Diagrama Hierro Carbono

DEFINICIONES FUNDAMENTALES.

• Diagrama: Representación gráfica de las variaciones de un fenómeno, de una serie de datos o de las relaciones que tienen los elementos de un conjunto.

• Hierro: Es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre, representando un 5%. Es un metal maleable, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas; es ferromagnético a temperatura ambiente y presión atmosférica. Es extremadamente duro y denso. Se considera que una aleación de hierro es acero si contiene menos de un 2,1% de carbono; si el porcentaje es mayor, recibe el nombre de fundición.

• Carbono: Elemento químico sólido y no metálico que se encuentra en todos los compuestos orgánicos y en algunos inorgánicos. En su estado puro se presenta como diamante o grafito. Es componente principal de todos los hidrocarburos (aceites y gasolinas) y existe en estado elemental en dos formas cristalinas: el diamante, que cristaliza en el sistema cúbico, y el grafito, que lo hace en el hexagonal.

• Acero: El acero es normalmente conocido como un metal pero en realidad el mismo es una aleación de un metal (el hierro) y un metaloide (el carbono) que puede aparecer en diferentes proporciones pero nunca superiores al dos por ciento del total del peso del producto final. El acero es una aleación de hierro y carbono (máximo 2.11% de carbono), al cual se le adicionan variados elementos de aleación, los cuales le confieren propiedades mecánicas especificas para su diferente utilización en la industria.

• Fundiciones: Se denomina fundición y también esmelter al proceso de fabricación de piezas, comúnmente metálicas pero también de plástico, consistente enfundir un material e introducirlo en una cavidad, llamada molde, donde se solidifica. Para la metalurgia, la fundición es una aleación de hierro y carbono donde el contenido de éste supera el 2% y suele ubicarse por debajo del 7%. Más allá del hierro y el carbono, es posible que se incluyan otros elementos de aleación, como fósforo, silicio o azufre.

DIAGRAMA Fe-C

El diagrama hierro-carbono es un diagrama de temperatura vs porcentaje de carbono presente en una aleación Fe-C (diagrama estable) o Fe3C (diagrama metaestable) que permite identificar las fases y/o componentes de un acero (menos de 2,3% de carbono) o fundición de hierro (2,3% a 6% de carbono aproximadamente). También indica las condiciones en que se darán variaciones en la estructura cuando se hacen enfriamientos en condiciones de equilibrio (enfriamiento muy lento).

TIPOS DE DIAGRAMA Fe-C

Las aleaciones Hierro-Carbono pertenecen al tipo de aleaciones que forman una composición química. El carbono, tanto en estado ligado (Fe3C), como en estado libre (C, es decir grafito), por lo tanto, el diagrama comprende dos sistemas.

 Diagrama Fe-Fe3C (Metaestable): Este sistema comprende aceros y fundiciones blancas, o sea, las aleaciones con el carbono ligado. En otras palabras este diagrama se utiliza principalmente para aceros.

 Diagrama Fe-C (Estable): Este sistema expone el esquema de formación de las estructuras en las fundiciones grises y atruchadas donde el carbono se encuentra total o parcialmente es estado libre (grafito). Es decir, se utiliza para fundiciones.

Es importante destacar que generalmente se trabaja con el diagrama meta estable, debido a que el carbono tarda mucho en descomponerse.

IMPORTANCIA DEL DIAGRAMA EN LA INGENIERIA

 Presenta gran importantacia en la ingeniería ya que el hierro y sus aleaciones juegan un papel fundamental en la misma ya que la mayoría de los materiales se hacen de ellos.

 Es necesario conocer las estructuras de las diferentes aleaciones como herramienta de apoyo para entender el comportamiento de las mismas.

 El análisis del diagrama Fe-C metaestable (Fe-Fe3C) representa la base para identificar las fases y microconstituyentes estructurales, lo que da paso a conocer la naturaleza y características de los microconstituyentes y fases, además de las características de las transformaciones que ocurren en dicho diagrama.

 El diagrama Fe-C metaestable aporta las bases para la optimización del comportamiento de las aleaciones férricas mediante tratamientos térmicos.

FASES SOLIDAS EN EL DIAGRAMA Fe-Fe3C

El diagrama de fases Fe-Fe3C contiene una serie de fases solidas en las que se encuentra: Ferrita(a), Austenita, Cementita(Fe3C) y Pelita.

 Ferrita(a): Esta fase es una disolución solida intersticial de carbono en la red cristalina del hierro BCC. Como se indica en el diagrama de fases Fe-Fe3C, el carbono solo es ligeramente soluble en la ferrita(a), por lo que alcanza una solubilidad máxima en estado sólido del 0,02% a 723C. La solubilidad cdl carbono en esta fase disminuye a un 0,005% a 0C.

 Austenita: La disolución solida intersticial de carbono en hierro (Y) se denomina Austenita. La austenita tiene una red cristalina FCC y mucha mayor solubilidad en estado sólido para el carbono que la ferrita(a). La máxima solubilidad en estado sólido del carbono en la austenita es de 2,08% a 1148C y disminuye a 0,8% a 723C.

 Cementita(Fe3C): Tiene unos límites de solubilidad despreciables y una composición de 6,67% de carbono y un 93,3% de hierro. La cementita es un compuesto duro y frágil.

 Perlita: Es un microoconstituyente con estructura laminar, que está formada por microláminas de ferrita y microláminas de cementita. La estructura laminar confiere elavada duereza y resistencia mecánica. Su campo de existencia se situa por debajo de los 723C, es decir se puede encontrar a temperatura ambiente.

Aleación Fe - %C, (bajo %C) las zonas oscuras corresponden a perlita y las claras a ferrita, en mayor proporción por ser un acero de bajo carbono.

TRANSFORMACIONES EN EL DIAGRAMA Fe-Fe3C

La adición de elementos de aleación al hierro influye en las temperaturas a que se producen las transformaciones alotrópicas. Entre estos elementos, el más importante es el carbono. El diagrama hierro-carbono, aun cuando teóricamente representa unas condiciones metastables, se puede considerar que en condiciones de calentamiento y enfriamiento relativamente lentas representa cambios de equilibrio y esto se ve claramente reflejado en sus transformaciones.

 Transformación Peritectica: En el punto de la reacción peritectica, un liquido del 0,53% de C se combina con ferrita de un 0,09% de C para formar austenita(y) de un 0,17% de C. Esta reacción, que tiene lugar a 1495C, puede expresarse como:

A Tp (1495C)… L( 0,53% C) + S.S. σ(0,09% C) S.S.Y (0,17% C)

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