6. Diagrama Fe-C

Una de las cosas que constató el protagonista de nuestra historia es que muchos materiales son de hierro y carbono.

Y que además el hierro y el carbono se pueden encontrar de muy diferentes formas y con muy diferentes propiedades.

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Existen dos tipos de aleaciones técnicas de gran importancia: los aceros y las fundiciones. Ambas son aleaciones de hierro y carbono de distinta composición.

Clasificación de los aceros al carbono de acuerdo a la su composición.

Los aceros al carbono se presentan con un contenido de hasta 2,14%C y las fundiciones desde este valor hasta 6,67%C, aunque en la práctica hasta 5%, ya que con mayor concentración de carbono se obtienen productos tan duros que no se pueden mecanizar.

Los aceros además de tener Fe y C poseen impurezas como Si, Mn, P y S.


Vamos a conocer el diagrama Fe-C (hierro - carbono).

En realidad debería llamarse diagrama Fe - Cementita, ya que en el extremo izquierdo del diagrama veremos que en la línea de concentraciones se encuentra el Fe puro (con una concentración del 100%), mientras que en el extremo derecho de la misma línea se encuentra el 100% de cementita (Fe3C), y el 100% de cementita se corresponde a un 6.67% de carbono.

Este es el motivo, por el que el eje de concentraciones del diagrama Fe-C va desde el 0% al 6.67% de C

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Diagrama Fe-C

 

Diagrama Fe-C
Imagen 48. Isftic. Creative Commons.

En este diagrama observamos:

  • La línea de liquidus, línea ABCD.
  • La línea de solidus, línea AHJECF.

Como el hierro además de formar con el carbono el compuesto químico Fe3C, tiene dos transformaciones alotrópicas a y γ, en el sistema existen los siguientes constituyentes:

  • Líquido: Solución líquida de carbono en hierro. Existe por encima de la línea del líquido y se designa por L.
  • Cementita: Fe3C, existe en la vertical DFKL se designa por su fórmula química (Fe3C) o por C.
  • Ferrita: Constituyente estructural que es Fea, el cual disuelve el carbono en cantidades insignificantes. Se representa por Fea. La región de la ferrita en el diagrama hierro carbono se encuentra a la izquierda de las líneas GPQ, y AHN.
  • Austenita: Estructura consistente en una solución sólida de carbono en Feγ. La región de la austenita es NJESG. Se designa por A, γ ó Feγ.

La introducción del carbono en el Fe modifica las propiedades de este de forma muy significativa y es necesario conocer que ocurre en los aceros al aumentar el % de C. La primera clasificación de los aceros la realizaremos de acuerdo a su estructura de equilibrio.

  • Hipoeutectoides: Menos de 0.8%C (estructura de ferrita y perlita).
  • Eutectoides: 0.8%C (estructura de perlita).
  • Hipereutectoides: Mas de 0.8%C y menos de 2.14%C (estructura de cementita y perlita).

Según aumenta el contenido de carbono se produce una deformación mayor en las redes cristalinas, en las soluciones sólidas y da lugar a la aparición de cementita (Fe3C), constituyente muy duro y frágil, en mayor cantidad. Además la cementita se sitúa en el borde del grano lo que tiende a fragilizar la estructura del acero de un 0,9 a 1,2%, lo que hace que la resistencia que iba en aumento hasta el momento disminuya mientras que la dureza siempre va a aumentar, reduciéndose la resiliencia y el alargamiento relativo.

Es importante también la influencia del carbono en la tenacidad de los aceros. El aumento del contenido de carbono eleva el umbral de fragilidad en frío y hace que disminuya la resiliencia en la región de tenacidad.

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Análisis de las transformaciones estructurales en los aceros y fundiciones
En las gráficas siguientes se puede observar las transformaciones estructurales que se van produciendo a lo largo del enfriamiento de distintas líneas de concentración del diagrama Fe-C, indicando los constituyentes presentes en cada zona, con microfotografías que muestran el aspecto de cada uno de ellos.

Imagen 49. Isftic. Creative Commons. Imagen 50. Isftic. Creative Commons.
Imagen 51. Isftic. Creative Commons. Imagen 52. Isftic. Creative Commons.
Imagen 53. Isftic. Creative Commons. Imagen 54. Isftic. Creative Commons.

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En la siguiente web puedes ver una animación e intentar un cuestionario sobre el ciclo del acero. Si no se abre intenta pulsando aquí: ABRIR

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