Diagrama Hierro-carbono

Concepto

En el diagrama de equilibrio o de fases, Fe-C se representa 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. Dicho diagrama se obtiene experimentalmente identificando los puntos críticos —temperaturas a las que se producen las sucesivas transformaciones— por métodos diversos

Temperaturas

• Hasta los 911 °C (temperatura crítica AC3), el hierro ordinario, cristaliza en el sistema cúbico de cuerpo centrado y recibe la denominación de hierro α o ferrita. Es un material dúctil y maleable responsable de la buena forjabilidad de la aleaciones con bajo contenido en carbono y es ferro magnético hasta los 770 °C (temperatura de Curie a la que pierde dicha cualidad; se suele llamar también AC2). La ferrita puede disolver pequeñas cantidades de carbono.

• Entre 911 y 1400 °C cristaliza en el sistema cúbico de caras centradas y recibe la denominación de hierro γ o austenita. Dada su mayor compacidad la austenita se deforma con mayor facilidad y es paramagnética.

• Entre 1400 y 1538 °C cristaliza de nuevo en el sistema cúbico de cuerpo centrado y recibe la denominación de hierro δ que es en esencia el mismo hierro alfa pero con parámetro de red mayor por efecto de la temperatura.

A mayor temperatura el hierro se encuentra en estado líquido.

Si se añade carbono al hierro aumenta su grado de macicez y sus átomos podrían situarse simplemente en los intersticios de la red cristalina de éste último; sin embargo en los aceros aparece combinado formando carburo de hierro (Fe3C), de acuerdo con lo que dijo el Doctor Cesar Rayas, es decir, un compuesto químico definido y que recibe la denominación de cementita de modo que los aceros aleados al carbono están constituidos realmente por ferrita y cementita.

FASES 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, como lo muestra la Figura 3.0 La cantidad de carbono disuelto, varía de 0 a 2.1 % C que es la máxima solubilidad a la temperatura de 1130 °C.

La austenita está formada por cristales cúbicos centrados en las caras estructura (FCC), Figura 2.0.

Microestructura interna de la austenita

Estructura típica de la austenita (FCC) Micrografía interna de la fase austenítica

Fuente: Tesis de grado influencia de microestructura sobre las propiedades mecánicas en varillas de cero. Allauca Pancho Fabián Roberto. Escuela Superior Politécnica de Chimborazo. Ecuador 2011

Propiedades:

• Baja temperatura de fusión.

• Baja tenacidad.

• Excelente soldabilidad.

• No es magnética.

Fase ferrítica.

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, como se puede observar en la Figura 4.0 donde se tiene un acero con bajo porcentaje de 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

Estructura de una matriz de acero completamente ferrítica.

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

La ferrita δ es como la ferrita α, y sólo se diferencian en el tramo de temperaturas en el cual existen.

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.

La ferrita experimenta a 912°C una transformación polimórfica a austenita FCC o hierro γ. No posee una importancia industrial relevante. A partir de 1537ºC se inicia la fusión del Fe puro.

Propiedades:

• Muy blanda.

• Estructura cristalina BCC

• Es magnética.

• Muy poca posibilidad de disolución del carbono.

Fase cementita (0,022% a 6,67%C).

Se forma cementita (Fe3C) cuando se excede el límite de solubilidad del carbono en ferrita α por debajo de 727°C (la composición está comprendida en la región de fases α+Fe3C). 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

Las zonas oscuras corresponde a cementita que es el mayor constituyente

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