Diagrama de equilibrio Fe-C

Diagrama de equilibrio Fe-C
Daniel Abeledo Franco
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.
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.
Las fases en las que se puede encontrar la aleación Hierro-Carbono 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.
El diagrama se estructura en dos partes principales, dependiendo de su contenido en Carbono.
Las aleaciones con 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.
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.
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 Fedelta, 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.
Bibliografia
-
Ciencia de Materiales. Lasheras,J.M. Carrasquilla, J.F. Editiorial Donostiarra. 1ª
Edicion 1991.
Apuntes asignatura Ciencia de los materiales I. Ingenieria Industrial. EPS Ferrol
Apuntes Laboratorio virtual de fisica de materiales de la UAM –
http://www.uam.es/docencia/labvfmac/