Ciencia de Materiales · tema 05
Transformaciones de fase en metales
Cuánto tarda una transformación, los diagramas isotérmicos y de enfriamiento continuo del acero, perlita, bainita, esferoidita y martensita, y el revenido.
este tema trae un simuladorEl tema 4 dice adónde llega un acero si se le da todo el tiempo del mundo. Este dice qué pasa cuando no se le da. La misma austenita, enfriada de tres maneras distintas, acaba siendo tres materiales distintos: uno blando y dúctil, uno intermedio y uno durísimo y frágil. Nada de eso lo dice el diagrama de equilibrio, porque todo depende del tiempo.
Cuánto tarda una transformación
Una transformación de fase tiene dos etapas. Primero la nucleación: aparecen partículas diminutas de la fase nueva. Después el crecimiento: esas partículas crecen a costa de la fase vieja hasta que no queda nada que transformar. Las dos necesitan que los átomos se muevan, y eso lleva tiempo.
La fracción transformada sigue casi siempre la ecuación de Avrami:
donde y dependen del material y de la temperatura. Dibujada frente al logaritmo del tiempo sale una curva en S: empieza despacio mientras se forman núcleos, se acelera cuando crecen y se frena al final, cuando ya casi no queda fase vieja.
Como la curva se acerca a 1 sin llegar nunca, el final no tiene un tiempo definido. Por convenio, la velocidad de transformación es el inverso del tiempo que tarda en transformarse la mitad:
Y casi siempre crece con la temperatura como crece la difusión, de forma exponencial:
Por eso, en la práctica, las transformaciones no ocurren a la temperatura que marca el diagrama de equilibrio: al enfriar ocurren algo por debajo —subenfriamiento— y al calentar, algo por encima —sobrecalentamiento—.
La austenita a temperatura constante
La forma más limpia de estudiar un acero es enfriarlo de golpe desde la austenita hasta una temperatura, mantenerlo ahí y ver qué sale y cuándo. Si se repite a muchas temperaturas y se marcan, para cada una, cuándo empieza la transformación, cuándo va por la mitad y cuándo termina, sale el diagrama de transformación isotérmica, o diagrama TTT: tiempo, temperatura, transformación.
Se lee siempre igual. El tratamiento es un camino: una bajada vertical, que es enfriar tan deprisa que no da tiempo a nada, y después una horizontal, que es mantener la temperatura. Mientras el camino no cruce la curva de inicio, todo es austenita. Entre la curva de inicio y la de final conviven la austenita y la fase nueva. Pasada la de final, ya no queda austenita.
Perlita, gruesa o fina
Justo por debajo de 727 °C la austenita da perlita, las láminas de ferrita y cementita de la reacción eutectoide. Para formarlas, el carbono tiene que difundirse desde lo que será ferrita, con muy poco carbono, hasta lo que será cementita, con mucho.
El grosor de las láminas depende de la temperatura. Cerca de 727 °C la difusión es rápida y las láminas salen gruesas: perlita gruesa, entre unos 620 y 727 °C, relativamente blanda. Más abajo la difusión se frena, las láminas salen finas y la perlita fina, entre unos 540 y 620 °C, es más dura. En las dos, la ferrita es unas ocho veces más gruesa que la cementita.
Y aquí está lo que al principio desconcierta: a temperatura más alta la transformación tarda más, aunque la difusión vaya más rápida. Es que cerca de 727 °C la austenita casi no tiene prisa por transformarse: está muy cerca de su equilibrio. Por eso la curva de inicio tiene forma de C, con una nariz donde la transformación es más rápida.
Bainita
Por debajo de la nariz, hacia los 540 °C y más abajo, la austenita no da perlita sino bainita, que también es ferrita con cementita, pero con la cementita en agujas finas dentro de la ferrita. Es más dura que la perlita fina, por lo fino de su estructura.
Martensita
Si la austenita se enfría tan deprisa que no da tiempo a ninguna difusión, por debajo de una temperatura se transforma en martensita: la red FCC de la austenita pasa a una red tetragonal centrada en el cuerpo con todo el carbono atrapado dentro. Es una sola fase, fuera del equilibrio, con granos en forma de aguja, y es la más dura y la más frágil de todas.
Lo que la distingue de las demás es que no depende del tiempo: la cantidad de martensita depende solo de hasta qué temperatura se ha bajado. Por eso en el diagrama no es una curva en C sino tres horizontales: el inicio, el 50 % y el 90 %. Al proceso de enfriar así se le llama temple.
Esferoidita
Si un acero perlítico o bainítico se calienta por debajo del eutectoide y se deja mucho tiempo —del orden de 700 °C durante un día—, la cementita deja de estar en láminas o agujas y se junta en bolitas dentro de la ferrita: la esferoidita. No cambian ni las fases ni sus cantidades, solo su forma, y el motivo es reducir la superficie de contacto entre ferrita y cementita. Es la microestructura más blanda y tenaz. Su cinética no sale en los diagramas.
Un acero con más carbono que el eutectoide
El diagrama isotérmico de un acero hipereutectoide, con 1,13 % de C. Arriba, por encima de la isoterma de 727 °C, la curva donde empieza a salir cementita proeutectoide (A + C). Debajo, la C de la perlita (P) y de la bainita (B), con su curva de inicio, la del 50 % —discontinua— y la de final. Abajo, las tres horizontales de la martensita.
En un acero que no es eutectoide, antes de la perlita sale la fase proeutectoide del tema 4. En uno hipereutectoide, como este de 1,13 % de C, es cementita: si el camino horizontal pasa primero por la región A + C, sale cementita proeutectoide, y después, al cruzar la C, la austenita que queda da perlita.
Un camino con varios tramos se lee por tramos, y lo que se ha formado ya no se deshace. Si en el primer tramo sale la mitad de perlita, esa perlita se queda; en el siguiente tramo solo se transforma la austenita que quedaba, y la que llegue sin transformar al temple final da martensita.
Leer el diagrama isotérmico como si se enfriara sin parar
El diagrama TTT solo vale para caminos de bajada vertical y tramo horizontal: para eso se construyó. Si la pieza se enfría poco a poco, sin detenerse, las transformaciones empiezan más tarde y a menor temperatura de lo que marca este diagrama, y hay que usar el de enfriamiento continuo. Trazar una curva de enfriamiento sobre un diagrama isotérmico da respuestas que parecen razonables y están mal.
Un acero aleado
El diagrama isotérmico del acero aleado 4340. Los elementos de aleación separan la C en dos narices: arriba, la de la ferrita y la perlita (A + F, F + P); abajo, la de la bainita (B). Las dos están muy desplazadas hacia la derecha, a cientos o miles de segundos, y la martensita empieza más arriba que en el acero al carbono, hacia los 287 °C.
El cromo, el níquel, el molibdeno, el manganeso y el silicio cambian la forma de las curvas: las transformaciones empiezan a temperaturas más bajas y necesitan más tiempo. Que la austenita aguante más sin transformarse es justo lo que se busca al templar: da tiempo a enfriar la pieza entera antes de que salga perlita.
Enfriar sin parar
En la industria casi nunca se hace un tratamiento isotérmico, porque exige enfriar muy deprisa hasta una temperatura exacta. Lo normal es enfriar de forma continua, y para eso existe el diagrama de enfriamiento continuo. Respecto al isotérmico, sus curvas están desplazadas hacia tiempos mayores y temperaturas menores: cuando la temperatura va bajando, a la transformación le cuesta más empezar.
Se lee trazando la curva de enfriamiento de la pieza: donde corte a la curva de inicio empieza la transformación, y donde corte a la de final termina. La martensita, en cambio, empieza a la misma temperatura que en el isotérmico.
El diagrama de enfriamiento continuo del mismo acero de 1,13 % de C, con cinco curvas de enfriamiento, numeradas aquí del 1 al 5 de la más rápida a la más lenta (el original no las numera). Arriba, la región donde sale cementita proeutectoide (A → C); en medio, la región de la perlita (A → P); abajo, la línea de la martensita (A → M).
En un acero al carbono, el enfriamiento continuo no da bainita: la austenita que no ha dado perlita se queda como austenita hasta llegar a la línea M, y entonces da martensita.
La velocidad crítica de enfriamiento es la mínima que da martensita entera, sin nada de perlita: la curva de enfriamiento que pasa rozando la nariz. Para un acero eutectoide, el resumen del tema da estas fronteras:
| velocidad de enfriamiento | resultado |
|---|---|
| menos de 35 °C/s | perlita |
| entre 35 y 140 °C/s | perlita y martensita |
| más de 140 °C/s | martensita |
El diagrama de enfriamiento continuo del acero 4340, con cuatro curvas de enfriamiento rotuladas con su velocidad. Al contrario que en el acero al carbono, aquí sí aparece una nariz bainítica, y la curva que la roza marca la velocidad crítica.
Los elementos de aleación mueven las narices a la derecha, y con ellas la velocidad crítica hacia abajo. Un acero aleado se puede templar enfriando mucho más despacio que uno al carbono, y además puede dar bainita en enfriamiento continuo.
Qué dureza da cada microestructura
De la más blanda a la más dura:
- Esferoidita. Pocas intercaras entre ferrita y cementita, así que poco freno a las dislocaciones: la más blanda y la más tenaz. Una grieta que avance por la ferrita solo se encuentra bolitas sueltas de cementita.
- Perlita gruesa. Más dúctil que la fina.
- Perlita fina. Más intercaras por unidad de volumen: la cementita, rígida, sujeta a la ferrita, y las intercaras frenan a las dislocaciones.
- Bainita. Más fina todavía, en agujas: más fuerte y más dura que la perlita.
- Martensita. La más dura y la más frágil. El carbono atrapado entre los átomos de hierro frena a las dislocaciones, y la red tetragonal tiene pocos sistemas de deslizamiento. Cuanto más carbono, más frágil.
En todas, la cementita aporta dureza y fragilidad y la ferrita, ductilidad: más cementita, más dureza y menos ductilidad.
Perlita fina no es perlita con poco carbono
«Fina» y «gruesa» hablan del grosor de las láminas, que depende de la temperatura a la que se formó la perlita, no de la composición del acero. Un acero eutectoide puede dar las dos. Y la que sale a menor temperatura es la fina, que es la más dura: al revés de lo que invita a pensar que «más frío» suene a «más despacio».
Martensita revenida
La martensita recién templada es tan frágil que casi no sirve para nada. Para arreglarlo se hace un revenido: se calienta entre unos 250 y 650 °C durante un tiempo, y el carbono atrapado tiene ocasión de difundirse. La martensita se separa en las dos fases de equilibrio, ferrita y cementita, pero con la cementita en partículas diminutas dentro de la ferrita:
Gana ductilidad y tenacidad sin perder demasiada dureza. Con más temperatura o más tiempo las partículas de cementita crecen, hay menos intercaras y la dureza puede caer demasiado: el revenido se elige para quedarse a medio camino.
El resumen del tema, para un acero eutectoide
| transformación | cómo | dónde |
|---|---|---|
| austenita → perlita gruesa | a temperatura constante | 620–727 °C |
| austenita → perlita fina | a temperatura constante | 540–620 °C |
| austenita → bainita | a temperatura constante | 215–540 °C |
| perlita o bainita → esferoidita | a temperatura constante, mucho tiempo | hacia 700 °C |
| austenita → martensita | enfriando deprisa | por debajo de 215 °C |
Los elementos de aleación mueven todas esas temperaturas, tiempos y velocidades, y un acero que no sea eutectoide forma antes su fase proeutectoide. Por eso cada problema trae su propio diagrama: los números de esta tabla sirven para entender el mapa, no para sustituirlo.
Practica lo que acabas de leer
Cuánto tarda en transformarse la mitad
Ejemplo introductorio, para entrar de cero. Cada paso equivocado recibe su diagnóstico, no un «incorrecto».
Hacer el ejercicio →Cuánto tarda en transformarse la mitad
1.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
A temperatura constante, la fracción transformada de una aleación sigue la ecuación de Avrami con y , con el tiempo en segundos:
¿Cuánto tarda en transformarse la mitad? ¿Cuál es la velocidad de la transformación?
El tiempo de media transformación y la velocidad.
- 01
Reconocer el camino
COMP1¿Qué valor de corresponde a «la mitad transformada»?
Eso es. va de 0, nada transformado, a 1, todo. La mitad es , y el tiempo que tarda en llegar ahí es .
En la ecuación de Avrami es una fracción entre 0 y 1, no un porcentaje: con la exponencial tendría que ser negativa, y no lo es nunca.
La constante es del material y la temperatura, y no cambia con lo transformado. Lo que vale la mitad es .
- 02
El tiempo de media transformación
COMP2¿Cuánto vale ?
un tiempo, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEso es , no : te falta la raíz. Con el tiempo va elevado al cuadrado dentro de la exponencial.
Has despejado sin el logaritmo, como si diera . Hay que tomar logaritmos: .
lleva a , y de ahí .
Desarrollo
- 03
La velocidad de la transformación
COMP2Con el convenio del tema, ¿cuál es la velocidad de la transformación?
en s⁻¹, solo el número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Ese es el tiempo, no la velocidad. El convenio es el inverso: cuanto más tarda, más lenta.
Has partido la mitad entre el tiempo, . La velocidad del convenio es a secas.
.
Desarrollo
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena el razonamiento. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Arriba la curva ya está plana: casi todo está transformado y no queda qué transformar. El convenio del tema no mira ninguna pendiente: es el inverso del tiempo de media transformación.
El razonamiento, en orden
La mitad transformada es y = 0,5, y eso deja la exponencial en 0,5.
Tomando logaritmos, 0,01·t² = ln 2, así que t vale 8,33 s.
La velocidad es el inverso de ese tiempo: 0,12 por segundo.
Resolución completa
La mitad es . Despejando el tiempo con logaritmos:
Y la velocidad, por convenio, es su inverso:
Se toma la mitad y no el final porque la curva en S se acerca a 1 sin llegar nunca: el «final» no tiene un tiempo definido, y la mitad sí.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
La velocidad que da martensita, y la que no llega
1.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Según el resumen del tema, un acero eutectoide enfriado de forma continua da perlita por debajo de 35 °C/s, perlita y martensita entre 35 y 140 °C/s, y solo martensita por encima de 140 °C/s. Una pieza de ese acero se enfría a 60 °C/s. ¿Qué microestructura tiene? ¿Cuál es la velocidad crítica de enfriamiento del acero?
La microestructura a 60 °C/s y la velocidad crítica.
- 01
Reconocer el camino
COMP1A 60 °C/s, ¿qué se obtiene?
En un acero al carbono, el enfriamiento continuo no da bainita: la austenita que no ha dado perlita llega sin transformarse a la línea M. La bainita aparece en continuo en aceros aleados, como el 4340.
Exacto. La curva de enfriamiento corta la región de la perlita pero no la atraviesa entera: una parte de la austenita da perlita, y la que queda se transforma en martensita al bajar de la línea M.
«Rápido» no basta: para que no se forme nada de perlita la curva tiene que pasar por delante de la nariz, y eso pide más de 140 °C/s. A 60 °C/s la corta.
- 02
La velocidad crítica
COMP2¿Cuál es la velocidad crítica de enfriamiento de este acero?
en °C/s, solo el número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Esa es la velocidad por debajo de la cual todo es perlita. La crítica es la otra frontera: la mínima para que todo sea martensita.
Esa es la velocidad de la pieza, que da una mezcla. La crítica es la mínima que ya no deja formar nada de perlita.
La velocidad crítica es la mínima que da martensita entera.
Desarrollo
Por encima de 140 °C/s todo es martensita y por debajo ya aparece perlita: la velocidad crítica es 140 °C/s.
- 03
Justificar el argumento
COMP4Ordena el razonamiento. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
A partir de 35 °C/s empieza a salir algo de martensita, pero la crítica es la que da martensita entera, sin nada de perlita: 140 °C/s. Es la que importa para templar.
El razonamiento, en orden
A 60 °C/s la curva de enfriamiento corta la región de la perlita sin atravesarla entera.
La austenita que no ha dado perlita se transforma en martensita al pasar la línea M.
La velocidad crítica es la mínima que da solo martensita: 140 °C/s.
Resolución completa
A 60 °C/s sale perlita y martensita. La velocidad está entre las dos fronteras del resumen: la curva de enfriamiento entra en la región de la perlita pero sale antes de que termine, y la austenita que queda llega a la línea M y da martensita.
La velocidad crítica es 140 °C/s: la mínima que no deja formarse nada de perlita. En el diagrama de enfriamiento continuo es la curva que pasa rozando la nariz. Por encima, todo es martensita; por debajo, ya hay perlita.
Los aceros aleados mueven la nariz hacia la derecha, y con ella esta velocidad hacia abajo: por eso se templan con menos agua, o en aceite.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Ocho caminos sobre el diagrama isotérmico del acero de 1,13 % C
1.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
A partir del diagrama de transformación isotérmica para una aleación de acero con 1,13 % C, determine la microestructura final de una muestra que ha sido sometida a los siguientes tratamientos. En cada caso, suponga que la muestra comienza a 920 oC y que se ha mantenido a esta temperatura el tiempo suficiente para lograr una estructura austenítica completa y homogénea.
a) Enfríe rápidamente a 250 °C, manténgalo durante 10³ s, luego témplelo hasta T ambiente.
b) Enfríe rápidamente a 775 °C, manténgalo durante 500 s, luego témplelo hasta T ambiente.
c) Enfríe rápidamente a 400 °C, manténgalo durante 500 s, luego témplelo hasta T ambiente.
d) Enfríe rápidamente a 700 °C, manténgalo a esta T durante 10⁵ s, luego témplelo hasta T ambiente.
e) Enfríe rápidamente a 650 °C, manténgalo a esta T durante 3 s, enfríelo rápidamente a 400 °C, manténgalo durante 25 s, luego témplelo hasta T ambiente.
f) Enfríe rápidamente a 350 °C, manténgalo durante 300 s, luego témplelo hasta T ambiente.
g) Enfríe rápidamente a 675 °C, manténgalo durante 7 s, luego témplelo hasta T ambiente.
h) Enfríe rápidamente a 600 °C, manténgalo a esta T durante 7 s, enfríelo rápidamente a 450 °C, manténgalo a esta T durante 4 s, luego témplelo hasta T ambiente.
La microestructura final de cada uno de los ocho tratamientos.
- 01
Reconocer el camino
COMP1a) Se mantiene a 250 °C durante 10³ s y se templa. ¿Qué microestructura queda?
Has puesto la curva de inicio a la izquierda de 10³ s. En la escala logarítmica, a 250 °C está hacia 1,6·10³ s: por poco, pero 10³ s no llega. Sin bainita, el temple lo hace todo martensita.
Eso es. A 250 °C la curva de inicio de la bainita está hacia 1,6·10³ s, un poco a la derecha de 10³: durante el tramo no se forma nada. Y 250 °C está por encima de M(start), 195 °C, así que tampoco martensita. Toda la austenita llega al temple.
Revenir es calentar una martensita que ya existe. Durante el tramo no hay martensita que revenir: 250 °C está por encima de M(start), y lo que hay es austenita esperando. La martensita sale después, en el temple, y nadie la calienta.
- 02
Reconocer el camino
COMP1b) Se mantiene a 775 °C durante 500 s y se templa. ¿Qué microestructura queda?
Te olvidas de la región A + C, la de encima de la isoterma de 727 °C. En un acero hipereutectoide ahí sale cementita proeutectoide, y a 775 °C empieza hacia los 2 s.
Eso es. 775 °C está por encima de 727 °C, en la región A + C. A esa temperatura la cementita proeutectoide empieza hacia 2 s, y en 500 s sale. Perlita no puede salir por encima del eutectoide, así que la austenita que queda se templa y da martensita.
La perlita sale de la reacción eutectoide, y a 775 °C estás por encima de 727 °C: no hay perlita posible. La austenita que no se ha hecho cementita solo puede acabar en martensita al templar.
- 03
Reconocer el camino
COMP1c) Se mantiene a 400 °C durante 500 s y se templa. ¿Qué microestructura queda?
Eso pasaría templando antes de la curva de final. A 400 °C la bainita termina hacia 115 s, y 500 s queda bastante a la derecha: no queda austenita para la martensita.
Eso es. A 400 °C, por debajo de la línea discontinua de unos 567 °C, sale bainita. Empieza hacia 2,4 s y termina hacia 115 s: a los 500 s no queda austenita, y el temple no encuentra nada que transformar.
400 °C está por debajo de la línea discontinua de unos 567 °C que separa la perlita de la bainita. Por debajo de la nariz, la austenita da bainita.
- 04
Reconocer el camino
COMP1d) Se mantiene a 700 °C durante 10⁵ s y se templa. ¿Qué microestructura queda?
Eso es. A 700 °C la cementita empieza hacia 0,6 s, la perlita hacia 8 s y todo termina hacia 140 s. 10⁵ s está muy a la derecha: no queda austenita. Y a 700 °C, entre 620 y 727 °C, la perlita sale gruesa.
Para que haya martensita tiene que quedar austenita al templar. A 700 °C la transformación termina hacia 140 s, y 10⁵ s es casi mil veces más.
Fina o gruesa lo decide la temperatura. A 700 °C, cerca del eutectoide, la difusión es rápida y las láminas salen gruesas; la fina sale entre unos 540 y 620 °C.
La esferoidita no sale en el diagrama isotérmico: su cinética no está en él. Lo que el diagrama dice es perlita gruesa y cementita. Es verdad que 10⁵ s a 700 °C se parecen mucho a la receta de la esferoidita, unas 24 h a 700 °C; si en clase lo plantean así, pregúntalo, pero leyendo el diagrama la respuesta es la del listado.
- 05
Reconocer el camino
COMP1e) 3 s a 650 °C, después 25 s a 400 °C, y temple. ¿Qué microestructura queda?
Eso es. A 650 °C la perlita empieza hacia 0,9 s y termina hacia 5 s: a los 3 s hay cementita, algo de perlita gruesa y austenita. A 400 °C esa austenita empieza a dar bainita hacia 2,4 s y va por la mitad hacia 20 s: a los 25 s queda algo sin transformar, y el temple la hace martensita.
A 400 °C la bainita no termina hasta unos 115 s. A los 25 s apenas ha pasado la mitad, y la austenita que queda da martensita en el temple.
Te falta el tramo de 400 °C. Allí la bainita empieza hacia 2,4 s, y 25 s queda bastante a la derecha: parte de la austenita que quedaba se hace bainita.
Lo que se forma a 650 °C no se deshace al bajar. A los 3 s ya se ha cruzado la curva de inicio de la perlita, así que la perlita y la cementita se quedan hasta el final.
- 06
Reconocer el camino
COMP1f) Se mantiene a 350 °C durante 300 s y se templa. ¿Qué microestructura queda?
Eso es. A 350 °C la bainita empieza hacia 56 s, va por la mitad hacia 240 s y termina hacia 575 s. A los 300 s se ha pasado la mitad pero no el final: la austenita que queda se hace martensita.
A 350 °C la curva de final está hacia 575 s, a la derecha de 300. Templar antes del final deja austenita, y la austenita da martensita.
La curva de inicio a 350 °C está hacia 56 s, así que a los 300 s ya hay bainita, y más de la mitad.
- 07
Reconocer el camino
COMP1g) Se mantiene a 675 °C durante 7 s y se templa. ¿Qué microestructura queda?
Eso es. A 675 °C la cementita empieza hacia 0,5 s, la perlita hacia 2 s y todo termina hacia 13 s. A los 7 s se está en medio: hay cementita, perlita gruesa y austenita, y el temple hace martensita con la austenita.
Eso sería habiendo cruzado la curva de final, y a 675 °C está hacia 13 s. Con 7 s queda austenita, y el temple la hace martensita.
A 675 °C la perlita empieza hacia 2 s: a los 7 s ya ha empezado, y lo que se ha hecho perlita no se convierte en martensita.
675 °C está por encima de 620 °C: la perlita sale gruesa. La fina es de más abajo, entre unos 540 y 620 °C.
- 08
Reconocer el camino
COMP1h) 7 s a 600 °C, después 4 s a 450 °C, y temple. ¿Qué microestructura queda?
Eso es. A 600 °C todo termina hacia 1,9 s, así que a los 7 s no queda austenita. El tramo de 450 °C y el temple no encuentran nada que transformar. Y a 600 °C la perlita es fina.
Es el camino de e) sin mirar el diagrama. A 600 °C la curva de final está hacia 1,9 s, y 7 s queda a su derecha: toda la austenita se ha transformado antes de bajar a 450 °C.
600 °C está por debajo de 620 °C: la perlita sale fina. La gruesa se forma más cerca del eutectoide.
- 09
Cuándo termina la transformación a 675 °C
COMP2Para decidir el apartado g): a 675 °C, ¿cuánto tarda la transformación en llegar a la curva de final?
un tiempo, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEsa es la curva de inicio de la perlita. La de final es la última que corta la horizontal, hacia 13 s: la transformación tarda casi una década más en terminar que en empezar.
Esa es la curva de inicio de la cementita proeutectoide, la primera que se cruza. Lo primero que sale a 675 °C es cementita, pero la transformación termina en la curva de final, hacia 13 s.
Traza la horizontal de 675 °C y síguela hasta la última curva que corta, la de final.
Desarrollo
La horizontal de 675 °C corta la curva de la cementita hacia 0,45 s, la de inicio de la perlita hacia 2 s y la de final hacia . Los 7 s de g) caen entre las dos últimas: la transformación está a medias. La escala es logarítmica, y la casilla acepta cualquier lectura razonable de esa curva.
- 10
Justificar el argumento
COMP4Ordena el razonamiento del apartado e). Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Lo que ya se ha formado no se deshace. La bainita sale de la austenita, no de la perlita: a 400 °C la perlita y la cementita se quedan como están, y solo cambia la austenita que no se había transformado.
El razonamiento, en orden
A 650 °C, a los 3 s se han cruzado el inicio de la cementita y el de la perlita, pero no el final: hay cementita, perlita gruesa y austenita.
Al bajar a 400 °C solo sigue transformándose la austenita que quedaba, ahora en bainita.
A los 25 s a 400 °C se ha pasado la mitad de la bainita, pero no el final, que está hacia 115 s.
El temple hace martensita con la austenita que queda: perlita gruesa, cementita, bainita y martensita.
Resolución completa
Cómo se lee cada camino. Una bajada vertical, que no deja formar nada; un tramo horizontal, en el que se mira qué curvas se cruzan antes de que se acabe el tiempo; y el temple final, que hace martensita con toda la austenita que quede. Lo que se forma en un tramo no se deshace en el siguiente.
Estas son las lecturas sobre el diagrama:
| apartado | tramo | lo que se cruza | queda |
|---|---|---|---|
| a) | 250 °C, 10³ s | nada: la bainita empieza hacia 1,6·10³ s | M |
| b) | 775 °C, 500 s | la cementita, hacia 2 s; perlita no hay por encima de 727 °C | M + C |
| c) | 400 °C, 500 s | inicio y final de la bainita, hacia 2,4 y 115 s | B |
| d) | 700 °C, 10⁵ s | cementita, perlita y final, hacia 140 s | P gruesa + C |
| e), 1.º | 650 °C, 3 s | cementita y perlita, sin llegar al final (hacia 5 s) | P gruesa + C + austenita |
| e), 2.º | 400 °C, 25 s | inicio y mitad de la bainita, hacia 2,4 y 20 s | + B, y el resto M |
| f) | 350 °C, 300 s | inicio y mitad, sin llegar al final (hacia 575 s) | B + M |
| g) | 675 °C, 7 s | cementita y perlita, sin llegar al final (hacia 13 s) | P gruesa + C + M |
| h) | 600 °C, 7 s | todo: el final está hacia 1,9 s | P fina + C |
Las ocho coinciden con el listado: a) M; b) M y C proeutectoide; c) B; d) P gruesa y C; e) P gruesa, C, B y M; f) B y M; g) P gruesa, C y M; h) P fina y C.
Fina o gruesa lo decide la temperatura del tramo: gruesa entre unos 620 y 727 °C, fina entre unos 540 y 620 °C. Por eso d), e) y g) dan gruesa y h) da fina.
Los tiempos están leídos en escala logarítmica y son órdenes de magnitud. Lo que decide cada apartado no es la cifra exacta, sino de qué lado de una curva cae el tiempo del enunciado.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Cinco tratamientos para el acero de 1,13 % C
1.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
A partir del diagrama de transformación isotérmica para una aleación de hierro-carbono con 1,13 % C, determine los tratamientos (temperatura-tiempo) para producir las siguientes microestructuras:
a) Cementita proeutectoide y perlita gruesa.
b) Esferoidita.
c) Perlita fina y bainita.
d) Martensita.
e) Martensita revenida.
Un camino de temperatura y tiempo para cada una de las cinco microestructuras.
- 01
Reconocer el camino
COMP1a) ¿Qué tratamiento da cementita proeutectoide y perlita gruesa?
A 775 °C, por encima de 727 °C, solo sale la cementita: la perlita no puede formarse por encima del eutectoide. El temple deja cementita y martensita, que es el apartado b) del 5.1.
A 600 °C todo se transforma, pero la perlita sale fina: está por debajo de 620 °C. La gruesa pide un tramo más cerca del eutectoide.
Eso es. A 700 °C la cementita empieza hacia 0,6 s, la perlita hacia 8 s y todo termina hacia 140 s. Con 10³ s se cruza la curva de final con margen, y a 700 °C la perlita sale gruesa. Después da igual cómo se enfríe: ya no queda austenita.
Es demasiado poco tiempo. A 700 °C la curva de final está hacia 140 s: a los 30 s queda austenita, y el temple la hace martensita. Saldrían cementita, perlita gruesa y martensita.
- 02
Reconocer el camino
COMP1b) ¿Cómo se consigue esferoidita?
Eso da bainita, con la cementita en agujas finas. La bainita puede acabar en esferoidita, pero solo si después se calienta hacia 700 °C durante mucho tiempo, y eso tampoco sale en el diagrama.
Eso es. La esferoidita no sale de la austenita: sale de la perlita o de la bainita, calentadas por debajo del eutectoide mucho tiempo, del orden de 700 °C durante 24 h. La cementita pasa de láminas a bolitas.
Ese es el tratamiento de a), y da perlita gruesa, en láminas. La esferoidita no tiene región propia en el diagrama isotérmico, porque su cinética no está en él: hace falta un segundo tratamiento, muy largo, sobre la perlita ya formada.
- 03
Reconocer el camino
COMP1c) ¿Qué tratamiento da perlita fina y bainita?
Templas antes de la curva de final. A 400 °C la bainita termina hacia 115 s: a los 30 s queda austenita, y el temple la hace martensita. Sobra una fase.
El orden de los tramos importa. A 400 °C toda la austenita se hace bainita, y la bainita no se convierte en perlita al subir: la perlita solo sale de la austenita.
Eso es. A 600 °C la perlita empieza hacia 0,4 s y termina hacia 1,9 s: parando hacia 0,8 s, en la curva del 50 %, queda la mitad de perlita fina y la mitad de austenita. A 400 °C esa austenita da bainita, que termina hacia 115 s: con 10³ s no queda nada para el temple.
Es demasiado tiempo a 600 °C. La transformación termina allí hacia 1,9 s: a los 10 s no queda austenita que bajar a 400 °C, y sale perlita fina con cementita, sin nada de bainita.
- 04
Reconocer el camino
COMP1d) ¿Qué tratamiento da martensita?
A 700 °C la cementita proeutectoide empieza hacia 0,6 s: con 1 s ya ha salido algo, y el resultado es martensita con cementita.
Eso es. La nariz está hacia 0,3 s y unos 560 °C. Si la bajada no la toca, la austenita llega entera a M(start), 195 °C, y por debajo de M(90 %), 78 °C, casi toda es martensita.
A 250 °C la bainita empieza hacia 1,6·10³ s y va por la mitad hacia 5·10³ s: con 10⁴ s sale sobre todo bainita, y solo el resto se hace martensita. Parando a 250 °C hay que templar antes de 1,6·10³ s, como en el apartado a) del 5.1.
- 05
Reconocer el camino
COMP1e) ¿Qué tratamiento da martensita revenida?
Por encima de 727 °C la martensita vuelve a ser austenita (con cementita, en este acero): se deshace el temple. El revenido se hace por debajo del eutectoide, entre unos 250 y 650 °C.
Eso es. Primero hace falta martensita, y después el revenido: al calentarla, el carbono atrapado se difunde y la martensita se separa en ferrita con partículas diminutas de cementita.
400 °C está en el intervalo del revenido, pero revenir es calentar martensita. Llegando a 400 °C desde la austenita lo que sale es bainita: te has saltado el temple.
- 06
Cuánto hay que esperar a 700 °C
COMP2Para el apartado a): a 700 °C, ¿cuánto tiempo hay que mantener como mínimo para que no quede austenita?
un tiempo, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEsa es la curva de inicio de la perlita. Para que no quede austenita hay que llegar a la de final, hacia 140 s; templando a los 8 s saldría casi todo martensita.
Esa es la curva de inicio de la cementita proeutectoide, la primera que se cruza. Ahí la transformación solo empieza.
Traza la horizontal de 700 °C y síguela hasta la última curva que corta.
Desarrollo
La horizontal de 700 °C corta la curva de la cementita hacia , la de inicio de la perlita hacia y la de final hacia . Cualquier tiempo por encima vale, y 10³ s deja margen.
- 07
Justificar el argumento
COMP4Ordena el tratamiento del apartado e). Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Revenir es calentar martensita, y a 400 °C la austenita no es martensita: da bainita. El intervalo de temperaturas coincide, pero el punto de partida no. Sin temple previo no hay nada que revenir.
El razonamiento, en orden
Primero martensita: enfriar desde 920 °C hasta la temperatura ambiente sin tocar ninguna curva.
Después el revenido: calentar la martensita entre unos 250 y 650 °C y mantenerla un tiempo.
El carbono atrapado se difunde y la martensita se separa en ferrita con partículas diminutas de cementita.
Resolución completa
Cómo se diseña un tratamiento. Se elige la temperatura del tramo por lo que se quiere que salga, y el tiempo por las curvas que hay que cruzar, o que no hay que cruzar. Los tiempos están leídos en escala logarítmica y admiten margen; lo que no admite margen es de qué lado de cada curva se queda el camino.
| microestructura | tratamiento | por qué |
|---|---|---|
| a) C proeutectoide y P gruesa | 700 °C, 10³ s, y enfriar | a 700 °C todo termina hacia 140 s, y la perlita sale gruesa |
| b) Esferoidita | la perlita de a), y después unos 700 °C durante un día | la esferoidita sale de la perlita, no de la austenita |
| c) P fina y B | 600 °C menos de 1 s, 400 °C 10³ s, y enfriar | a 600 °C la perlita termina hacia 1,9 s; a 400 °C la bainita, hacia 115 s |
| d) Martensita | de 920 °C a temperatura ambiente sin parar | la bajada pasa a la izquierda de la nariz, hacia 0,3 s |
| e) Martensita revenida | la martensita de d), y después 250 a 650 °C un tiempo | el revenido calienta una martensita que ya existe |
Dos matices de c). El tiempo a 600 °C decide el reparto: parando en la curva del 50 %, hacia 0,8 s, sale mitad y mitad. Y a 600 °C la curva de la cementita proeutectoide va una décima de segundo por delante de la de la perlita, así que en rigor aparece una pizca de cementita que el enunciado no nombra. En este acero no hay forma de evitarla por encima de la nariz.
El error más común es el de b): buscar la esferoidita en el diagrama. No está, porque su cinética no se dibuja en él. Se consigue con un segundo tratamiento, largo y por debajo del eutectoide, sobre una perlita o una bainita que ya existen.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Cinco caminos sobre el diagrama isotérmico del acero 4340
1.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
A partir del diagrama de transformación isotérmica para un acero aleado (tipo 4340), determine la microestructura final de una muestra que ha sido sometida a los siguientes tratamientos. En cada caso, suponga que la muestra comienza a 920 oC y que se ha mantenido a esta temperatura el tiempo suficiente para lograr una estructura austenítica completa y homogénea.
a) Enfríe rápidamente a 600 o, manténgalo durante 10⁵ s, luego témplelo hasta temperatura ambiente.
b) Enfríe rápidamente a 400 oC, manténgalo durante 10⁶ s, luego témplelo hasta temperatura ambiente.
c) Enfríe rápidamente a 400 oC, manténgalo durante 10³ s, luego témplelo hasta temperatura ambiente.
d) Enfríe rápidamente a 300 oC, manténgalo a esta temperatura durante 10 s, luego témplelo hasta temperatura ambiente.
e) Enfríe rápidamente a 600 oC, manténgalo a esta temperatura durante 10⁴ s, luego témplelo hasta temperatura ambiente.
La microestructura final de cada uno de los cinco tratamientos.
- 01
Reconocer el camino
COMP1a) Se mantiene a 600 °C durante 10⁵ s y se templa. ¿Qué microestructura queda?
Eso es el apartado e), con 10⁴ s. Con 10⁵ s se ha cruzado la curva de final, hacia 4·10⁴ s, y no queda austenita para el temple.
Eso sería el acero de 1,13 % C del 5.1. El 4340 tiene 0,40 % C, menos que el eutectoide, y lo que sale antes de la perlita es ferrita: la región del diagrama se llama A + F.
Eso es. A 600 °C la ferrita empieza hacia 8·10² s, la perlita hacia 3,7·10³ s y todo termina hacia 4·10⁴ s. 10⁵ s cruza la curva de final: no queda austenita y el temple no hace nada. El 4340 tiene 0,40 % C, menos que el eutectoide, y por eso lo proeutectoide es ferrita.
- 02
Reconocer el camino
COMP1b) Se mantiene a 400 °C durante 10⁶ s y se templa. ¿Qué microestructura queda?
400 °C está muy por debajo de la región de la perlita, que en este acero se queda por encima de unos 500 °C. Aquí manda la nariz de abajo, la de la bainita.
Por poco no. La curva de final de la bainita se acerca a 400 °C casi en horizontal, y a esa temperatura se cruza hacia 7·10⁵ s, a la izquierda de 10⁶ s. Con 10³ s, el apartado c), sí quedaría martensita.
Eso es, aunque por poco. A 400 °C la bainita empieza hacia 22 s y va por la mitad hacia 350 s, y la curva de final se tumba hacia los 400 °C: a esa temperatura se cruza hacia 7·10⁵ s. 10⁶ s queda justo a la derecha, así que prácticamente todo es bainita.
- 03
Reconocer el camino
COMP1c) Se mantiene a 400 °C durante 10³ s y se templa. ¿Qué microestructura queda?
La curva de inicio a 400 °C está hacia 22 s: a los 10³ s se ha pasado de largo, y más de la mitad es bainita.
Eso es el apartado b), con 10⁶ s. A 400 °C la curva de final está hacia 7·10⁵ s: con 10³ s queda casi la mitad de austenita, y el temple la hace martensita.
Eso es. La bainita empieza hacia 22 s y va por la mitad hacia 350 s: a los 10³ s hay algo más de la mitad transformada, y la curva de final está a cientos de miles de segundos. La austenita que queda se hace martensita en el temple.
- 04
Reconocer el camino
COMP1d) Se mantiene a 300 °C durante 10 s y se templa. ¿Qué microestructura queda?
A 300 °C la curva de inicio de la bainita está hacia 40 s. 10 s queda a su izquierda: durante el tramo no se forma nada.
Estar a la temperatura de la bainita no basta: hay que esperar a que el camino cruce la curva de inicio, y a 300 °C está hacia 40 s. En 10 s no da tiempo.
Eso es. A 300 °C la bainita no empieza hasta unos 40 s, así que en 10 s no se forma nada; y 300 °C está por encima de M(start), unos 287 °C, así que tampoco martensita. Toda la austenita llega al temple.
- 05
Reconocer el camino
COMP1e) Se mantiene a 600 °C durante 10⁴ s y se templa. ¿Qué microestructura queda?
A 600 °C la perlita empieza hacia 3,7·10³ s, y 10⁴ s ya lo ha pasado. Ferrita y martensita saldrían parando antes, entre 8·10² y 3,7·10³ s.
Eso sería cruzada la curva de final, hacia 4·10⁴ s: es el apartado a). Con 10⁴ s ni siquiera se ha llegado a la mitad.
Eso es. A 600 °C la ferrita empieza hacia 8·10² s y la perlita hacia 3,7·10³ s; la curva del 50 % está hacia 1,7·10⁴ s y la de final hacia 4·10⁴ s. A los 10⁴ s hay ferrita, algo de perlita y más de la mitad de austenita, que el temple hace martensita.
- 06
Dónde empieza la martensita del 4340
COMP2Para el apartado d): ¿a qué temperatura empieza a formarse la martensita en este acero?
una temperatura, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEsa es la M(start) del acero de 1,13 % C del 5.1. Cada acero trae su propia línea, y en el 4340 está más arriba, hacia 287 °C.
Ese es el valor del resumen del tema, que es del acero eutectoide al carbono. En el 4340 la línea M(start) está hacia 287 °C: se lee en su diagrama, no en el resumen.
Esa es M(50 %), la temperatura a la que ya es martensita la mitad. La que marca el inicio es la línea de arriba, M(start).
Busca la horizontal rotulada M(start), la más alta de las tres.
Desarrollo
La línea M(start) del 4340 está hacia 287 °C, con M(50 %) hacia 242 °C y M(90 %) hacia 210 °C. El tramo de d) está a 300 °C, por encima: durante él la austenita no se hace martensita.
- 07
Cuándo termina la transformación a 600 °C
COMP2Para los apartados a) y e): a 600 °C, ¿cuánto tarda la transformación en llegar a la curva de final?
un tiempo, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEsa es la curva de inicio de la ferrita, la primera que se cruza. Ahí la transformación solo empieza.
Esa es la curva de inicio de la perlita, la segunda. La de final es la última que corta la horizontal, hacia 4·10⁴ s.
Esa es la curva discontinua del 50 %. A ese tiempo queda la mitad de austenita; el final está algo más a la derecha, hacia 4·10⁴ s.
Traza la horizontal de 600 °C y síguela hasta la última curva que corta.
Desarrollo
La horizontal de 600 °C corta la curva de la ferrita hacia , la de la perlita hacia , la del 50 % hacia y la de final hacia . Los 10⁵ s de a) quedan a la derecha del final; los 10⁴ s de e), a la izquierda del 50 %.
- 08
Justificar el argumento
COMP4Ordena por qué c) y b) no dan lo mismo aunque se hagan a la misma temperatura. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Cruzar la curva de inicio solo dice que la transformación ha empezado. La austenita que no ha tenido tiempo de transformarse cuando llega el temple se hace martensita: por eso importa dónde está la curva de final.
El razonamiento, en orden
A 400 °C la bainita empieza hacia 22 s y va por la mitad hacia 350 s.
La curva de final se tumba hacia los 400 °C, y a esa temperatura no se cruza hasta unos 7·10⁵ s.
Con 10³ s queda casi la mitad de austenita, que el temple hace martensita: bainita y martensita.
Con 10⁶ s se ha cruzado la curva de final: prácticamente todo es bainita.
Resolución completa
El 4340 se lee igual que el acero al carbono, con dos diferencias. Tiene 0,40 % C, así que lo proeutectoide es ferrita y no cementita; y sus curvas están mucho más a la derecha, con dos narices separadas: la de la ferrita y la perlita arriba, la de la bainita abajo.
| apartado | tramo | lo que se cruza | queda |
|---|---|---|---|
| a) | 600 °C, 10⁵ s | ferrita (8·10² s), perlita (3,7·10³ s) y final (4·10⁴ s) | F + P fina |
| b) | 400 °C, 10⁶ s | inicio (22 s), mitad (350 s) y final (7·10⁵ s) | B |
| c) | 400 °C, 10³ s | inicio y mitad, sin llegar al final | B + M |
| d) | 300 °C, 10 s | nada: la bainita empieza hacia 40 s | M |
| e) | 600 °C, 10⁴ s | ferrita y perlita, sin llegar al 50 % (1,7·10⁴ s) | F + P fina + M |
b) está en el filo. La curva de final de la bainita se acerca a 400 °C casi en horizontal, y a esa temperatura se cruza hacia 7·10⁵ s, muy cerca de 10⁶ s. La lectura da bainita, pero con poco margen: basta que la curva esté un par de grados más abajo para que quede algo de martensita. Si lo ves resuelto de otra forma en clase, es por eso.
d) enseña para qué sirve M(start). A 300 °C el tramo no forma nada, ni bainita, que empieza hacia 40 s, ni martensita, porque 300 °C está por encima de M(start), unos 287 °C. Toda la austenita llega al temple.
La colección no imprime resultado; esta resolución es nuestra. Los tiempos están leídos sobre el diagrama, en escala logarítmica.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Cinco tratamientos para el acero 4340
1.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
A partir del diagrama de transformación isotérmica para un acero aleado (tipo 4340), determine los tratamientos (temperatura-tiempo) para producir las siguientes microestructuras:
a) Ferrita y perlita fina.
b) Ferrita, perlita fina y martensita.
c) Bainita.
d) Ferrita y martensita.
e) Ferrita y bainita.
Un camino de temperatura y tiempo para cada una de las cinco microestructuras.
- 01
Reconocer el camino
COMP1a) ¿Qué tratamiento da ferrita y perlita fina?
Eso es. A 600 °C la ferrita empieza hacia 8·10² s, la perlita hacia 3,7·10³ s y todo termina hacia 4·10⁴ s. Con 10⁵ s no queda austenita, y el enfriamiento final no forma nada. Es el apartado a) del 5.3.
Es poco tiempo. A 10⁴ s ni se ha llegado al 50 %, y la austenita que queda se hace martensita: ferrita, perlita y martensita, que es el apartado b).
A 400 °C estás en la nariz de abajo, la de la bainita. La ferrita y la perlita salen en la de arriba, por encima de unos 550 °C.
- 02
Reconocer el camino
COMP1b) ¿Qué tratamiento da ferrita, perlita fina y martensita?
Eso es. A 600 °C el tramo cruza el inicio de la ferrita, hacia 8·10² s, y el de la perlita, hacia 3,7·10³ s, pero no el final, hacia 4·10⁴ s. El temple convierte en martensita la austenita que queda. Es el apartado e) del 5.3.
A 600 °C la perlita no empieza hasta unos 3,7·10³ s: con 2·10³ s solo ha salido ferrita, y el temple da ferrita y martensita. Es el tratamiento de d).
Con 10⁵ s se cruza la curva de final, hacia 4·10⁴ s, y ya no queda austenita. El temple no encuentra nada que convertir en martensita.
- 03
Reconocer el camino
COMP1c) ¿Qué tratamiento da bainita?
Templas antes de la curva de final. A 400 °C la bainita apenas ha pasado la mitad a los 10³ s, y el temple deja martensita: es el apartado c) del 5.3.
Eso es. A 350 °C la bainita empieza hacia 34 s y termina hacia 2·10³ s: con 10⁴ s no queda austenita, y el enfriamiento final no forma martensita.
A 450 °C la bainita llega a la mitad hacia 5·10² s, pero la curva de final no llega a esa temperatura: se queda por debajo de unos 400 °C. Ni con 10⁶ s se termina, y el temple deja martensita.
250 °C está por debajo de M(start), unos 287 °C: al llegar ya se ha hecho martensita una parte de la austenita, y la martensita no se deshace esperando.
- 04
Reconocer el camino
COMP1d) ¿Qué tratamiento da ferrita y martensita?
Te pasas de tiempo. A 650 °C la perlita empieza hacia 3,5·10³ s: con 10⁴ s ya hay perlita, y sale ferrita, perlita y martensita.
Eso es. A 650 °C la ferrita empieza hacia 2·10² s y la perlita no empieza hasta unos 3,5·10³ s. Con 10³ s ha salido ferrita y nada de perlita, y el temple hace martensita con el resto.
Te quedas corto. A 650 °C la ferrita no empieza hasta unos 2·10² s: con 100 s no ha salido nada, y el temple lo hace todo martensita.
- 05
Reconocer el camino
COMP1e) ¿Qué tratamiento da ferrita y bainita?
Templas antes de la curva de final. A 350 °C la bainita termina hacia 2·10³ s: con 100 s queda austenita, y sale ferrita, bainita y martensita.
Eso es. El primer tramo es el de d): solo ferrita. A 350 °C la austenita que queda da bainita, que termina hacia 2·10³ s: con 10⁴ s no queda nada para la martensita.
El orden importa. La ferrita tiene que salir de la austenita, y a 350 °C toda la austenita se ha hecho bainita. Al subir a 650 °C ya no hay austenita que dé ferrita.
- 06
El tiempo que cabe a 650 °C
COMP2Para el apartado d): a 650 °C, ¿cuánto tiempo se puede mantener como máximo antes de que empiece la perlita?
un tiempo, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEsa es la curva de inicio de la ferrita: el tiempo mínimo, el que hace falta para que salga algo de ferrita. El máximo es la curva siguiente, la de la perlita, hacia 3,5·10³ s.
Esa es la curva de final, la última que corta la horizontal. Para entonces ya hay perlita: la que manda en d) es la de inicio de la perlita, hacia 3,5·10³ s.
Traza la horizontal de 650 °C. Corta primero la curva de la ferrita y después la de la perlita: el tramo tiene que acabar entre las dos.
Desarrollo
A 650 °C la ferrita empieza hacia , la perlita hacia y la transformación termina hacia . Para ferrita y martensita, el temple tiene que llegar entre la primera y la segunda: 10³ s va bien.
- 07
Justificar el argumento
COMP4Ordena el tratamiento del apartado e). Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
La ferrita y la bainita salen las dos de la austenita. Si se hace primero el tramo de 350 °C, toda la austenita se hace bainita, y al subir a 650 °C no queda austenita para la ferrita.
El razonamiento, en orden
A 650 °C la ferrita empieza hacia 2·10² s y la perlita hacia 3,5·10³ s: con 10³ s sale solo ferrita.
Se baja rápidamente a 350 °C, y la austenita que queda empieza a dar bainita.
A 350 °C la bainita termina hacia 2·10³ s: con 10⁴ s no queda austenita, y el enfriamiento final no forma martensita.
Resolución completa
Se elige la nariz y después el tiempo. La de arriba da ferrita y perlita, la de abajo bainita; y el temple convierte en martensita lo que quede de austenita.
| microestructura | tratamiento | por qué |
|---|---|---|
| a) F y P fina | 600 °C, 10⁵ s, y enfriar | se cruza el final, hacia 4·10⁴ s |
| b) F, P fina y M | 600 °C, 10⁴ s, y templar | entre el inicio de la perlita (3,7·10³ s) y el final |
| c) B | 350 °C, 10⁴ s, y enfriar | a 350 °C la bainita termina hacia 2·10³ s |
| d) F y M | 650 °C, 10³ s, y templar | entre la ferrita (2·10² s) y la perlita (3,5·10³ s) |
| e) F y B | 650 °C 10³ s, 350 °C 10⁴ s, y enfriar | ferrita arriba; el resto, bainita abajo |
La bainita entera pide bajar. La curva de final de la bainita se tumba hacia 400 °C: a 400 °C tarda unos 7·10⁵ s y a 450 °C no llega nunca. Por eso c) y e) se hacen a 350 °C, donde termina en un par de miles de segundos.
a) y b) son el 5.3 al revés: a) es su apartado a) y b) su apartado e). Y d) y e) comparten el primer tramo, porque en los dos hace falta ferrita sin perlita.
Hay más de un tratamiento válido para cada apartado: vale cualquier temperatura y tiempo que crucen las mismas curvas. Los de la tabla son unos de tantos. La colección no imprime resultado; esta resolución es nuestra.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Cinco curvas de enfriamiento sobre el acero de 1,13 % C
1.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Dado el diagrama de enfriamiento continuo para un acero con 1,13 % C, indique la microestructura que se obtendría con cada una de las curvas de enfriamiento dibujadas.
a) Perlita fina y cementita proeutectoide
b) Martensita
c) Martensita y cementita proeutectoide
d) Perlita gruesa y cementita proeutectoide
e) Martensita, cementita proeutectoide y perlita fina
Qué curva da cada una de las cinco microestructuras. En la figura del tema las curvas van numeradas del 1, la más rápida, al 5, la más lenta; el original no las numera.
- 01
Reconocer el camino
COMP1Una curva de enfriamiento entra en la región de la perlita y sale por abajo sin cruzar la curva de final. ¿Qué le pasa a la austenita que queda?
Eso es. En un acero al carbono enfriado de forma continua no se forma bainita: la austenita que no ha dado perlita espera sin transformarse hasta la línea M.
Empezar no es terminar. Si la curva sale de la región de la perlita antes de cruzar la de final, la austenita que queda ya no está a temperatura de dar perlita y espera a la línea M.
En enfriamiento continuo un acero al carbono no da bainita: el diagrama no tiene región de bainita. La bainita en continuo es cosa de los aceros aleados, como el 4340 del 5.6.
- 02
Qué curva da el apartado a)
COMP2¿Qué curva da a) perlita fina y cementita proeutectoide?
un número entero del 1 al 5 — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…La curva 5 también da perlita y cementita, pero forma la perlita arriba, entre unos 690 y 660 °C, y ahí sale gruesa: es la del apartado d).
La curva 3 entra en la región de la perlita pero sale sin cruzar la curva de final: queda austenita, que da martensita. Es la del apartado e).
Busca la curva que cruza la curva de final de la perlita, y mira a qué temperatura lo hace.
Desarrollo
La curva 4 cruza la de la cementita, entra en la región de la perlita hacia 625 °C y cruza la curva de final hacia 550 °C: no queda austenita. A esas temperaturas la perlita sale fina.
- 03
Qué curva da el apartado b)
COMP2¿Qué curva da b) martensita?
un número entero del 1 al 5 — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…La curva 2 toca la curva de la cementita proeutectoide antes de llegar abajo: da cementita además de martensita. Es la del apartado c).
Busca la curva que llega a la línea M sin tocar ninguna curva de transformación.
Desarrollo
La curva 1 es la más rápida y pasa a la izquierda de todas las curvas de transformación: la austenita llega entera a la línea M y toda se hace martensita.
- 04
Qué curva da el apartado c)
COMP2¿Qué curva da c) martensita y cementita proeutectoide?
un número entero del 1 al 5 — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…La curva 1 no toca ninguna curva de transformación: no da nada de cementita, solo martensita.
La curva 3 cruza la curva de la cementita, pero además entra en la región de la perlita: da también perlita fina.
Busca la curva que cruza la de la cementita proeutectoide y no llega a la de inicio de la perlita.
Desarrollo
La curva 2 corta la curva de inicio de la cementita cerca de la nariz y pasa rozando la de la perlita sin entrar. Sale algo de cementita, y la austenita que queda llega a la línea M.
- 05
Qué curva da el apartado d)
COMP2¿Qué curva da d) perlita gruesa y cementita proeutectoide?
un número entero del 1 al 5 — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…La curva 4 también lo transforma todo, pero cruza la región de la perlita más abajo, entre unos 625 y 550 °C, y ahí la perlita sale fina: es la del apartado a).
La perlita gruesa se forma cerca del eutectoide. Busca la curva que cruza la región de la perlita más arriba.
Desarrollo
La curva 5, la más lenta, cruza la curva de la cementita hacia 740 °C, entra en la región de la perlita hacia 690 °C y cruza la de final hacia 660 °C. A esas temperaturas la perlita sale gruesa.
- 06
Qué curva da el apartado e)
COMP2¿Qué curva da e) martensita, cementita proeutectoide y perlita fina?
un número entero del 1 al 5 — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…La curva 2 cruza la de la cementita pero no entra en la región de la perlita: da cementita y martensita, sin perlita.
La curva 4 cruza la curva de final de la perlita: no queda austenita para la martensita.
Busca la curva que entra en la región de la perlita y sale por abajo sin cruzar la curva de final.
Desarrollo
La curva 3 cruza la curva de la cementita y la de inicio de la perlita, atraviesa la región de la perlita y sale por abajo sin llegar a la curva de final. Queda austenita, que se hace martensita en la línea M.
- 07
Justificar el argumento
COMP4Ordena la lectura de las cinco curvas. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Fina o gruesa lo decide la temperatura a la que se forma la perlita, no lo que tarde. La curva más lenta cruza la región de la perlita más arriba, cerca del eutectoide, donde la difusión es rápida y las láminas salen gruesas.
El razonamiento, en orden
La curva 1 no toca ninguna curva de transformación: toda la austenita llega a la línea M y da martensita.
La curva 2 cruza solo la de la cementita proeutectoide: cementita y martensita.
La curva 3 entra además en la región de la perlita sin llegar al final: cementita, perlita fina y martensita.
La 4 cruza la curva de final hacia 550 °C y la 5 hacia 660 °C: las dos dan perlita y cementita, fina la 4 y gruesa la 5.
Resolución completa
Cómo se lee una curva de enfriamiento. Donde corta a una curva de inicio empieza esa transformación, y donde corta a la de final termina. Si llega a la línea M con austenita, esa austenita se hace martensita. En un acero al carbono no hay bainita en continuo.
Con las curvas numeradas de la más rápida a la más lenta:
| curva | qué cruza | microestructura | apartado |
|---|---|---|---|
| 1 | nada | martensita | b) |
| 2 | la de la cementita, y roza la de la perlita sin entrar | martensita y cementita | c) |
| 3 | cementita e inicio de la perlita, sin llegar al final | martensita, cementita y perlita fina | e) |
| 4 | todas; la perlita se forma entre unos 625 y 550 °C | perlita fina y cementita | a) |
| 5 | todas; la perlita se forma entre unos 690 y 660 °C | perlita gruesa y cementita | d) |
Coincide con el listado, que da el orden de mayor a menor velocidad, de izquierda a derecha: b), c), e), a), d).
La cementita sale en cuatro de las cinco. La curva de la cementita proeutectoide es la primera que se encuentra cualquier curva que no sea la más rápida, porque en un acero hipereutectoide está por encima y a la izquierda de la de la perlita. Solo la curva 1 pasa por delante de todas.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
La velocidad crítica del 4340 y cuatro tratamientos
1.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Teniendo en cuenta el diagrama TTT de enfriamiento continuo de un acero 4340:
a) ¿Cuál es la velocidad crítica de enfriamiento de este acero?
b) Explique el procedimiento necesario en cada caso para transformar la microestructura perlítica de dicho acero en: ferrita-perlita, martensita-bainita, esferoidita y martensita-bainita-ferrita.
c) Indique cuál de las cuatro microestructuras resultantes tendrá la mayor dureza y cuál de ellas la menor.
La velocidad crítica, el procedimiento para cada una de las cuatro microestructuras, y cuál de ellas es la más dura y cuál la más blanda.
- 01
Reconocer el camino
COMP1a) ¿Qué curva de enfriamiento marca la velocidad crítica?
Esa es la otra frontera: por debajo de ella ya no hay martensita ninguna. La crítica es la que da martensita entera.
Esa da bainita antes de llegar a la línea M: martensita y bainita. La crítica es la última que no la corta.
Eso es. La velocidad crítica es la mínima que da martensita entera: más despacio, la curva corta alguna nariz y sale otra cosa; más deprisa, también sale martensita, pero no hace falta.
- 02
La velocidad crítica
COMP2¿Cuál es la velocidad crítica de enfriamiento del 4340?
en °C/s, solo el número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Con 0,3 °C/s la curva corta la nariz bainítica y sale bainita antes de la línea M: martensita y bainita. La crítica es la que pasa justo por delante de la nariz.
Esa es la velocidad crítica del acero eutectoide al carbono, la del resumen del tema. Los elementos de aleación del 4340 retrasan las curvas, y la crítica baja a unos 8 °C/s: se puede templar mucho más despacio.
Busca la curva de enfriamiento que toca la punta de la nariz bainítica sin entrar en ella.
Desarrollo
La curva de inicio de la bainita tiene la punta hacia 40 s y unos 420 °C, y por ahí pasa justo la curva rotulada 8,3 °C/s. Las más lentas la cortan; las más rápidas no llegan a tocarla. La velocidad crítica es 8,3 °C/s.
- 03
Reconocer el camino
COMP1b) ¿Cómo se pasa de la estructura perlítica a ferrita-perlita?
Una pieza perlítica a temperatura ambiente no tiene austenita que transformar. Todo cambio de microestructura por enfriamiento empieza calentando hasta tener austenita: de ahí parte el diagrama de enfriamiento continuo.
Esa curva pasa por delante de la ferrita y corta la nariz bainítica: da martensita y bainita, sin ferrita ni perlita.
Eso es el tratamiento de la esferoidita: la cementita se junta en bolitas y la estructura deja de ser laminar. Para ferrita y perlita en láminas hay que pasar por la austenita y enfriar despacio.
Eso es. La curva de 0,006 °C/s cruza primero la región de la ferrita y después la de la perlita, y no llega a la línea M con austenita. Es un recocido: enfriar dentro del horno.
- 04
Reconocer el camino
COMP1b) ¿Cómo se pasa de la estructura perlítica a martensita-bainita?
Esa es la velocidad crítica: la curva no corta la nariz bainítica y todo se hace martensita, sin bainita.
La perlita no se convierte en martensita por enfriarla deprisa: la martensita sale de la austenita. Primero hay que calentar hasta austenizar.
Esa es tan lenta que cruza antes la región de la ferrita: da martensita, bainita y ferrita. Es la última de las cuatro.
Eso es. La curva de 0,3 °C/s pasa rozando la región de la ferrita sin entrar, corta la nariz bainítica y llega a la línea M con austenita: bainita y martensita.
- 05
Reconocer el camino
COMP1b) ¿Cómo se pasa de la estructura perlítica a esferoidita?
Por encima del eutectoide la perlita se disuelve en austenita, y lo que salga después dependerá de cómo se enfríe. El globulizado se hace por debajo, para que la cementita cambie de forma sin disolverse.
Eso da ferrita y perlita en láminas. La esferoidita no sale de ninguna curva de enfriamiento: su cinética no está en el diagrama.
Eso es. La esferoidita sale de la perlita ya formada: la cementita pasa de láminas a bolitas para reducir su superficie de contacto con la ferrita. No cambian las fases ni sus cantidades, solo su forma.
- 06
Reconocer el camino
COMP1b) ¿Cómo se pasa de la estructura perlítica a martensita-bainita-ferrita?
Esa pasa rozando la región de la ferrita sin entrar: da martensita y bainita, sin ferrita.
Esa es tan lenta que cruza también la región de la perlita: da ferrita y perlita.
Eso es. La curva de 0,02 °C/s cruza primero la región de la ferrita, después la nariz bainítica, y llega a la línea M con austenita todavía: ferrita, bainita y martensita.
- 07
Reconocer el camino
COMP1c) De las cuatro microestructuras de b), ¿cuál es la más dura y cuál la más blanda?
La ferrita es blanda: cambiar parte de la martensita y la bainita por ferrita baja la dureza. Más fases no es más dureza.
La perlita en láminas frena a las dislocaciones más que las bolitas de la esferoidita, que tiene menos intercaras. La más blanda de las cuatro es la esferoidita.
Eso es. La martensita es la más dura, y martensita-bainita es la que más tiene sin nada de ferrita. Los aceros esferoidíticos son los más blandos y tenaces: las bolitas de cementita frenan poco a las dislocaciones.
- 08
Justificar el argumento
COMP4Ordena el razonamiento. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Enfriar una pieza que ya es perlita no la cambia: la perlita es estable a temperatura ambiente. La martensita sale de la austenita, así que primero hay que calentar hasta austenizar, y solo entonces enfriar deprisa.
El razonamiento, en orden
Todas menos la esferoidita empiezan austenizando: sin austenita, el enfriamiento no tiene nada que transformar.
La velocidad crítica, 8,3 °C/s, es la curva que roza la nariz bainítica sin cortarla.
A 0,3 °C/s se corta la bainita y no la ferrita; a 0,02 °C/s, las dos; a 0,006 °C/s, la ferrita y la perlita.
La esferoidita sale de calentar la perlita hacia 700 °C durante un día, sin pasar por la austenita.
Resolución completa
a) La velocidad crítica es 8,3 °C/s. Es la curva que pasa rozando la punta de la nariz bainítica, hacia 40 s y unos 420 °C. Las más lentas cortan alguna nariz; esta es la más lenta que no corta ninguna.
b) Todo empieza austenizando, menos la esferoidita. La pieza es perlítica y la perlita no se transforma por enfriarla: hay que calentarla hasta tener austenita y mantenerla hasta que sea homogénea. Después, la velocidad de enfriamiento decide:
| microestructura | procedimiento | qué cruza la curva |
|---|---|---|
| ferrita-perlita | austenizar y enfriar a 0,006 °C/s | la ferrita y la perlita |
| martensita-bainita | austenizar y enfriar a 0,3 °C/s | la bainita, y la línea M |
| martensita-bainita-ferrita | austenizar y enfriar a 0,02 °C/s | la ferrita, la bainita y la línea M |
| esferoidita | sin austenizar, unos 700 °C durante un día | ninguna: no está en el diagrama |
Las velocidades son las de las curvas dibujadas. Vale cualquier otra que cruce las mismas regiones.
c) La más dura es martensita-bainita, y la más blanda, esferoidita. La martensita es la microestructura más dura, y esa es la mezcla que más tiene sin nada de ferrita. La esferoidita es la más blanda y tenaz, más que la perlita, porque sus bolitas de cementita dejan menos intercaras que frenen a las dislocaciones.
La colección no imprime resultado; esta resolución es nuestra.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Un acero de carbono desconocido, y un temple desde 780 °C
1.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Una pieza de acero ha llegado a una fábrica. La aleación consiste exclusivamente en hierro y carbono, pero se desconoce el porcentaje exacto de carbono. Una muestra de dicho acero se mantiene un tiempo suficiente a 1000 ºC y luego se enfría muy lentamente en condiciones de equilibrio. Al analizar la muestra con un microscopio, se observa que consta de 38 % en masa de perlita y 62 % en masa de ferrita proeutectoide. (Tema 4, Figura 6)
a) Calcule el porcentaje de carbono del acero y dibuja su microestructura.
b) ¿Cuál es el porcentaje de cementita en la muestra?
c) Con el objetivo de aumentar la dureza de la muestra, ésta se mantiene durante largo tiempo (condiciones de equilibrio) a una temperatura de 780 oC. Después, se enfría a una velocidad superior a la velocidad crítica de enfriamiento. ¿Cuál será la microestructura resultante? Indique la composición final de las fases de la muestra de acero.
El carbono del acero y su microestructura, el porcentaje de cementita, y la microestructura y la composición de las fases tras enfriar desde 780 °C por encima de la velocidad crítica.
- 01
Reconocer el camino
COMP1a) Del 38 % de perlita hay que sacar el carbono. ¿Qué palanca se usa?
A 1000 °C el acero es todo austenita: ahí no hay nada que repartir. La perlita y la ferrita proeutectoide se cuentan justo por debajo de 727 °C.
Eso es. La perlita es lo que sale de la austenita eutectoide, de 0,76 % C, y la ferrita proeutectoide tiene 0,022 %. Justo por debajo de 727 °C el acero se reparte entre esos dos extremos.
Esa reparte ferrita y cementita, que son fases. La perlita es un microconstituyente —ferrita y cementita en láminas— y su palanca termina en el eutectoide, 0,76.
- 02
El carbono del acero
COMP2¿Qué porcentaje de carbono tiene el acero?
el porcentaje en masa de C, sin el símbolo — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has hecho , como si la ferrita fuera hierro puro. La ferrita proeutectoide tiene 0,022 % C, y la palanca empieza ahí: .
Has cambiado los brazos: con tu cuenta la perlita sería el 62 %. La perlita crece hacia el lado del eutectoide, así que su fracción es el brazo que va de 0,022 al acero.
Has usado la palanca de las fases, hasta 6,70. Eso daría un hierro fundido, no un acero. La perlita es un microconstituyente, y su palanca termina en 0,76.
, y se despeja .
Desarrollo
- 03
Reconocer el camino
COMP1a) ¿Cómo se dibuja la microestructura de este acero?
Esa es la de un acero hipereutectoide, con más de 0,76 % C. Con 0,30 % C lo proeutectoide es ferrita, no cementita.
Eso es. La ferrita es el 62 %: es la matriz, en granos claros. La perlita, el 38 %, ocupa las zonas oscuras entre ellos, en láminas alternas de ferrita y cementita.
Esa es la de un acero cerca del eutectoide, con poca ferrita proeutectoide. Aquí la ferrita es la mayoría, y la perlita ocupa las islas.
- 04
La cementita de la muestra
COMP2b) ¿Qué porcentaje en masa de la muestra es cementita?
el porcentaje en masa, sin el símbolo — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has hecho , como si la ferrita no tuviera carbono. La palanca de las fases empieza en la ferrita, 0,022, no en 0.
Esa es la cementita que hay dentro de la perlita, el 11 % de cada colonia. La perlita es solo el 38 % de la muestra: hay que multiplicar, y sale 0,38 · 11,1 = 4,2 %.
La palanca de las fases, de la ferrita a la cementita: .
Desarrollo
Un 4,2 %. Sale lo mismo por el otro camino: toda la cementita está en la perlita, que tiene un 11,1 % de cementita, y .
- 05
Reconocer el camino
COMP1c) Se mantiene mucho tiempo a 780 °C. ¿Qué hay en el acero a esa temperatura?
Esas dos fases conviven por debajo de 727 °C. A 780 °C la perlita ya se ha disuelto en austenita.
Eso es. A 780 °C el acero está por encima de 727 °C, así que la perlita ya se ha disuelto en austenita, y por debajo de la línea A3, así que queda ferrita. Región α + γ.
Por encima de 727 °C la perlita se hace austenita, pero la ferrita proeutectoide no se disuelve entera hasta la línea A3, que a 0,30 % C está hacia 820 °C. A 780 °C todavía queda ferrita.
- 06
El carbono de la austenita a 780 °C
COMP2c) ¿Qué porcentaje de carbono tiene la austenita a 780 °C?
el porcentaje en masa de C, sin el símbolo — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Esa es la composición del acero entero. En la región α + γ las dos fases se reparten el carbono de forma desigual: la ferrita se queda casi sin nada y la austenita con más que el acero.
Esa es la austenita a 727 °C, la del eutectoide. A 780 °C la isoterma corta la línea A3 más a la izquierda, hacia 0,46 %.
Ese es el corte con la otra línea, la de la cementita, que queda a la derecha del eutectoide. La austenita de un acero de 0,30 % C está en el borde de la región α + γ, a la izquierda.
Traza la isoterma de 780 °C sobre la figura 6 del tema 4 y lee dónde corta la línea A3, el borde derecho de la región α + γ.
Desarrollo
A 780 °C la isoterma corta el borde de la ferrita hacia 0,02 % C y la línea A3 hacia 0,46 % C:
- 07
Cuánta martensita sale
COMP2c) Tras enfriar por encima de la velocidad crítica, ¿qué porcentaje en masa de la muestra es martensita?
el porcentaje en masa, sin el símbolo — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Ese es el porcentaje de perlita, que es la austenita que había justo por encima de 727 °C. A 780 °C se ha disuelto además parte de la ferrita, y la austenita ha crecido hasta el 64 %.
Solo sería todo martensita templando desde la austenita entera, y a 780 °C todavía queda ferrita. La ferrita no se hace martensita: se queda como está.
Toda la austenita de 780 °C se hace martensita. Su fracción sale de la palanca en la isoterma de 780 °C, entre 0,02 y 0,46.
Desarrollo
Un 64 % de austenita, que al templar se hace un 64 % de martensita. El otro 36 % es ferrita.
- 08
Justificar el argumento
COMP4Ordena la respuesta del apartado c). Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Sin difusión quiere decir que la martensita conserva el carbono de la austenita de la que sale, no el del acero entero. A 780 °C la austenita ya tiene 0,46 % C, porque la ferrita se ha quedado con casi nada.
El razonamiento, en orden
A 780 °C el acero de 0,30 % C está en la región α + γ: ferrita con 0,02 % C y austenita con 0,46 % C.
La palanca en esa isoterma da un 64 % de austenita y un 36 % de ferrita.
Al enfriar por encima de la velocidad crítica, la austenita se hace martensita sin cambiar de composición.
Queda un 64 % de martensita con 0,46 % C y un 36 % de ferrita con 0,02 % C.
Resolución completa
a) El carbono, con la palanca de los microconstituyentes. Justo por debajo de 727 °C el acero se reparte entre la ferrita proeutectoide, de 0,022 % C, y la perlita, que sale de austenita de 0,76 %:
Es un acero hipoeutectoide. Al microscopio: granos claros de ferrita proeutectoide, el 62 %, y entre ellos colonias oscuras de perlita laminar, el 38 %.
b) La cementita, con la palanca de las fases, que va de la ferrita a la cementita:
Un 4,2 %, y toda está dentro de la perlita.
c) A 780 °C el acero está en la región α + γ, entre 727 °C y la línea A3, que a 0,30 % C pasa hacia 820 °C. La isoterma de 780 °C, leída sobre la figura 6 del tema 4, da ferrita con unos 0,02 % C y austenita con unos 0,46 % C:
Al enfriar por encima de la velocidad crítica, la austenita se hace martensita con su propio carbono, y la ferrita no cambia:
| fase | cantidad | carbono |
|---|---|---|
| martensita | 64 % | 0,46 % C |
| ferrita | 36 % | 0,02 % C |
Comprobación: , el carbono del acero.
Por qué no sale todo martensita. Templando desde 780 °C se queda un tercio de ferrita blanda. Para martensita entera habría que austenizar por encima de la línea A3, hacia 820 °C o más, y templar desde ahí.
La colección no imprime resultado; esta resolución es nuestra. Las composiciones a 780 °C están leídas sobre la figura.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.