Diagrama Fe-C

El hierro puro apenas tiene aplicaciones industriales. Pero formando aleaciones con carbono y otros elementos es el metal más utilizado en ingeniería.

Como paso previo al estudio de las aleaciones hierro-carbono, es necesario el análisis del diagrama de fases porque nos permite:

 

  • Conocer la naturaleza y características de las fases y constituyentes a distintas temperaturas.

  • Conocer las características de las transformaciones.

 

Las propiedades mecánicas están íntimamente relacionadas con la microestructura a temperatura ambiente, y el diagrama Fe-C aporta las bases para optimizar el comportamiento de las aleaciones férricas mediante los tratamientos térmicos.

En realidad en el diagrama debe denominarse diagrama hierro-carburo de hierro, porque a temperatura ambiente el carbono está combinado con el hierro en forma de carburo de hierro. Además está trazado para concentraciones menores del 6.67% de carbono, pues a porcentajes mayores las aleaciones carecen de interés industrial.

Las aleaciones con concentraciones menores del 2% de carbono se conocen como aceros, y las que tienen una composición de carbono comprendida entre el 2% y el 7% se llaman fundiciones.
En la siguiente tabla se clasifican aceros y funciones según el % de carbono.

DIAGRAMA Fe-C
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Las fases y microconstituyentes más importantes que aparecen en el diagrama Fe-C son:

  • Ferrita: solución sólida intersticial de hierro alfa con C (es hierro alfa casi puro). Es el más blando y dúctil de los constituyentes de los aceros.

  • Cementita: es un compuesto intermetálico de fórmula Fe3C (equivalente a 6,67%C). Es el constituyente más duro y frágil.

  • Perlita: solución eutectoide formada por cristales de ferrita y cementita. La estructura laminar confiere elevada dureza y resistencia mecánica.

  • Austenita: solución sólida de hierro gamma con C. Sólo es estable a temperaturas superiores a 723ºC, y en su enfriamiento se descompone en ferrita y cementita. Se trata de un constituyente blando, no magnético, dúctil, tenaz y de elevada resistencia al desgaste.

  • Ledeburita: es el constituyente eutéctico que se forma en el enfriamiento de las fundiciones a 1130ºC. No existe a temperatura ambiente, y en el enfriamiento se transforma en cementita y perlita.

Las transformaciones más relevantes del diagrama Fe-Fe3C son:

Las fases y microconstituyentes del diagrama Fe-Fe3C van a conferir características mecánicas distintas a las aleaciones.

Propiedades generales de aceros y fundiciones:

Los constituyentes que forman parte de la estructura de los aceros determinan las características de los mismos.

  • Los aceros hipoeutectoides, formados por perlita y ferrita, son dúctiles y tenaces. La ferrita es el constituyente matriz y comunica sus propiedades al acero. La perlita aumenta la resistencia.

  • Los aceros eutectoides, formados únicamente por perlita, poseen las mismas propiedades que ésta.

  • Los aceros hipereutectoides son duros y frágiles, propiedades características de la cementita, que es el constituyente matriz.

  • Las fundiciones están constituidas por perlita y cementita, pero a diferencia de los aceros, no podemos disolver la cementita, por lo que en general, son duras y frágiles y no aptas para la forja. Éstas son las fundiciones blancas. Pero en realidad sí es posible transformar la cementita en grafito consiguiendo las denominadas fundiciones grises, maleables y nodulares, con propiedades distintas a las blancas, que se asemejan más a los aceros.