, con 18-25% Ni. Sus propiedades provienen de: Posibilidades de transformación martensítica de sistema Fe-Ni para más de 8%Ni. Endurecimiento estructural por maduración de la martensita si contiene Ti, Al, Mo o Co.

Se utiliza en la aeronáutica y con fines militares debido a su alta tenacidad y alta relación resistencia/densidad.

Se les puede someter a tres tipos de tratamientos térmicos, según las propiedades deseadas:

a.- Austenización completa a 820°C durante 1h. Maduración durante 3 h a 480°C.

b.- Austenización completa a 820°C durante 1 h. Maduración durante 12 h a 480°C.

c.- Austenización completa a 815°C durante 1 h. Maduración durante 5 h a 480°C.

Diagramas y Corrosión

Diagrama Schaeffeler

: nos sirve para la predicción de la microestrc de un acero altamente aleado fundido y enfriado desde 1200º a Tra amb.

CORROSIÓN POR PICADURA: Es un caso extremo de ataque localizado, que se concentra en zonas extremadamente pequeñas de la superficie metálica, mientras que el resto permanece inalterada. Se produce una formación de cavidades en la superficie, debido a la existencia de intersticios, zonas de acritud y defectos. Son difíciles de detectar. Se evitan aumentando el Cr o Mo (Mo ≤ 0,2%).

CORROSIÓN INTERGRANULAR: es un ataque localizado en los límites de grano, debido a la existencia de impurezas en los límites de grano o por enriquecimiento o empobrecimiento de uno de los elementos de la aleación en las zonas adyacentes. Para evitarla: hipertemple // reducir el contenido de C // añadir Ti o Niobio.

CORROSIÓN INTERCRISTALINA: se da en aceros inoxidables estabilizados. Aparece como una línea delgada y recta a lo largo de la unión metal base-metal de aportación en las uniones soldadas. Cuando dichos aceros se sueldan, una franja muy estrecha, inmediatamente adyacente al cordón de soldadura, alcanza temperaturas superiores a 1150ºC, con lo que en esta zona los carburos de Ti y Nb se disuelven, volviendo a estar el carbono en solución. Si la velocidad de enfriamiento es lenta, pueden precipitar los carburos de Cr, produciendo la sensibilización del acero en una zona muy estrecha, para evitarlo es calentar el acero.

ACEROS MARAGING: (martensite+aging)son aleaciones férreas de Fe y Ni, con 18-25% Ni. Sus propiedades provienen de: Posibilidades de transformación martensítica de sistema Fe-Ni para más de 8%Ni. // -Endurecimiento estructural por maduración de la martensita si contiene Ti, Al, Mo o Co.

Se utiliza en la aeronáutica y con fines militares debido a su alta tenacidad y alta relación resistencia/densidad.

Se les puede someter a tres tipos de tratamientos térmicos, según las porpiedades deseadas:

a.-Austenización completa a 820ºC durante 1h. Maduración durante 3 h a 480ºC.

b.-Austenización completa a 820ºC durante 1 h. Maduración durante 12 h a 480ºC.

c.-Austenización completa a 815ºC durante 1 h. Maduración durante 5 h a 480ºC.

CLASIFICACIÓN DE LAS FUNDICIONES:

-Composición: Eutécticas // Hipoeutécticas // Hipereutécticas // Aleadas.

-Proceso de elaboración: Fundición de 1ª fusión o arrabio//Fundición de 2ª fusión//Fundiciones sintéticas.

-Forma de presentarse el carbono: Fundición blanca // Fundición gris: (Ferrítica o hipoeutectoide. Perlítica o eutectoide) // Fundición atruchada // Fundición maleable // Fundición dúctil o con grafito esferoidal.

T5. VIDRIOS DE SILICATOS: están basados en la sílice, pero en una forma amorfa.

La silice pura forma una red ordenada de índice de corrodinac 3, dando lugar a un vidrio con una alta Temp de reblandecimiento (1200ºC), gran resisten, y establilid, baja dilatación térmi, pero difícil de trabajar por su alta viscosid.

Para solucionarlo se introducen modificadores de red.

POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS. Procesos de fabricación.

MOLDEO POR INYECCIÓN:el émbolo de inyección se mueve rápidamente hacia delante y hacia atrás para empujar el plástico ablandado por el calor.

MOLDEO POR EXTRUSIÓN: se utiliza un transportador de tornillo helicoidal. El polímero es transportado desde la tolva, a través de la cámara de calentamiento, hasta la boca de descarga, en una corriente continua. La abertura de la boca de la matriz tiene la forma del producto que se desea.

MOLDEO POR INSUFLASIÓN DE AIRE:proceso usado para hacer formas huecas (botellas, recipientes, etc). Un cilindro hueco de plástico se coloca en un molde que se cierra sobre el polímero ablandado. Una corriente de aire o vapor  expande el material hasta llenar la cavidad.

MOLDEO POR VACIADO:se comprime una chapa d resina termoplástica, ablandada x el calor, contra un molde frío.

CALANDRADO:proceso usado para la fabricación de chapas y películas plásticas.

TERMOESTABLES.Procesos de fabricación.

MOLDEO POR COMPRESIÓN:el molde consta de dos piezas, siendo el móvil sólo uno de los dos. La resina precalentada se carga dentro del molde inferior caliente después se juntan los moldes presionando la resina contenida entre ambos, fundiéndose la resina por efecto de la presión aplicada y del calor.

MOLDEO POR TRANSFERENCIA: combina el moldeo por compresión y por inyección.

ELASTÓMEROS: experimentan una gran deformación elástica al ser sometidos a diferentes esfuerzos, pudiendo recuperar su forma original cuando cesa la tensión. Este comportamiento se debe a ciertos requisitos en su estructura. PROCESOS. VULCANIZACIÓN: proceso mediante el cual se consigue la reticulación controlada. Su fin es procurar q la deformación dlos elastómeros sea solo elástica xlo q la reticualcion debe ser suficientemnt pequeña. Es no reversible. Una vez vulacanizado el elastómero, quedan enlaces dobles sin saturar que pueden, por el oxig, aumentar el grado de reticulacion, que reduce la elasticidad, provocando el ENVEJECIMIENTO.

ESTRICCIÓN NO ESTABLE: enlos polímeros amorfos, la estricción no es estable, lo q reduce la veloci de deform. La estricc se inicia en la sección transvers más pqueñ. Las tensiones ahí aumentan y aceleran la estricc. Sin embarg, las cadenas d la estruct se enderezan y el polímer se hace + cristalino. En la estricc las cadenas se alinean y ese punto queda suficientemnt resitente como para seguir deformándose. La deformac continúa en el resto del polímer y la estricc crece hasta q desaparece.

SEGREGACIÓN DENDRÍTICA: a +velocid de enfriamiento, +grado de subenfriami, +velocid

de nucleación, +veloci de crecimient d grano, y aparece en ls espacios interdendríticos un solido muy rico del metal con menor punto de fusión.

EFECTO CORING: cuando una velocidad de enfriamiento rápida da lugar a q enel grano aparezcan diferents capas con distintas concentraciones de constituyents.

CONTRACCIONES-RECHUPES: Durante la solidificaci se produce cambio de volumen (contracc). Los rechupes o grandes poros son debidos a la falta de aportación líquida durante la solidifcac.

DEFECTOLOGÍA DE LOS PRODUCTS CONFORMADOS PLÁSTICAMENTE.

SOBRECALENTAMIENTO.

GRANO GRANDE.

PLIEGUES FRÍOS: son causados por un diseño incorrecto en la matriz o por una posición incorrecta dla pieza d trabajo en la cavidad dla matriz.

ALINEACIÓN DE INCLUSIONES: ls procesos de deformac plástica disminuyen la sección dlas inclusiones nla dirección dla textura, pero dependiendo dla direcc dl esfuerzo, puede producir desgarro laminar nla direcc dlas inclusiones.

PIEL DE NARANJA: superficie rugosa manifestada nls procesos de estampación debido a un grano inicial muy grande.

DESGARRO POR EMBUTICIÓN.

OBTENCIÓN DE POLVOS.

a.-Molienda (técnica mecánica): se aplica para materiales frágiles cm las cerámicas tipo óxidos, carburos, …

b.-Aleacion mecánica (tecn mecáni): para la obtención de granos polvos de aleación de ls components elementales.

c.- Técnica electrolítica: para obtener polvos de Cu, Fe, Mn, Pd, Ag, Zn.

d.- técnica de reducción química: se somete un oxido metálico a una corriente de gas.

e.- Tecnica d descomposición química: alguns metales pueden hacerse combinar con hidrogeno, formando hidruros estables a Tra amb, pero a 350ºC empieza a dscomponerse obteniéndose un polvo metalico muy puro.

f.- Técnica de atomización: puede ser horizontal y centrifuga.

MODELIZACIÓN DE LA RESISTENCIA EN VERDE: el aumento d presión causa deformaciones locales nls granos d polvo, haciendo q aumente la superficie d contacto y rompen la continuidad dla capa d lubricante. Tdo esto permite la realización d soldaduras frías: a) no existen capas de contaminantes enl contacto. B) se incrementan ls superficies d contacto.

PROTECCIÓN FRENTE LA CORROSIÓN.

GALVANIZACIÓN: en caliente es uno dls sistemas + eficaces de protección del Fe y el acero frente a la corrosión. Consiste enla formación d un recubrimiento de zinc mediante inmersión en un baño de zinc fundido a 450º. La reacción de galvanización solament se produce si las superficiees dls materiales están químicamente limpias.

RECUBRIMIENTOS ORGÁNICOS: la protección de superficies metálicas con materiales orgánicos (PINTURAS, lacas, barnices..) es el método más importante para la prevención de corrosión. Son mezclas liquidas que forma una película sólida. Los mecanismos de protección son:

a.-Efecto barrera: impide el acceso de agua y osigeno a la superficie.

b.-Resistencia iónica: disminuye el movimiento d los iones en la interfase metal/pintura.

c.-Efecto inhibidor: Disminuye la velocidad dls procesos anódicos o catódicos.

INHIBIDORES: sutancias que  tetardan el proceso catódico/anódico.

-Un anódico disminuye la velocidad dl proceso anódico llevando el potencial de éste hacia valores positivos.

-Un catódico dficulta el transcurso dla reacción catódica, dsplazndo su potencial hasta avlores negativos.

-Existen inhibidores que cumplen ambas funciones.

Una sustancia actua como inhibidor por:

-Por adsorción sobre la superficie dl metal.

-Por formación d una capa pasivante, muy delgada, q resulta inapreciable.

-Por formación d una capa d productos de corrosión apreciables a simple vista.

-Modificando las características corrosivas dl medio, formando precipitados protectores q lo separan dl metal o eliminando o desactivando el constituyente corrosivo.

PROTECCIÓN CATÓDICA: al suministrar electrones al metal, para convertirse en cátodo, también se logra protección a la corrosión. Se utiliza:

-Ánodo sacrificio: Se une al material a proteger, formando un circuito eletroquímico.

-Voltaje impuesto: Se obtiene d una fuente d corriente conectada entre un ánodo auxiliar y el material a proteger.

OJO DE PEZ: se forma tras un proceso de tensiones mecánicas. Aparecen previos a la rotura dla pieza por la formación de moléculas de H2. Las burbujas pueden alcanzar diámetros de entre uno y diez milímetros.

REVENIDO: su objetv es quitar alas piezas la fragilidad y las tensiones internas dl tmple.

ETAPAS DEL REVENIDO:

1ª etapa: formación del carburo å (Fe2,4C): los átomos de carbono difunden desde sus posiciones de inserción hacia numerosas dislocaciones existentes en la martensita, donde precipitan en forma de carburos hexagonales å (Fe2,4C). La precipitación será más rápida y completa a mayor temperatura.
2ª : transformación de la austenita residual: si en el acero queda una cierta proporción de austenita residual en el temple (quedará más cuanto mayor sea el contenido en carbono), un calentamiento por encima de Ms favorecerá la transformación de esa austenita residual en bainita con un aumento de volumen y dureza.
3ª : transformación del carburo å: se produce una redisolución de los carburos å que va acompañada de una reprecipitación de cementita con morfología de bastoncillos o varillas.
4ª : precipitación de los carburos.

FRAGILIDAD EN EL REVENIDO: los revenidos bajos (250-400ºC) hacen  disminuya la tenacidad. la presencia de Si es beneficioso a altas Tras.

Fragilidad de Krupp: se produce a veces a 450-550ºC debido al debilitamiento de las juntas de grano por enriquecimientos locales de átomos. Se produce una precipitación de nitruros de Fe. Este fenómeno es reversible. Como remedio se puede realizar un enfriamiento rápido tras el revenido o utilizar Mo como aleante. Se da en aceros al Mn y Cr-Ni.