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T1: Materiales y fabricación
Diagramas de fase
Problema
2025 · Ordinaria · Suplente
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 1,5%1,5\% y un 3,0%3,0\% de carbono son aceros o fundiciones.b) Indique la proporción (\% en peso) de hierro y de carbono de la aleación de composición eutectoide. ¿Qué fases se formarán al producirse la reacción, en enfriamiento, para esa composición?c) Determine, a temperatura ambiente, la proporción de las fases de equilibrio para la aleación de composición eutectoide, indique el nombre del constituyente resultante de la reacción.d) Dibuje esquemáticamente la microestructura de equilibrio anterior a esa temperatura.
Sistema hierro-carbonoAceroFundición+1
a)

La línea que separa los aceros de las fundiciones en el diagrama de fases hierro-carbono se encuentra en una concentración de carbono del 2,0% en peso2,0\% \text{ en peso}.Para la aleación con un 1,5% de carbono1,5\% \text{ de carbono}:Datos

C=1,5% en pesoC = 1,5\% \text{ en peso}

Justificación Como 1,5%<2,0% en peso1,5\% < 2,0\% \text{ en peso}, la aleación es un acero.Resultado La aleación de 1,5% de carbono1,5\% \text{ de carbono} es un acero.Para la aleación con un 3,0% de carbono3,0\% \text{ de carbono}:Datos

C=3,0% en pesoC = 3,0\% \text{ en peso}

Justificación Como 3,0%>2,0% en peso3,0\% > 2,0\% \text{ en peso}, la aleación es una fundición.Resultado La aleación de 3,0% de carbono3,0\% \text{ de carbono} es una fundición.

b)

Datos

\text{Composición eutectoide (según el diagrama)} = 0,9\% \text{ de carbono en peso}

Cálculo de la proporción de hierro

Proporcioˊn de Hierro=100%−Proporcioˊn de Carbono\text{Proporción de Hierro} = 100\% - \text{Proporción de Carbono}

Sustitución

Proporcioˊn de Hierro=100%−0,9%=99,1% en peso\text{Proporción de Hierro} = 100\% - 0,9\% = 99,1\% \text{ en peso}

Resultado

Proporcioˊn de Carbono=0,9% en pesoProporcioˊn de Hierro=99,1% en peso\text{Proporción de Carbono} = 0,9\% \text{ en peso}\\ \text{Proporción de Hierro} = 99,1\% \text{ en peso}

Al producirse la reacción eutectoide, la austenita (γ\gamma) se transforma en dos fases sólidas.Fases que se forman

\gamma \xrightarrow{\text{enfriamiento}} \alpha + \text{Fe}_3\text{C}\\ \text{Ferrita} (\alpha) + \text{Cementita} (\text{Fe}_3\text{C})

Resultado Las fases que se formarán son ferrita (α\alpha) y cementita (Fe3C\text{Fe}_3\text{C}).

c)

Datos

\text{Composición de la aleación eutectoide } (C_0) = 0,9\% \text{ C}\\ \text{Composición de la fase Ferrita } (C_{\alpha}) = 0\% \text{ C (según el diagrama simplificado)}\\ \text{Composición de la fase Cementita } (C_{\text{Fe}_3\text{C}}) = 6,7\% \text{ C (según el diagrama)}

Fórmulas (Regla de la palanca)

\% \alpha = \frac{C_{\text{Fe}_3\text{C}} - C_0}{C_{\text{Fe}_3\text{C}} - C_{\alpha}} \times 100$$$$\% \text{Fe}_3\text{C} = \frac{C_0 - C_{\alpha}}{C_{\text{Fe}_3\text{C}} - C_{\alpha}} \times 100

Sustitución

\% \alpha = \frac{6,7 - 0,9}{6,7 - 0} \times 100 = \frac{5,8}{6,7} \times 100$$$$\% \text{Fe}_3\text{C} = \frac{0,9 - 0}{6,7 - 0} \times 100 = \frac{0,9}{6,7} \times 100

Resultado

\text{Proporción de Ferrita } (\alpha) \approx 86,57\% \text{ en peso}\\ \text{Proporción de Cementita } (\text{Fe}_3\text{C}) \approx 13,43\% \text{ en peso}

El constituyente resultante de la reacción eutectoide es la perlita.

d)

La microestructura de equilibrio de la aleación eutectoide a temperatura ambiente es la perlita. La perlita consiste en un constituyente bifásico con una estructura lamellar de capas alternas de ferrita (α\alpha) y cementita (Fe3C\text{Fe}_3\text{C}). Estas láminas de ferrita y cementita se forman simultáneamente durante el enfriamiento de la austenita a la temperatura eutectoide.