DIAGRAMA HIERRO-CARBONO

DIAGRAMA HIERRO-CARBONO.

En el diagrama de equilibrio o de fases, Fe-C se representan las transformaciones que sufren los aceros al carbono con la temperatura, admitiendo que el calentamiento (o enfriamiento) de la mezcla se realiza muy lentamente de modo que los procesos de difusión (homogeneización) tienen tiempo para completarse.

Uno de los materiales de fabricación y construcción más versátil, más adaptable y más ampliamente usado es el ACERO. A un precio relativamente bajo, el acero combina la resistencia y la posibilidad de ser trabajado, lo que se presta para fabricaciones mediante muchos métodos. Además, sus propiedades pueden ser manejadas de acuerdo a las necesidades específicas mediante tratamientos con calor, trabajo mecánico, o mediante aleaciones. El Acero es básicamente una aleación o combinación de hierro y carbono (alrededor de 0,05% hasta menos de un 2%). Algunas veces otros elementos de aleación específicos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel) se agregan con propósitos determinados.

Si la aleación posee una concentración de carbono mayor al 2,0% se producen fundiciones que, en oposición al acero, son quebradizas y no es posible forjarlas sino que deben ser moldeadas.

Definiciones

 Austenita:Fase γ, una solución solida intersticial de carbono en hierro FCC. La máxima solubilidad en estado del carbono en la austenita es del 2%.

 Austenización: Calentamiento de un acero dentro de un rango de temperatura de la austenita para que su composición se convierta en austenita.

 Ferrita: Fase α, una solución solida intersticial de carbono en hierro BCC. La máxima solubilidad solida de carbono en hierro BCC es del 0,02%.

 Cementita: una sustancia dura y quebradiza.

 Perlita: Una mezcla de fases ferrita y cementita en laminas paralelas

 Eutectoide: Acero con un 0,8% C.

 Hipoeutectoide: Acero con menos de 0,8% C.

 Hipereutectoide: Acero con un 0,8% C a un 2% C.

 Acero: Es toda aleación Fe-C entre 0,008% y 1,76% de Carbono.

Diagrama Hierro Carbono (Fe-C)

En el diagrama de fase del Fe se observa las formas alotrópicas del hierro sólido, BCC y FCC, a distintas temperaturas:

Hierro alfa (α): Cristaliza a 768 ºC. Su estructura cristalina es BCC con una distancia interatómica de 2.86 Å. Prácticamente no disuelve en carbono.

Hierro gamma (γ): Se presenta de 910ºC a 1400ºC. Cristaliza en la estructura cristalina FCC con mayor volumen que la estructura cristalina de hierro alfa. Disuelve fácilmente en carbono y es una variedad de Fe.

Hierro delta (δ): Se inicia a los 1400ºC y presenta una reducción en la distancia interatómica que la hace retornar a una estructura cristalina BCC. Su máxima solubilidad de carbono es 0.007% a 1487ºC. No posee una importancia industrial relevante. A partir de 1537ºC se inicia la fusión del Fe puro.

Fases Del Diagrama Hierro Carbono

Fase Austenítica (0 hasta 2,1% C)

La austenita es el constituyente más denso de los aceros y está formado por una solución sólida por inserción de carbono en hierro gamma, La cantidad de carbono disuelto, varía de 0 a 2.1 % C que es la máxima solubilidad a la temperatura de 1130 °C.

Ferrita alfa α (0 hasta 0,022%C)

Es el nombre dado a la solución sólida α. Su estructura cristalina es BCC con una distancia interatómica de 2.86 Å. Prácticamente no disuelve en carbono, La máxima solubilidad es 0,022% de C a 727°C, y disuelve sólo 0,008% de C a temperatura ambiente.

Microestructura interna de la ferrita.

Ferrita delta δ (0 hasta 0,09%C)

Se inicia a los 1400ºC y presenta una reducción en la distancia interatómica que la hace retornar a una estructura cristalina BCC. Su máxima solubilidad de carbono es 0.007% a 1487ºC. Las características de la ferrita δ son:

 Muy blanda.

 Estructura cristalina BCC

 Es magnética.

 Muy poca posibilidad de disolución del carbono.

La ferrita experimenta a 912°C una transformación polimórfica a austenita FCC o hierro γ.

Fase Cementita (0,022% a 6,67%C)

Se forma cementita cuando se excede el límite de solubilidad del carbono en ferrita α por debajo de 727°C. La cementita, desde el punto de vista mecánico, es dura y frágil, y su presencia aumenta considerablemente la resistencia de algunos aceros.

Microestructura interna de la cementita

Fase Ledeburita

La ledeburita no es un constituyente de los aceros, sino de las fundiciones. Se encuentra en las aleaciones Fe-C cuando el porcentaje de carbono en hierro aleado es superior al 25%, es decir, un contenido total de 1.76% de carbono.

La ledeburita se forma al enfriar una fundición líquida de carbono (de composición alrededor del 4.3% de C). La ledeburita no existe a temperatura ambiente en las fundiciones ordinarias debido a que en el enfriamiento se transforma en cementita y perlita.

Figura 5.8 Microestructura interna de la ledeburita

Fase Perlita

Es la mezcla eutectoide que contiene 0,77 % de C y se forma a 727°C a un enfriamiento muy lento. Es una mezcla muy fina, tipo placa o laminar de ferrita y cementita. Se le da este nombre porque tiene la apariencia de una perla al observarse microscópicamente a pocos aumentos.

Hay dos tipos de perlita:

 Perlita fina: dura y resistente.

 Perlita gruesa: menos dura y más dúctil.

La perlita gruesa es más dúctil que la perlita fina a consecuencia de la mayor restricción de la perlita fina a la deformación plástica. Mecánicamente las perlitas tienen las propiedades intermedias entre la blanda y dúctil ferrita y la dura y quebradiza cementita.

Micro-estructura interna de la perlita

Fase Grafito

Cuando las aleaciones hierro carbono, exceden el 2% de carbono se tiende a formar grafito, en la matriz de la aleación.

Microestructura interna del grafito

Es bastante duro, por lo que una cantidad elevada de grafito hace que la aleación sea muy dura pero a la vez, muy frágil.

Aceros

Acero es la denominación que comúnmente se le da, en ingeniería metalúrgica, a una aleación de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,08% y el 1,76% en peso de su composición, dependiendo del grado.

No se debe confundir el acero con el hierro, que es un metal relativamente duro y tenaz, con temperatura de fusión de 1.535 °C y punto de ebullición 2.740 °C.

El acero conserva las características metálicas

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