Diagrama Hierro Carbono

Diagrama Hierro-Carbono

El carbono es el elemento de aleación capaz de hacer variar más profundamente las propiedades del hierro, aun encontrándose en la aleación en una proporción muy pequeña. Resulta así que, convertido el carbono en el elemento de aleación más importante, el diagrama de equilibrio hierro-carbono adquiere una extraordinaria importancia en el estudio y utilización de las distintas aleaciones tecnológicas del hierro. El diagrama de fases hierro-carbono es el “mapa” que indica cómo, cuándo y en qué condiciones debe realizarse un tratamiento térmico y los resultados que deben esperarse del mismo. A partir del diagrama puede predecirse por ejemplo el tipo de constituyente mayoritario que tendrá la aleación en función de la temperatura y del contenido (%) de carbono; conocidos los constituyentes pueden predecirse entonces las propiedades que tendrá dicha aleación.

El diagrama de fases Fe-Fe3C muestra las fases presentes en las aleaciones de hierro-carbono enfriadas muy lentamente, a varias temperaturas y composiciones de hierro con porcentajes de carbono de hasta el 6,67%. Este diagrama de fases no es un diagrama de equilibrio verdadero ya que el compuesto carburo de hierro (Fe3C) no es una verdadera fase de equilibrio. En ciertas condiciones, el Fe3C, llamado cementita  puede descomponerse en las fases estables de hierro α y carbono (grafito). Sin embargo, en la mayor parte de las condiciones, el Fe3C es muy estable y, por tanto, puede considerarse en la práctica como una fase de equilibrio.

El diagrama Hierro-Carbono tiene las siguientes fases Solidas:

Ferrita-α: es una solución sólida intersticial de carbono en la red cristalina del hierro BCC (cúbica centrada en el cuerpo). Puede disolver en forma de solución sólida un máximo de 0,02% en peso de carbono a 723^oC. A medida que la temperatura disminuye, la solubilidad del carbono también disminuye, siendo de 0,005% a 0^oC. Tiene aproximadamente una resistencia máxima a la rotura de 280 MPa, un alargamiento del 35% y una dureza de 90 unidades Brinell. Es la forma más blanda de todos los constituyentes del acero, muy dúctil y maleable, además de magnética.

Austenita (γ): es una solución sólida intersticial de carbono en hierro γ. El hierro γ tiene una estructura cristalina FCC (cúbica centrada en las caras) y mayor solubilidad en estado sólido para el carbono que la ferrita α. La máxima solubilidad en estado sólido del carbono en la austenita es del 2,08% a 1.148^oC y disminuye a un 0,8% a 723^oC. La austenita posee una resistencia que oscila entre 850 y 1000 MPa, un alargamiento de 30-60% y una dureza de 300 unidades Brinell. Es blanda, muy dúctil y tenaz. Es amagnética. Tiene gran resistencia al desgaste, siendo el constituyente más denso de los aceros.

Cementita (Fe₃C): es un compuesto intersticial duro y quebradizo. Tienen límites despreciables de solubilidad y una composición del 6,67% en carbono y 93,3% en hierro. Es débilmente ferromagnética a baja temperatura, perdiendo sus propiedades magnéticas a 217^oC.

Perlita: es una solución sólida intersticial de carbono en hierro δ. Tiene estructura cristalina BCC como la ferrita α pero con una constante de red mayor. La máxima solubilidad en estado sólido del carbono en ferrita δ es del 0.09% a 1.465 ^oC.

A demás se presentan las siguientes reacciones invariantes:

1-a 1.495 ^oC tiene lugar una reacción peritéctica

Líquido (0,53% C) + Ferrita-δ (0,09% C)     »       Austenita (γ) (0,17% C)

2-a 1.148 ^oC tiene lugar una reacción eutéctica

Líquido (4,3% C)    »    Austenita (γ) (2,08% C) + Cementita (Fe₃C) (6,67%C)

3-a 723 ^oC tiene lugar una reacción eutectoide

Austenita (γ) (0,8% C)      »    Ferrita-α (0,02% C) + Cementita (Fe₃C) (6,67%C)