DIAGRAMA Fe -C
En el diagrama de equilibrio o de fases hierro-carbono (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. Dicho diagrama se obtiene experimentalmente identificando los
puntos críticos —temperaturas a las que se producen las sucesivas
transformaciones— por métodos diversos.
El hierro puro está presente en
tres estados alotrópicos a medida que se incrementa la temperatura
desde la temperatura ambiente:
·
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 (alfa) o ferrita. Es un material dúctil y maleable responsable de
la buena forjabilidad de las aleaciones con bajo contenido en carbono y
es ferromagnético 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 (gamma) 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 (delta),
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 dureza y sus átomos podrían
situarse simplemente en los instersticios de la red cristalina de éste último;
sin embargo en los aceros aparece combinado formando carburo de hierro (Fe3C)
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.
MICROCONSTITUYENTES DEL HIERRO
Transformación de la austenita
Zona de los aceros
(hasta 2% de carbono) del diagrama de equilibrio metaestable hierro-carbono.
Dado que en los aceros el carbono se encuentra formando carburo de hierro se
han incluido en abcisas las escalas de los porcentajes en peso de carbono y de
carburo de hierro (en azul).
El diagrama de
fases Fe-C muestra dos composiciones singulares:
·
Un eutéctico (composición para
la cual el punto de fusión es mínimo) que se denomina ledeburita y contiene un 4,3% de carbono
(64,5 % de cementita). La ledeburita aparece entre los constituyentes de
la aleación cuando el contenido en carbono supera el 2% (región del diagrama no
mostrada) y es la responsable de la mala forjabilidad de la aleación marcando
la frontera entre los aceros con menos del 2% de C (forjables) y las
fundiciones con porcentajes de carbono superiores (no forjables y fabricadas
por moldeo). De este modo se observa que por encima de la temperatura crítica A31 los aceros están constituidos
sólo por austenita, una solución sólida de carbono en hierro γ y su
microestructura en condiciones de enfriamiento lento dependerá por tanto de las
transformaciones que sufra ésta.
·
Un eutectoide en la zona de
los aceros, equivalente al eutéctico pero en el estado sólido, donde la
temperatura de transformación de la austenita es mínima. El eutectoide contiene
un 0,80 %C (13,5% de cementita) y se denomina perlita. Está constituido por capas alternas
de ferrita y cementita, siendo sus propiedades mecánicas intermedias entre las
de la ferrita y la cementita.
La existencia del
eutectoide permite distinguir dos tipos de aleaciones de acero:
·
Aceros hipoeutectoides (menor a 0,80% C). Al enfriarse
por debajo de la temperatura crítica A3 comienza a precipitar
la ferrita entre los granos de austenita y al alcanzar la temperatura crítica A1 la
austenita restante se transforma en perlita. Se obtiene por tanto a temperatura
ambiente una estructura de cristales de perlita embebidos en una matriz de
ferrita.
·
Aceros hipereutectoides (mayor a 0,80% C). Al enfriarse
por debajo de la temperatura crítica se precipita el carburo de hierro
resultando a temperatura ambiente cristales de perlita embebidos en una matriz
de cementita.
Pues ya que este es
un tratamiento térmico y su temperatura se eleva hasta dicha temperatura.
Otros
microconstituyentes
Las texturas
básicas descritas (perlíticas) son las obtenidas enfriando lentamente aceros al
carbono, sin embargo modificando las condiciones de enfriamiento (base de los
tratamientos térmicos) es posible obtener estructuras cristalinas diferentes:
·
La martensita es el constituyente
típico de los aceros templados y se obtiene
de forma casi instantánea al enfriar rápidamente la austenita. Es una solución
sobresaturada de carbono en hierro alfa con tendencia, cuanto mayor es el
carbono, a la sustitución de la estructura cúbica centrada en el cuerpo por
tetragonal centrada en el cuerpo. Tras la cementita (y los carburos de otros
metales) es el constituyente más duro de los aceros.
·
Velocidades intermedias de enfriamiento dan lugar a la bainita, estructura
similar a la perlita formada por agujas de ferrita y cementita pero de mayor
ductilidad y resistencia que aquélla.
·
También se puede obtener austenita por enfriamiento rápido de aleaciones
con elementos gammágenos (que favorecen la estabilidad del hierro γ) como el
níquel y el manganeso, tal es el caso por ejemplo de los aceros inoxidables austeníticos.
Antaño se
identificaron también la sorbita y la troostita que han resultado ser en
realidad perlitas de muy pequeña distancia interlaminar por lo que dichas
denominaciones han caído en desuso.
El diagrama hierro carbono tiene los
siguientes puntos críticos:
PUNTO PERITÉCTICO:Punto del diagrama de fases que corresponde a una reacción en la fase liquidus, manifiesta por un punto de inflexión de la curva límite.
PUNTO EUTECTOIDE:(723°C y 0,89%C)es el punto más bajo en el que es estable la austenita.También se puede definir como el punto en el que se pasa de un constituyente a otro.
PUNTO EUTÉCTICO: (1130°C) ; es la temperatura más baja a la que funde una aleación Fe - C (4,3%C) .También se puede definir como el punto en que se pasa directamente de sólido a líquido.
.
