Diagrama Hierro-Carbono
Resúmen- En el presente documento se pretende explicar el diagrama hierro-carbono, inicialmente se dará una pequeña introducción en donde se explicará las fases y estados en las que se encuentran las aleaciones de Hierro-Carbono para una temperatura y composición dadas, así como sus características, de igual manera se explicara que porcentajes de carbono y carburo de hierro se representan en este gráfico, existen fases en las que se puede encontrar la aleación hierro-carbono dentro del diagrama de equilibrio, de igual manera se hablara de estas fases. Enseguida se explicaran las 2 partes principales en las que se estructura el diagrama de hierro-carbono dependiendo de su contenido en este último elemento.
I. INTRODUCCIÓN El diagrama de equilibrio Fe-C es una gráfica que representa las fases y estados en las que se encuentran las aleaciones de Hierro-Carbono para una temperatura y composición dadas. En este diagrama, las proporciones de Carbono y de Carburo de Hierro (CFe3) se representan en el eje de abscisas, en un rango porcentual que va del 0% al 6,67% de Carbono, limite de solubilidad de éste en la cementita. A la temperatura ambiente, salvo una pequeña parte disuelta en la ferrita, todo el carbono que contienen las aleaciones Fe-C está en forma de carburo de hierro. Dicho de otra manera en el diagrama de equilibrio o diagrama de fases hierro-carbono, 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 tal que los procesos de difusión u homogeneización tendrán tiempo para completarse. Dicho diagrama se obtiene experimentalmente identificando los puntos críticos y temperaturas a las que se producen las sucesivas transformaciones por diversos métodos.
porcentaje de carbono inferior al 2,0% se denominan aceros, y los de mayor porcentaje se denominan fundiciones. Dentro de la zona de los aceros, se distingue un punto en especial. Para 0,80% de Carbono y 723ºC, se tiene un punto eutectoide. Los aceros con valores de carbono mayores que el eutectoide, se denominan aceros hipereutectoides, y están compuestos de perlita y cementita. Los aceros para valores de carbono entre 0,03% y 0,80% se denominan aceros hipoeutectoides, compuestos de perlita y ferrita. Para valores iguales al punto eutectoide, la composición del acero es perlita pura. Por debajo de los 0,03% de Carbono no se les considera acero. En función de las fases presentes, los aceros pueden clasificarse de 3 formas: 1- Aceros hipoeutectoides: son aquellos que poseen menos de 0.77% de carbono. La microestructura presente en estos aceros consiste de ferrita y perlita, los porcentajes se calculan de la siguiente manera:
de ferrita=
0.77−%C x 100(1) 0.77−0.022
de perlita=
%C−0.022 x 100(2) 0.77−0.022
El carburo de hierro se descompone de una manera muy lenta en hierro y carbono (grafito), lo cual requiere un periodo de tiempo muy largo a temperatura ambiente. El carburo de hierro se considerará entonces metaestable, por tanto, el diagrama hierro-carburo de hierro, aunque técnicamente representa condiciones metaestables, puede considerarse como representante de cambios en equilibrio, bajo condiciones de calentamiento y enfriamiento relativamente lentas.
II. DESARROLLO El diagrama se estructura en dos partes principales, dependiendo de su contenido en Carbono. Las aleaciones con
Figura 1: Microestructura de los aceros hipoeutectoides
2- Aceros eutectoides: son aquellos que poseen exactamente 0.77% de carbono, su microestructura está formada totalmente por perlita tal y como se observa en la siguiente imagen.
Por encima de los 723ºC, los aceros sufren una transformación. La perlita se transforma en austenita, dando lugar a una composición de ferrita y austenita para los aceros hipoeutectoides y de cementita y austenita para los hipereutectoides. Según aumenta la temperatura, el porcentaje de austenita en el acero aumenta, hasta llegar a una composición del 100% de Austenita para valores que van desde 723ºC para el punto eutectoide, a 910ºC para 0,03% de Carbono, y a 1130ºC para 1,76%. Los aceros hipoeutectoides también sufren otra transformación, perdiendo su magnetismo. En la siguiente figura se muestra la zona de los aceros (hasta 2% de carbono) del diagrama de equilibrio metaestable hierrocarbono.
Figura 2: Microestructura de los aceros eutectoides
3- Aceros hipereutectoides: son aquellos que poseen más del 0.77% de carbono. Su microestructuraconsiste en cementita y perlita, los porcentajes se calculan de la siguiente manera:
de cementita= de perlita=
%C−0.77 x 100(3) 6.67−0.77
6.67−%C x 100( 4) 6.67−0.77 Figura 4: Zona de los aceros del diagrama de equilibrio metaestable hierro-carbono
Figura 3: Microestructura de los aceros hipereutectoides
. Para valores de carbono de 0,18% y temperatura de 1492º C se encuentra un punto peritéctico, que es el punto de mayor temperatura donde se puede encontrar fase austenítica pura. A temperaturas mayores, las fases del acero pasan a ser una mezcla de fase liquida y fase Fe-delta, otra forma alotrópica del hierro. Esta forma alotrópica se presenta para el hierro puro desde 1400º C hasta la temperatura de fusión. La máxima solubilidad del hierro delta es para 0,08% de Carbono y 1492º C. En la zona de las fundiciones, también se distingue un punto en especial. Para 4,3% de Carbono y para 1130º C encontramos el punto con menor temperatura de fusión del diagrama, denominado punto eutéctico. Para contenidos inferiores de carbono entre el principio y el fin de la solidificación se va precipitando austenita, y para aleaciones de contenidos de carbono superior al 4,3% entre el principio y el fin de la solidificación se precipitan cristales de cementita. Las
aleaciones de 4,3% se solidifican formando un único constituyente, que también se considera eutéctico y es la Ledeburita formado por un 52% de cementita y un 48% de Austenita de 2’0% de Carbono a 1130º C. La Ledeburita se transforma por debajo de los 723º C en cementita y perlita, las cuales conservan un aspecto eutéctico. En el siguiente gráfico se presenta el diagrama de hierro carbono en donde se representan las fases y estados en las que se encuentran las aleaciones de hierro-carbono para una temperatura y composición dadas.
en la aleación en una proporción muy pequeña. Resulta así que, convertido el carbono en el elemento de aleación más importante, el diagrama hierro carbono logra una asombrosa importancia en el estudio y utilización de las distintas aleaciones del hierro. A mayor temperatura el hierro se encuentra en estado líquido.
IV. REFERENCIAS [1]
[2] [3]
Figura 5: Diagrama de hierro carbono
Las fases en las que se puede encontrar la aleación HierroCarbono dentro del diagrama de equilibrio son: Ferrita, solución sólida de Fe-α, con composición máxima del 0,025% de C a 723º C y de 0,008% a temperatura ambiente. Austenita, solución sólida de Fe-γ, con composición máxima del 2% de C, a 1130ºC Cementita, compuesto definido con formula CFe3 de estructura ortorrómbica, compuesto por 6,67% de C y 93'33% de Fe. Es magnética hasta los 210º C. Perlita, constituyente compuesto por un 86,5% de Ferrita y 13,5% de Cementita, de estructura laminar. Ledeburita, constituyente eutéctico con composición 4,3% de Carbono y 95,7% de Hierro. III. CONCLUSIONES Gracias a la elaboración de este trabajo se pudo entender que el diagrama de 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 se podrá distinguir el tipo de componente mayoritario que tendrá la aleación en función de la temperatura y del contenido de carbono; conocidos los componentes pueden predecirse entonces las propiedades que tendrá la aleación El carbono es el elemento de aleación capaz de hacer variar más profundamente las propiedades del hierro, aún encontrándose
Mauricio Hernandez. (2013). Diagrama de aleación hierro-carbono. 6 de Marzo del 2017, de e-ducativa Sitio web: http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/1000/1092/html/2_ diagrama_de_aleacin_hierrocarbono.html. Daniel Dávila. (2011). Diagrama Fe-C. 4 de Marzo del 2017, de Universidad tecnológica de Pereira Sitio web: http://blog.utp.edu.co/metalografia/5-diagrama-hierro-carbono/ Carlos Loera. (2016). Aleaciones Hierro-carbono. 28 de Febrero del 2017, de UAM Sitio web: https://www.uam.es/docencia/labvfmat/labvfmat/practicas/practica4/fases %20del%20acero.htm
