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TIEMPO EJERCICIO: 60 minutos EJERCICIO
Una aleación férrea de composición %C 2,5
%Si 1,20
%Mn 0,5
%P 0,05
%S 0,04
proporciona, a temperatura ambiente, una estructura en bruto de colada formada por dos microconstituyentes bifásicos, para espesores menores de 30 mm y moldes de arena. Se pide: 1.-Porcentajes en peso de los microconstituyentes matriz y disperso, suponiendo los porcentajes en peso de carbono de los puntos eutéctico y eutectoide de 4,3 y 0,8%, respectivamente. 2.-Propiedades mecánicas aproximadas (Rm, HB, A) en estado de bruto de colada. 3.-Tratamiento térmico necesario para obtener, a temperatura ambiente, una estructura formada por dos microconstituyentes monofásicos. 4.-Porcentaje en peso de los microconstituyentes monofásicos. 5.-Propiedades mecánicas aproximadas (Rm, HB, A) en el estado del punto 3. 6.-Forma aproximada de la curva de tracción de la aleación en el estado del punto 3. 7.-Tratamiento térmico que permitiría convertir los dos microconstituyentes monofásicos en uno bifásico y otro monofásico. 8.-Propiedades mecánicas aproximadas (Rm, HB, A) de la aleación en el estado del punto 7. 9.-Tanto por ciento de carbono del acero no aleado formado, a temperatura ambiente, por dos microconstituyentes monofásicos para los que la relación entre los porcentajes en peso del microconstituyente mayoritario al minoritario es la sexta parte de la existente entre los microconstituyentes del punto 4. 10.-Tratamiento térmico para obtener la microestructura del punto 9 partiendo del estado de equilibrio del acero. 11.-Propiedades mecánicas aproximadas (Rm, HB, A) del acero en el estado del punto 9. 12.-¿Sería aconsejable el tratamiento de martempering para este acero? Justificación. La puntuación del cuestionario teórico es del 40% de la nota total, así como la del ejercicio, mientras que la del cuestionario de prácticas es del 20%. Todas las preguntas del cuestionario tienen igual valor, así como las preguntas del ejercicio. La publicación de las calificaciones se hará el día 27 de febrero febrero en la hoja de internet “siderurgia.etsii.upm.es” y en el tablón de anuncios de Siderurgia en la planta sótano. La revisión de las calificaciones será el día 5 de marzo, en la Cátedra de Siderurgia (primera planta). planta). Para acudir a revisión es necesario solicitarlo en internet previamente en la dirección indicada. El examen de prácticas para los alumnos que no hayan acudido a alguna sesión será el 19 de febrero a las 10:30 en el Aula de Metalotecnia (planta sótano). Materiales I. Febrero 2002
siderurgia.etsii.upm.es SOLUCIÓN 1.- Por la composición química y microestructura descrita en el enunciado, sólo puede tratarse de una fundición blanca hipoeutéctica. El microconstituyente matriz es la pseudoledeburita o ledeburita transformada y el disperso la perlita, siendo sus porcentajes:
P
Fe3C
4,3
6,67
2,5
0,8 %P = %LD t
LDt
4,3 − 2,5
⋅
4,3 − 0,8
=
2,5 − 0,8 4,3 − 0,8
100 ⋅
=
1,8
⋅
3,5
100
=
1,7 3,5
100 = 51,43% ⋅
100
=
48,57%
2.- Las propiedades mecánicas serían: Rm=100-170 Mpa; 300-500 HB; A=0% 3.- Un recocido de grafitización con enfriamiento muy lento en la zona de temperaturas correspondiente a la reaccion eutectoide, transformaría la fundición blanca en fundición maleable negra o americana de matriz ferrrítica. Los dos microconstituyentes monofásicos serían la ferrita y el grafito en nódulos. El tratamiento sería: •
•
Calentamiento hasta 870ºC-950ºC y permanencia variable en función del espesor y la composición química entre 8-60 horas Enfriamiento rápido hasta 760ºC y enfriamiento lento en horno hasta 710ºC a velocidad de 5-10ºC/h. Posteriormente se sacan al aire.
Otro tratamiento alternativo, utilizando dos hornos, es el siguiente: • •
Mantenimiento variable a 870-950ºC Paso a un horno a 720ºC en el que se mantiene de 8 a 15 horas. Enfriamento al aire.
4.- Al ser los microconstituyentes ferrita y grafito, sus porcentajes serán: %F=97,5; %Cg=2,5. Todo el carbono de la fundición blanca aparece como carbono libre. 5.- La fundición maleable negra ferrítica tiene, aproximadamente, las siguientes características mecánicas: Rm=260-380 Mpa; 110-160 HB; A=10-20%. 6.- Al presentar las fundiciones maleables límite elástico la curva de tracción será del tipo: σ
Rm
At
ε
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siderurgia.etsii.upm.es 7.- Un normalizado de la maleable ferrítica convertiría la matriz en perlítica y, por tanto, la fundición estaría formada por un microconstituyente bifásico (perlita) y uno monofásico (grafito en nódulos). El tratamiento consistiría en un calentamiento hasta 800ºC, con permanencia en función del espesor, y enfriamiento posterior al aire.
8.- La maleable perlítica tendría: Rm=420-700 Mpa; 180-240 HB; A= 2- 10%. 9.-Un acero al carbono sólo puede tener como microconstituyentes monofásicos la ferrita y la cementita, luego será un acero globulizado. Microconstituyentes del punto 4: %F=97,5 ; %Cg=2,5%; Para el acero será: %F
=
%Fe3C
39
100 − Fe3C
6
%Fe3C
F + Fe3C = 100
=
39 6
%F
=
%Cg
97,5
=
2,5
39
; 600-6 Fe3C = 39 Fe3C
45 Fe3C = 600 ; Fe3C = 13,33% F = 100-13,33 = 86,67%
El porcentaje en carbono sería: F
0
Fe3C %C
%Fe3C = 13,33 O bien directamente: %C = 13,33
6,67
%C 6,67
6,67 100
=
100 ; %C=0,89
0,89 %
10.- Al ser un acero hipereutectoide no aleado el recocido de globulización será subcrítico: calentamiento a 710ºC durante 5-10 horas, con enfriamiento de 10ºC/h hasta los 600ºC y posterior enfriamiento al aire. 11.- El acero con 0,89%C globulizado tendrá: Rm=650-750 Mpa; 180-190 HB; A= 15-20%. 12.- Al ser acero no aleado la curva T.T.T. estará próxima al eje de temperaturas y, por tanto, una velocidad crítica de temple elevada, no siendo posible realizar el tratamiento de martempering por no disponer de tiempo suficiente para la homogeneización térmica a temperatura ligeramente superior a Ms.
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