Diapositiva 1 - Pasión por Estudiar

13/12/2014
TRANSFORMACIONES DE FASES EN Fe PURO
TRANSFORMACIONES DE
ga
Existen dos mecanismos de transformación
bien diferenciados.
Displaciva y Reconstructiva
TRANSFORMACIONES DE FASES EN Fe PURO
Cada cambio es un ejemplo de
transformación de fase difusivas.
La clave es control  Microestructura
Diagrama de fase
del Fe puro
ALOTROPÍA DEL Fe
1
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T (oC)
TRANSFORMACIONES DISPLACIVAS
ga
Fe (g) fcc estable
inestable
Fe fcc
700
Fe (a) bcc estable
Martensita
Mayor Martensita a Menor To
M s = Inicio
M f = Final (100%)
Tiempo (s)
EL Fe Martensítico es aproximadamente dos veces más duro que el Fe ordinario
bcc, debido al tamaño de grano más pequeño.
TRANSFORMACIONES DISPLACIVAS
ga
Modelo de Bain en la formación de Martensita
El punto esencial del modelo de Bain es
que explica la transformación con un
mínimo de movimiento atómico.
Celda unitaria BCT de a’ (Martensita)
Expande
~ 12%
Contrae
~ 20%
Para obtener Martensita la celda unitaria de g es
contraída un 20% sobre el eje “C” y expandida un
12% sobre los ejes de “a”.
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TRANSFORMACIONES DISPLACIVAS
ga
Modelo de Bain
(a) Austenita (Fe-g)
(b) Martensita (a´)
Los posibles sitios intersticiales para C se muestran con una x
TRANSFORMACIONES POLIMÓRFICAS
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ISOMORFISMO
ISOMORFO:
Son diferentes compuestos con la misma estructura cristalina
Estructura tipo LI2
Ej. d ́(Al3Li) en aleaciones Al-Li y g ́ (Ni3Al)
en superaleaciones basadas en Ni
También Cu3Au
Cu
Ni
Au
Al
Es una derivativa cristalográfica del FCC y puede precipitar
formando coherencia total con matriz de Al (Baja energía
interfacial  nucleación muy rápida).
POLIMORFISMO ó ALOTROPÍA
POLIMORFISMO:
Capacidad de un material sólido de existir en más de una
estructura cristalina, todas ellas con la misma composición.
Del Griego “Poli” (varios)
y “Morfos” (formas) =
muchas formas. El
cambio es irreversible
El ej. clásico es el carbono, que presenta 4 polimorfos
con propiedades muy diferentes entre si: Diamante,
nanotubos, grafito y fullerenos.
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El C60 ó “Buckball” pertenece a un conjunto muy pequeño de
moléculas conocidas con simetría icosahedral
Robert F. Curl Jr.
(1933,USA)
Sir Harold W. Kroto
(1939, UK)
Richard E. Smalley
(1943 - 2005, USA)
Premio Nobel en Química 1996, por el descubrimiento de
los fullerenos
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POLIMORFISMO ó ALOTROPÍA
POLIMORFISMO DE LA SIO2:
Cuarzo es una de las siete formas cristalinas de la sílice
POLIMORFISMO ó ALOTROPÍA
ALOTROPÍA:
Cuando el fenómeno de polimorfismo se da en los elementos
químicos puros. El cambio en estructura es reversible (Enantrópica).
Ej.: Fe, Sn, Mn, Co, Ti
El polimorfismo ó alotropía son los que justifican ó hacen posible
los tratamientos térmicos  modifican la microestructura
De no existir el fenómeno de polimorfismo, las posibilidades de
tratamiento térmico se verían muy reducidas
…y por lo tanto las Transformaciones de fases
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POLIMORFISMO ó ALOTROPÍA
ESTADO ALOTRÓPICO DEL HIERRO
Diagrama de fase
del Fe puro
TRANSFORMACIONES POLIMORFICAS
Transformación alotrópica de hierro
g
a
Fe
Transformación Reconstructiva o Displaciva
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TRANSFORMACIÓN ALOTRÓPICA DEL Fe
ESTADO ALOTRÓPICO DEL HIERRO
L
Enfriamiento lento
Temperatura
Responsable
del que Fe-a
cristalice en
BCC y no en
HCP
Fe d
Fe g
Fe b
Estable a causa de
su ordenamiento
Ferromagnético
Fe a
Tiempo
Curva de enfriamiento del hierro puro
TRANSFORMACIÓN ALOTRÓPICA DEL Fe
ESTADO ALOTRÓPICO DEL HIERRO
Cambio en el volumen atómico de
aprox. 1%  tensiones internas
durante la transformación.
Variación del volumen de los átomos de hierro con la temperatura
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TRANSFORMACIÓN ALOTRÓPICA DEL Fe
Granos g
Enfriamiento Lento
g
a
MICROESTRUCTURAS
1
Fe Wt% C
TRANSFORMACIÓN ALOTRÓPICA DEL Fe
Granos g
Enfriamiento Lento
Granos g Nucleación a Crecimiento a Granos a
Transformación g  a
a 914 oC
MICROESTRUCTURAS
g
a
1
Fe Wt% C
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TRANSFORMACIÓN ALOTRÓPICA DEL Fe
Granos g
Enfriamiento Lento
Granos g Nucleación a Crecimiento a Granos a
Transformación g  a
a 914 oC
g
a
Granos a
MICROESTRUCTURAS
1
Fe Wt% C
TRANSFORMACIONES POLIMÓRFICAS
Transformación de BCC a FCC mediante estiramiento
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TRANSFORMACIONES MASIVAS
(Transformación civil)
TRANSFORMACIONES MASIVAS
b
a
A
a
b
B
La fase original se descompone en una nueva fase, que tienen la
misma composición de la fase madre, pero diferente estructura
cristalina. La nueva fase puede ser estable o metaestable
Estas condiciones también se satisfacen durante las transformaciones
alotrópicas de los metales puros.
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Temperatura
TRANSFORMACIONES MASIVAS
Porcentaje de soluto
TRANSFORMACIONES MASIVAS
Como la fase alfa y la beta tienen la misma composición, los granos de alfa
masiva pueden crecer a mayor velocidad que la necesaria para la difusión.
am
b
b
b
am
Cu-38,7% Zn, templado desde 850 oC, en salmuera a 0 oC.
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TRANSFORMACIONES MASIVAS
CARACTERÍSTICAS
 Ocurren por transferencia no cooperativa o aleatoria de los
átomos a través de la intercara entre la fase madre y producto
(Transformación civilizada no difusional)
 El proceso no incluye
movimiento por cizalladura
 Deben satisfacer la invarianza en la composición
 Presentan un crecimiento no restringido (solo involucra saltos
térmicamente activados a lo largo de la intecara a/b)
 El constituyente microestructural que se forma
es único (a)
TRANSFORMACIONES MASIVAS
Típicas transformaciones masivas
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TRANSFORMACIONES MASIVAS
Transformación masiva de hierro puro (Fe a)
Temperatura, oC
La transformación g  a en hierro puro, puede ocurrir masivamente, si la
velocidad de enfriamiento es tan rápida que no se produzca transformación
cerca del equilibrio, pero suficientemente lenta para que no haya
transformación Martensitica.
Velocidad enfriamiento, 103 k/s
Transformación masiva de hierro puro (Fe a)
Fe (g) fcc estable
inestable
Fe fcc
700
Fe (a) bcc estable
Martensita
Tiempo (s)
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Transformación masiva de hierro puro (Fe a)
Solubilidad máx. C 0,022% a 727 oC.
Relativamente blanda.
Magnética por debajo 768 oC.
Densidad de 7,88 g/cm 3.
Ferrita am BCC
Fe-0.002% C, templado desde 1000 oC en hielo de salmuera
PROCESAMIENTOS PARA INDUCIR LAS
TRANSFORMACIONES DE FASES
“TRATAMIENTOS TÉRMICOS”
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TRATAMIENTOS TÉRMICOS
Consiste en calentar un material a una alta
temperatura, mantenerlo a esa temperatura por
cierta longitud de tiempo seguida por un
enfriamiento a una velocidad especifica.
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
T
Temperatura de transformación
Mantenimiento
Q
tiempo
Todos los tratamientos térmicos tiene una ruta obligatoria
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TRATAMIENTOS TÉRMICOS
T
AT
Q
R
R
N
tiempo
Recocido
Enfriamiento en horno
Perlita Gruesa
Normalizado
Enfriamiento en Aire
Perlita fina
Austempering
Temple a una T intermedia y
mantenimiento
Enfriamiento en Agua
Calentamiento después del temple
Bainita
Templado
Revenido
Martensita
Martensita
Revenida
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
Variación de la microestructura en función de la velocidad
de enfriamiento para un acero eutectoide
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TRATAMIENTOS TÉRMICOS
Dureza
Acero
Wt% C
Microestructura
Rockwell C
TT
A
15
0.8
Perlita basta
Recocido
B
30
0.8
Perlita fina
Normalizado
C
45
0.8
Bainita
Austempering
D
55
0.8
Martensita
Revenida
Revenido
E
65
0.8
Martensita
Temple
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
P +B
Ms
Mf
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DIAGRAMA TTT PARA UN ACERO EUTECTOIDE
A+M
DIAGRAMA TTT PARA UN ACERO EUTECTOIDE
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Acero Eutectoide
Diagrama TTT para acero Eutectoide
Austenita Estable
Austenita
inestable
ti
tf
Diagrama TTT para acero Eutectoide
Austenita estable
Recocido:
perlita
gruesa
Normalizado:
perlita fina
Austenita
inestable
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MATERIALES NANOESTRUCTURADOS
Perlita
Perlita es la morfología que forma el constituyente, no necesariamente
cementita+ferrita es perlita, eso es necesario pero no suficiente, debe existir
la morfología característica.
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