b.diagrama de fases del sistema hierro-carbono

Ciencia de los Materiales

2015-1

Solubilidad en el estado sólido de los metales

Tipos de diagramas de fases de acuerdo a la Solubilidad

(cont.)

4. Fase intermedia de aleación (compuesto intermetálico) de composición constante.

DIAGRAMA DE FASES DEL

SISTEMA HIERRO-CARBONO

Diagrama de fases del sistema hierro-carbono


Fe:

• Tf = 1539 ºC

• ρ = 7,87 g/cm3

• Presenta cambios alotrópicos a 1400 y 900 ºC (a 768 ºC hay

un cambio de magnetización pero que no influye en nada en

el diagrama).

• El Fe puro no es usado pues sus propiedades mecánicas no

son buenas (dureza 90 HB, resistencia al tracción = 275 MPa

y alargamiento en 50 mm = 40%).

• El Fe se usa básicamente para la fabricación de aleaciones:

aceros (ordinarios e inoxidables) y fundiciones (hierros

fundidos).

C: tiene más aplicaciones en estado puro con respecto al Fe.


Curva de enfriamiento (en equilibrio) del Fe

1539 ºC

1400 ºC

910 ºC

(CCCu)

(CCCu)

(CCCa)

(CCCu)


Fe3C (cementita):

• Es una fase intermedia de aleación: carburo de hierro.

• Compuesto intersticial de Fe y 6,67% de C (en peso).

• Es extremadamente duro (800 HB) y frágil. Su ductilidad es

prácticamente nula y tiene reducida resistencia a la tracción

(35 MPa).

• Desde le punto de vista termodinámico se le considera una

fase metaestable: Fe3C → 3 Fe + C

La cementita tiende a descomponerse en sus componentes. No se

dice inestable pues el tiempo de descomposición es muy largo.

Se presentan por lo tanto dos diagramas: Fe-C y Fe-Fe3C.

El diagrama metaestable es el que se usa en forma práctica

para estudiar las aleaciones ferrosas.

Diagrama de fases del sistema hierro-carbono (Diagrama de equilibrio Fe–Fe3C)


(en peso)

(0,18)

(0,8)

α : ?

ɣ : ?

: ?

Fe3C : ?

(2,0) (0,025)

(0,10)

(1492ºC)

(723ºC)

(1130ºC)

Led

eb

uri

ta

Fe3C +

Ledeburita

Austenita +

Ledeburita

4,3

Perl

ita

p

ura

Ferrita

Ferrita +

Perlita

Perlita +

Ledeburita transformada

Ferrita +

Austenita

Austenita +

Fe3C

Fe3C +

Perlita

Fe3C +

Ledeburita transformada


intersticial


Ferrita (α): solución sólida

intersticial de pocos C en Fe-α

(CCCu). Estructura suave (<

Rockwell B 90) y dúctil.

Cementita o carburo de hierro

(Fe3C): compuesto intersticial

formado por enlaces atómicos. Duro,

frágil y de baja resistencia tensil; pero

alta resistencia a compresión.

C

Ferrita

Cementita


Transformaciones isotérmicas

--------------------------------------------------------------------------------

Perlita + Fe3C = Ledeburita transformada


Clasificación de aceros y fundiciones según el diagrama Fe-C


Ferrita Austenita

Microestructura de los aceros


Representación de las microes-

tructuras de un acero al

carbono eutectoide (0,8%C)

por encima y por debajo de la

temperatura eutectoide.

Microestructura: 100% Perlita

Fases: Ferrita + Cementita

Microestructura perlítica de un

acero eutectoide mostrando

láminas alternas de Ferrita (fase

clara) y Cementita (láminas más

delgadas y oscuras).

Acero Eutectoide


Acero Hipoeutectoide Representación de las microestruc-

turas de un acero al carbono

hipoeutectoide (<0,8%C) a medida

que se enfría desde la fase

austenítica hasta por debajo de la

temperatura eutectoide.

Microestructura: Ferrita + Perlita


Microestructura de un acero

hipoeutectoide (0,38%C) constituida

por Perlita y Ferrita.


Acero Hipereutectoide Representación de las microestruc-

turas de un acero hipereutectoide

(>0,8%C) enfriado desde la región de

fases austeníticas hasta por debajo

de la temperatura eutectoide.

Microestructura: Perlita + Cementita


Microestructura de un acero con 1,4%C

formada por una red de cementita

alrededor de las colonias de perlita.

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