Diagrama Hierro-Carbono: Fases y Microestructuras
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En el diagrama Hierro-Carbono (Fe-C) se representa gráficamente las transformaciones que sufren los aceros y fundiciones en función de la temperatura y la concentración de carbono. De su observación y análisis se puede deducir:
Líneas y Puntos Clave
- La línea ACD es la línea de liquidus, a partir de la cual comienzan a solidificar las aleaciones del sistema.
- La línea AECF es la línea de solidus, que indica las temperaturas al final de la solidificación.
- Punto A: Temperatura de solidificación del hierro puro.
- Punto C: Aleación eutéctica (4.3% de carbono), compuesta por austenita y cementita formando ledeburita.
- Punto E: Máxima solubilidad del carbono en hierro (1.76% de carbono).
- Punto D: Límite del diagrama (6.67% de carbono), correspondiente a la cementita pura.
- Punto S (Eutectoide): La austenita se transforma en perlita. Esta aleación tiene 0.89% de carbono.
Solidificación de Aleaciones (Ejemplos)
Para una mejor comprensión del diagrama, estudiaremos el proceso de solidificación de seis aleaciones con los siguientes porcentajes de carbono: 0.5%, 0.89%, 1.2%, 3.2%, 4.3% y 5.4%.
- Aleación I (0.5% C):
- Por encima del punto 1: Solo existe fase líquida.
- Entre 1 y 2: Comienza la formación de austenita hasta solidificar totalmente.
- En el punto 3: El hierro γ (austenita) se transforma progresivamente en hierro α (ferrita).
- Mientras dura la transformación, la austenita residual se enriquece en carbono hasta que, en el punto 4 (0.89% C), se convierte en perlita.
- Aleación II (0.89% C): Comportamiento similar a la aleación I, pero sin el punto 3. Toda la austenita se transforma bruscamente en perlita (transformación eutectoide).
- Aleación III (1.2% C):
- En el punto 5: Comienzan a separarse cristales de cementita.
- La austenita restante se empobrece en carbono hasta que, en el punto 6 (723°C y 0.89% C), se transforma en perlita.
- Aleación IV (3.2% C):
- En el punto 7: Comienza la solidificación y se forma austenita.
- Cuando el líquido residual llega a la línea eutéctica (punto 8): Se transforma en ledeburita.
- Al descender la temperatura, la austenita segrega cementita preeutéctica hasta que, en el punto 9, se convierte en perlita.
- La ledeburita (52% cementita primaria y 48% austenita) también se transforma en perlita.
- Aleación V (4.3% C): Idéntica a la anterior, pero con una solidificación brusca en ledeburita en el punto C (transformación eutéctica).
- Aleación VI (5.4% C):
- En el punto 10: Comienzan a formarse cristales de cementita.
- La fase líquida pierde carbono hasta solidificar en ledeburita (4.3% C) a 1130°C.
Microconstituyentes de los Aceros
- Ferrita: Disuelve como máximo 0.008% de carbono. Es el constituyente más blando y dúctil de los aceros (dureza: 90 HB).
- Cementita: Es el constituyente más duro y frágil de los aceros (dureza: hasta 800 HB). Tiene propiedades magnéticas hasta los 210°C.
- Perlita: Dureza de 200 HB, resistencia a la rotura de 80 kp/mm2 y alargamiento del 15%.
- Austenita: Es el constituyente más denso de los aceros (dureza: hasta 300 HB, resistencia: 100 kp/mm2).
- Martensita: Después de la cementita, es el constituyente más duro de los aceros. Se presenta en forma de agujas y cristaliza en el sistema tetragonal (dureza: 50-68 HRC).
- Troostita: Nódulos de láminas radiales de cementita sobre ferrita. Dureza de 450 HB y resistencia de 100 kp/mm2.
- Sorbita: Laminillas finas. Dureza de 350 HB y resistencia de 100 kp/mm2.
- Bainita: Se produce en un temple isotérmico (bainítico). El objetivo es la transformación total de la austenita en bainita, en lugar de martensita.