fases del diagrama hierro carbono
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Fases Del Diagrama Hierro Carbono
1.- Fase Austenítica (0 hasta 2,1% C)
La austenita es el constituyente más denso de los aceros y está formado por una
solución sólida por inserción de carbono en hierro gamma.
La cantidad de carbono disuelto, varía de 0 a 2.1 % C que es la máxima solubilidad
a la temperatura de 1130 °C.
La austenita presenta las siguientes características:
Baja temperatura de fusión.
Baja tenacidad.
Excelente soldabilidad.
No es magnética.
La austenita está formada por cristales cúbicos centrados en las caras estructura
(FCC).
Microestructura interna de la austenita.
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2.- Fase Ferrítica
2.1 Ferrita alfa α (0 hasta 0,022%C)
Es el nombre dado a la solución sólida α. Su estructura cristalina es BCC con una
distancia interatómica de 2.86 Å. Prácticamente no disuelve en carbono, como se
puede observar en la siguiente, donde se tiene un acero con bajo porcentaje decarbono.
La máxima solubilidad es 0,022% de C a 727°C, y disuelve sólo 0,008% de C a
temperatura ambiente.
Microestructura interna de la ferrita. [7]
2.2 Ferrita delta δ (0 hasta 0,09%C)
Se inicia a los 1400ºC y presenta una reducción en la distancia interatómica que la
hace retornar a una estructura cristalina BCC. Su máxima solubilidad de carbono
es 0.007% a 1487ºC. Las características de la ferrita δ son:
Muy blanda.
Estructura cristalina BCC
Es magnética.
Muy poca posibilidad de disolución del carbono.
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La ferrita experimenta a 912°C una transformación polimórfica a austenita FCC o
hierro γ. No posee una importancia industrial relevante. A partir de 1537ºC se
inicia la fusión del Fe puro.
La ferrita δ es como la ferrita α, y sólo se diferencian en el tramo de temperaturasen el cual existen.
3.- Fase Cementita (0,022% a 6,67%C)
Se forma cementita (Fe3C) cuando se excede el límite de solubilidad del carbono en
ferrita α por debajo de 727°C (la composición está comprendida en la región de
fases α+Fe3C). La cementita, desde el punto de vista mecánico, es dura y frágil, y su
presencia aumenta considerablemente la resistencia de algunos aceros.
La cementita se presenta de forma oscura al ser observada al microscopio como se
puede ver en la Figura 5.5, Estrictamente hablando, la cementita es sólo
metaestable; esto es, permanece como compuesto a temperatura ambiente
indefinidamente. Pero si se calienta entre 650 y 700°C durante varios años, cambia
gradualmente o se transforma en hierro α y carbono, en forma de grafito, que
permanece al enfriar hasta temperatura ambiente. Es decir, el diagrama de fases no
está verdaderamente en equilibrio porque la cementita no es un compuesto estable.
Sin embargo, teniendo en cuenta que la velocidad de descomposición de la
cementita es extraordinariamente lenta, en la práctica todo el carbono del aceroaparece como Fe3C en lugar de grafito y el diagrama de fases hierro-carburo de
hierro es, en la práctica, válido.
Microestructura interna de la cementita
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Las zonas oscuras corresponde a cementita que es el mayor constituyente en la
fundición blanca, las zonas claras corresponden a perlita
La cementita posee las siguientes propiedades:
Alta dureza.
Muy frágil.
Alta resistencia al desgaste.
4.- Fase Ledeburita
La ledeburita no es un constituyente de los aceros, sino de las fundiciones. Se
encuentra en las aleaciones Fe-C cuando el porcentaje de carbono en hierro aleado
es superior al 25%, es decir, un contenido total de 1.76% de carbono.
La ledeburita se forma al enfriar una fundición líquida de carbono (de composición
alrededor del 4.3% de C) desde 1130ºC, siendo estable hasta 723ºC,
descomponiéndose a partir de esta temperatura en ferrita y cementita. Está
formada por 52% de cementita y 48% de austenita. La ledeburita no existe a
temperatura ambiente en las fundiciones ordinarias debido a que en el
enfriamiento se transforma en cementita y perlita; sin embargo en las fundiciones
se puede conocer las zonas donde existió la ledeburita por el aspecto eutéctico con
que quedan las agrupaciones de perlita y cementita.
Microestructura interna de la ledeburita [8]
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5.- Fase Perlita
Es la mezcla eutectoide que contiene 0,77 % de C y se forma a 727°C a un
enfriamiento muy lento. Es una mezcla muy fina, tipo placa o laminar de ferrita y
cementita. Se le da este nombre porque tiene la apariencia de una perla al
observarse microscópicamente a pocos aumentos.
Cuando esta estructura laminar es muy fina (las láminas son muy delgadas) la
perlita se ve al microscopio óptico como negra. Sin embargo ambas fases, ferrita y
cementita en condiciones normales de ataque son blancas. El color oscuro o negro
lo producen el gran número de límites de grano existentes entre la matriz ferrítica y
las láminas de cementita. Se comprende que cuanto más anchas sean las láminas
(se habla entonces de perlita abierta o basta) la tonalidad se irá aclarando hasta
poder distinguirse las distintas láminas, no por ello la perlita pierde su carácter de
microconstituyente.
Hay dos tipos de perlita:
Perlita fina: dura y resistente.
Perlita gruesa: menos dura y más dúctil.
La perlita gruesa es más dúctil que la perlita fina a consecuencia de la mayor
restricción de la perlita fina a la deformación plástica. Mecánicamente las perlitas
tienen las propiedades intermedias entre la blanda y dúctil ferrita y la dura yquebradiza cementita.
Micro-estructura interna de la perlita
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6.- Fase Grafito
Cuando las aleaciones hierro carbono, exceden el 2% de carbono se tiende a formar
grafito, en la matriz de la aleación. Es especialmente cierto en la fundición gris,
donde el grafito aparece en forma de escamas y es una característica predominantede la microestructura. En la Figura 5.8 se observa la una forma típica del grafito, la
cual muestra la formación de este en forma de esferas.
Microestructura interna del grafito [8]
Es bastante duro, por lo que una cantidad elevada de grafito hace que la aleaciónsea muy dura pero a la vez, muy frágil, además los copos de grafito imparten una
buena maquinabilidad actuando como rompe virutas, y también presentan una
buena capacidad de amortiguación.
El grafito se puede clasificar en varios tipos:
El grafito tipo A: Es obtenido cuando son utilizadas bajas velocidades de
solidificación. Una fundición que presente este tipo de grafito adquiere
propiedades como superficie mejor acabadas, respuesta rápida a algunos
tratamientos térmicos, baja dureza, alta tenacidad y alta ductilidad.
El grafito tipo B: Se presenta en una fundición que presenta una composición
casi eutéctica.
El grafito tipo C: Aparece en hierros hipereutécticos, preferiblemente con
altos contenidos de carbono.
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Los grafitos tipo D y E: S forman cuando las velocidades de enfriamiento son
altas pero no tan altas como para formar carburos. Sus propiedades son alta
dureza y resistencia a la tracción, baja ductilidad y baja tenacidad.