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Diagramas de fases
Problema
2025 · Ordinaria · Titular
2.2
Examen

A la vista del siguiente diagrama de fases simplificado del sistema hierro – carbono:

Imagen del ejercicio
a) Justifique si las aleaciones con un 0,7%0,7\% y un 5,0%5,0\% de carbono son aceros o fundiciones.b) Indique la proporción de hierro y de carbono de la aleación de composición eutéctica. ¿Qué fases se formarán al producirse la solidificación del líquido para esa composición?c) Describa el proceso de enfriamiento de una aleación con un 1,0%1,0\% de carbono desde los 1.600C1.600^\circ\text{C} hasta la temperatura ambiente.d) Determine la proporción de los constituyentes de equilibrio de una aleación con un 0,5%0,5\% de carbono a temperatura ambiente.
Diagrama hierro-carbonoAcerosFundiciones+1
a)

Según el diagrama de fases hierro-carbono, la clasificación entre aceros y fundiciones se establece en un contenido de carbono del 2,0%2,0\%. Las aleaciones con menos del 2,0%2,0\% de carbono se consideran aceros, mientras que aquellas con un contenido de carbono superior al 2,0%2,0\% se consideran fundiciones.Justificación:- Una aleación con un 0,7%0,7\% de carbono es un acero, ya que su contenido de carbono (0,7%0,7\%) es inferior al 2,0%2,0\%.- Una aleación con un 5,0%5,0\% de carbono es una fundición, ya que su contenido de carbono (5,0%5,0\%) es superior al 2,0%2,0\%.

b)

Datos

C_{\text{eutéctica}} = 4,3\%\ \text{C (según diagrama)}

Fórmulas

CFe=100%CCC_{\text{Fe}} = 100\% - C_{\text{C}}

Sustitución

CFe=100%4,3%=95,7%C_{\text{Fe}} = 100\% - 4,3\% = 95,7\%

Resultado La proporción de carbono de la aleación de composición eutéctica es del 4,3%4,3\%, y la proporción de hierro es del 95,7%95,7\%.Al producirse la solidificación del líquido con composición eutéctica (aproximadamente 1.100C1.100^\circ\text{C}), se formarán las fases Austenite (γ\gamma) y Cementita (Fe3C\text{Fe}_3\text{C}), las cuales, al solidificar de forma simultánea, constituyen el microconstituyente conocido como ledeburita.

c)

Describimos el proceso de enfriamiento de una aleación con un 1,0%1,0\% de carbono desde los 1.600C1.600^\circ\text{C} hasta la temperatura ambiente, siguiendo la línea de 1,0%1,0\% de carbono en el diagrama:- Desde 1.600C1.600^\circ\text{C} hasta aproximadamente 1.470C1.470^\circ\text{C}: La aleación se encuentra en estado completamente líquido (L).- Desde aproximadamente 1.470C1.470^\circ\text{C} hasta aproximadamente 1.300C1.300^\circ\text{C}: La aleación atraviesa la región bifásica de líquido (L) y Austenite (γ\gamma). A medida que desciende la temperatura, se solidifica progresivamente la Austenite (γ\gamma) a partir del líquido.- Desde aproximadamente 1.300C1.300^\circ\text{C} hasta 720C720^\circ\text{C}: La aleación se encuentra completamente en fase de Austenite (γ\gamma) sólida.- A 720C720^\circ\text{C} (temperatura eutectoide): Dado que la aleación tiene un 1,0%1,0\% de carbono, es un acero hipereutectoide (C > 0,9%0,9\% eutectoide). La Austenite (γ\gamma) comienza a transformarse, precipitando Cementita proeutectoide (Fe3C\text{Fe}_3\text{C}) en los bordes de grano de la Austenite. La Austenite remanente, cuya composición se empobrece hasta el 0,9%0,9\% de carbono, experimenta la transformación eutectoide, formando el microconstituyente Perlita (α+Fe3C\alpha + \text{Fe}_3\text{C}). - Desde 720C720^\circ\text{C} hasta temperatura ambiente: La microestructura final estará compuesta por Cementita proeutectoide (Fe3C\text{Fe}_3\text{C}) y Perlita (láminas alternas de Ferrita (α\alpha) y Cementita (Fe3C\text{Fe}_3\text{C})).

d)

Datos

C0=0,5% C (composicioˊn de la aleacioˊn)C_0 = 0,5\%\ \text{C (composición de la aleación)}
Cα=0% C (solubilidad de carbono en Ferrita a temperatura ambiente)C_{\alpha} = 0\%\ \text{C (solubilidad de carbono en Ferrita a temperatura ambiente)}
CPerlita=0,9% C (composicioˊn eutectoide, la Perlita tiene esta composicioˊn)C_{\text{Perlita}} = 0,9\%\ \text{C (composición eutectoide, la Perlita tiene esta composición)}

Fórmulas (Regla de la Palanca a temperatura ambiente para aceros hipoeutectoides)

Fraccioˊn de Ferrita proeutectoide (%αproeutectoide)=CPerlitaC0CPerlitaCα×100\text{Fracción de Ferrita proeutectoide } (\%\alpha_{\text{proeutectoide}}) = \dfrac{C_{\text{Perlita}} - C_0}{C_{\text{Perlita}} - C_{\alpha}} \times 100
Fraccioˊn de Perlita (%Perlita)=C0CαCPerlitaCα×100\text{Fracción de Perlita } (\%\text{Perlita}) = \dfrac{C_0 - C_{\alpha}}{C_{\text{Perlita}} - C_{\alpha}} \times 100

Sustitución

Fraccioˊn de Ferrita proeutectoide =0,90,50,90×100=0,40,9×100\text{Fracción de Ferrita proeutectoide } = \dfrac{0,9 - 0,5}{0,9 - 0} \times 100 = \dfrac{0,4}{0,9} \times 100
Fraccioˊn de Perlita =0,500,90×100=0,50,9×100\text{Fracción de Perlita } = \dfrac{0,5 - 0}{0,9 - 0} \times 100 = \dfrac{0,5}{0,9} \times 100

Resultado

Fraccioˊn de Ferrita proeutectoide 44,44% de Ferrita (α)\text{Fracción de Ferrita proeutectoide } \approx 44,44\%\ \text{de Ferrita (}\alpha\text{)}
Fraccioˊn de Perlita 55,56% de Perlita (α+Fe3C%)\text{Fracción de Perlita } \approx 55,56\%\ \text{de Perlita (}\alpha + \text{Fe}_3\text{C}\%\text{)}