Propiedades y clasificación del hierro y sus aleaciones

Hierro Carbono

El hierro técnicamente puro (menos 0,008%C) es un metal blanco azulado, dúctil y maleable cuyo peso específico es de 7,87. Funde entre 1536 y 1539 ºC, reblandeciéndose antes de llegar a esa temperatura, pero si se alea con C la temperatura de fusión baja. El Hierro puro es buen conductor de electricidad y se imanta fácilmente.

Variedades alotrópicas del hierro puro

Las variedades son:

• Hierro alfa: de temperatura ambiente a 768º, con una estructura cúbica centrada y muy magnética;
• Hierro beta: 768 a 910º, con una estructura cúbica centrada y es poco magnética;
• Hierro Y: de 910 a 1400º, con una estructura cúbica centrada en las caras y no magnética;
• Hierro Delta: de 1400º a 1539º, con una estructura cúbica centrada y débilmente magnética.

Clasificación de aleaciones según composición

Según porcentaje C pueden ser:

• Aceros (0-1,76%C):
  • Aceros hipoeutectoides (0-0,89%C): ferrita y perlita;
  • Aceros hipereutectoides (0,89-1,76%C): cementita y perlita.
• Fundiciones (1,67-6,67%C):
  • Fundiciones hipoeutectoides (1,67-4,3%C): perlita y cementita (protectoide y eutectoide);
  • Fundiciones hipereutectoides (4,3-6,67%C): perlita y cementita (protectoide, protéctica y eutectoide).

Diferencias entre acero y fundición

Los aceros contienen de un 0 a un 1,67%C, se pueden alear con otros elementos para formar aceros especiales y son fácilmente forjables. En cambio, las fundiciones contienen entre un 1,67 y un 6,67 %C y no son forjables.

Constituyentes de las aleaciones hierro-carbono

Ferrita, cementita, perlita, austenita, martensita, troosita, sobrita, bainita, ledeburita, steadita y grafito.

Características de la ferrita

Se la puede considerar como hierro alfa puro (máxima solubilidad del carbono en el hierro alfa de 0,02% a 723º). Es magnética, resistencia mecánica de 28 kp/mm2, alargamiento de 34-40% y dureza de 90HBS.

Características de la perlita

Compuesta por 86,5% ferrita y 13,5 % Cementita (0,89%C). Dureza de 200HBS. Resistencia mecánica de 80 kp/mm2 y alargamiento del 15%. Con una estructura laminar.

Características de la cementita

Es carburo de hierro contiene 6,67%C, es el constituyente de más duro y frágil. Alargamiento del 0% y resistencia de 3 kp/mm2.

Martensita

Es el constituyente más duro después de la cementita, puede ser por la tensión que producen sus cristales en la deformación. Es una sobresaturación de carbono en el hierro alfa y se obtiene enfriando rápidamente el acero caliente. Estructura tetragonal. Hasta 0,98% C, con una resistencia mecánica de entre 175 y 250 y alargamiento entre 0,5 y 2,5%.

Austenita

Constituyente más denso de los aceros y procede del hierro Y. Entre 0-1,76%C. Empieza a formarse a 723º, a temperatura ambiente se podría formar pero acabaría en ferrita y perlita.

Tres clases de estructuras en las aleaciones

Estructura cristalina, estructura micrográfica y estructura macrográfica.

Cómo influye estructura micrográfica

Principal característica es el grano por lo que se tiene en cuenta su formación. El grano crece conforme se elevan las temperaturas influyendo el tiempo en que está expuesto. Si es demasiado grande las propiedades son peores y se someterá a recocido, excepto para la maquinabilidad. Acero normal cuando su grano está entre 6 y 7.

Inclusiones metálicas presentes en aleaciones

Forma de carburos: Cr, Mo, W, Mn y V se combinan con C y formar aceros más duros que la cementita. Forman parte de los aceros rápidos, son duros y resistencia a altas temperaturas; Disueltos en la ferrita: Ni, Cr, Si, Mn, Cu y P se pueden disolver en la ferrita y forman soluciones sólidas; Emulsionados: Más 0,6% de Cu y Pb se pueden encontrar en bolsas de acero con propiedades especiales.