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muy buena y amable y se encuentra todo lo posible que buscas disfrutalo, Tesis de Sistemas de Gestión de Bases de Datos

muy buena y amable y se encuentra todo lo posible que buscas disfrutalo

Tipo: Tesis

2023/2024

Subido el 24/05/2025

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DIAGRAMA DE FASE: Fe-C
Unidad 1: Investigación Formativa I
Equipo N°4
Anthony M. Escobar, Edwin E. Orbegoso (Coordinador), Celena A. Mora, Frank A. Bernal,
Jorge D. Salas, Jose E. Núñez, Yarissa G. Quiliche
Escuela de Ingeniería Química, Universidad Nacional de Trujillo
2848: Materiales de Ingeniería
Ing. Patricia Carranza
Mayo 1, 2025
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DIAGRAMA DE FASE: Fe-C Unidad 1: Investigación Formativa I Equipo N° Anthony M. Escobar, Edwin E. Orbegoso (Coordinador), Celena A. Mora, Frank A. Bernal, Jorge D. Salas, Jose E. Núñez, Yarissa G. Quiliche Escuela de Ingeniería Química, Universidad Nacional de Trujillo 2848: Materiales de Ingeniería Ing. Patricia Carranza Mayo 1, 2025

Competencias ● Comprender e interpretar el diagrama de fases hierro-carbono (Fe-C), identificando sus principales fases, transformaciones y aplicaciones en el campo de la ingeniería de materiales. ● Identificar las principales fases presentes en el diagrama Fe-C y las reacciones que ocurren en diferentes rangos de temperatura y composición. ● Reconocer las aplicaciones prácticas de las aleaciones hierro-carbono según su composición y estructura. ● Relacionar los cambios de fase con la estructura cristalina correspondiente de cada componente, de manera general. Introducción El estudio del diagrama de fases hierro-carbono (Fe-C) es fundamental en la ingeniería de materiales, ya que proporciona información clave sobre las transformaciones estructurales que experimentan los aceros y las fundiciones a distintas composiciones y temperaturas. Comprender este diagrama permite predecir el comportamiento de las aleaciones ferrosas durante procesos térmicos y mecánicos, como el enfriamiento, la solidificación y el tratamiento térmico. A lo largo de estas transformaciones, las fases involucradas, como la ferrita, la austenita y la cementita, presentan estructuras cristalinas específicas que influyen directamente en las propiedades del material. A través de este informe se analizarán los conceptos necesarios para interpretar el diagrama Fe-C, sus fases principales, los cambios estructurales que ocurren con la temperatura y su relevancia en el diseño y selección de materiales metálicos para diversas aplicaciones industriales. Este conocimiento es esencial para ingenieros que buscan optimizar propiedades como la dureza, la tenacidad y la resistencia mecánica en función del uso específico de una aleación.

1. Ferrita (α-Fe) La ferrita es una fase sólida del hierro con estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC), estable por debajo de 910 °C y con una distancia interatómica de 2.86 Å. Tiene una solubilidad máxima de carbono de 0.025% en peso a 723 °C (Turno, 2018). Por lo que se considera casi hierro puro. Es la fase más blanda y dúctil de los aceros, presentándose con granos monofásicos de límites irregulares y mezclados frecuentemente con perlita (0.55– 0.85%) Figura 1 Ferrita al nivel microscópico Figura 2 Ferrita en su estructura cúbica centrada en las caras ( ( BCC 2. Austenita (γ-Fe) La austenita es una fase del hierro caracterizada por su estructura cúbica centrada en las caras (FCC) y su naturaleza no magnética. Es una solución sólida intersticial de carbono en hierro gamma (Fe-γ), con una solubilidad máxima de 2.11% de carbono en peso a 1148 °C. La austenita es estable en el rango de temperaturas de 911 °C a 1400 °C en el hierro puro. Tiene alta ductilidad y tenacidad, siendo una fase crítica en los procesos de conformado en caliente y tratamientos térmicos como el templado (Turno, 2018). Durante el enfriamiento, puede transformarse en perlita o en martensita dependiendo de la velocidad de enfriamiento. Además, la austenita es la base para la fabricación de aceros inoxidables austeníticos, donde se estabiliza mediante la adición de elementos como el níquel. Figura 3

Austenita al nivel microscópico Figura 4 Austenita en su estructura cúbica centrada en las caras (FCC)

3. Cementita (Fe₃C) El cementita (Fe₃C) es un compuesto intermetálico estable del sistema hierro-carbono, que contiene 6,67% de carbono en masa. Su estructura cristalina es ortorrómbica, más compleja que las estructuras cúbicas comunes como la BCC (ferrita) o la FCC (austenita), lo que le confiere una gran dureza y resistencia al desgaste, pero también una notable fragilidad, ya que no presenta planos de deslizamiento efectivos para la deformación plástica. Es una fase ferromagnética hasta una temperatura de 215 °C (Laboratorio de Forja, s.f.). Sus planos están en las direcciones {001}<110>, pero debido a su estructura rígida, estos planos no facilitan la deformación plástica, lo que contribuye a su alta dureza pero baja tenacidad. Figura 5 Cementita en forma de red clara en los bordes de los granos Nota. La imagen representa a la cementita viéndola de la perspectiva de un microscopio 4. Perlita La perlita es una microestructura del acero formada por ferrita (BCC) y cementita (ortorrómbica) en una disposición laminar, generada a partir de la transformación eutectoide de la austenita en aceros con 0,8% de carbono. Se forma cuando el acero se enfría lentamente a 727°C. La perlita tiene una combinación de dureza y tenacidad, siendo más dura que la ferrita pero menos que la cementita (Universidad Tecnológica Nacional, 2013). Su estructura laminar permite cierta

de este tipo de fusión. Se denomina "congruente" porque no hay cambios en la composición de las fases durante la transformación. Figura 8 Punto de fusión congruente En un diagrama de fases además pueden aparecer reacciones invariantes que se producen a una temperatura fija, produciendo una transformación en la estructura de la aleación. Las reacciones más comunes que se producen en los diagramas de fase durante el enfriamiento son las que se muestran en la Figura 2. Figura 9 Reacciones invariantes más comunes En un diagrama de fases del Sistema Fe-C las reacciones invariantes son puntos en los que coexisten tres fases en equilibrio termodinámico y son dadas para una temperatura y composición determinada.

Figura 10 Puntos y reacciones invariantes Aplicaciones y avances del Sistema Fe-C El diagrama de fases hierro-carbono (Fe-C) desempeñó un papel crucial en la evolución de la metalurgia, al permitir la comprensión de las transformaciones estructurales de las aleaciones Fe-C. Gracias a él, los ingenieros lograron manipular la microestructura del acero, ajustando tratamientos térmicos como el temple y el revenido para obtener propiedades mecánicas deseadas. Esta herramienta fue esencial en la fabricación de herramientas, estructuras y componentes automotrices (Smith & Hashemi, 2011). También permitió controlar la solidificación durante el colado, reduciendo defectos como porosidades o grietas. En la industria de la fundición, se usó para producir fundiciones grises o nodulares, adaptadas a diferentes exigencias funcionales. Además, facilitó el desarrollo de aceros de alta aleación, como los inoxidables y los aceros para herramientas. Los aceros inoxidables, principalmente aleaciones Fe-Cr o Fe-Cr-Ni, mostraron gran resistencia a la corrosión gracias a la capa pasivadora de óxido de cromo. Dentro de estos, el acero inoxidable martensítico fue destacado

El estudio del sistema hierro-carbono no solo permite comprender el comportamiento térmico y estructural de las aleaciones ferrosas, sino que también constituye una herramienta esencial para el diseño de materiales con propiedades específicas. La correcta interpretación del diagrama de fases y de las transformaciones microestructurales es fundamental para optimizar procesos metalúrgicos y garantizar el rendimiento de los productos finales. Por tanto, dominar este sistema es indispensable para todo profesional involucrado en la ciencia e ingeniería de materiales. Referencias Callister, W. D., & Rethwisch, D. G. (2012). Materials Science and Engineering: An Introduction (8th ed.). John Wiley & Sons. Flowers, P. (2022). Química 2ed. OpenStax https://openstax.org/books/qu%C3%ADmica-2ed/pages/10-4-diagramas-de-fase Laboratorio de Forja. (s.f.). Cementita. Recuperado de https://laboratoriodeforja.com/cementita/ Ondarse, D. (24 de octubre de 2024). Aleación. Enciclopedia Concepto. Recuperado el 21 de abril de 2025 de https://concepto.de/aleacion/ Turno, S. (2018). Diagrama de fases hierro-carbono. Recuperado de https://jccluque.files.wordpress.com/2018/03/diagramafec.pdf Universidad Tecnológica Nacional. (2013). Estructuras del acero. Recuperado de https://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/mecanica/5_anio/metalografia/5- _Estructuras_del_acero_v2.pdf Zavarce, A. (2024). Cómo afecta el tratamiento térmico la propiedades físicas y mecánicas de los materiales. https://inspenet.com/articulo/impacto-tratamiento-termico-en-materiales/