24 Ago
Diagrama de Hierro-Carbono
Diagrama de Hierro-Carbono. Este diagrama describe las transformaciones que ocurren en las aleaciones de hierro-carbono a diferentes temperaturas y composiciones. A temperatura ambiente, con un 0.008% de carbono, el hierro se encuentra en forma de ferrita. Al aumentar el contenido de carbono, comienza a aparecer perlita, una mezcla de ferrita y cementita. Con un contenido de carbono aún mayor, se forma cementita, y la mezcla resultante contiene perlita y cementita. A medida que el contenido de carbono se aleja del valor de 0.86%, la cantidad de cementita aumenta y la de perlita disminuye.
Si bien el diagrama tradicionalmente muestra aceros con hasta un 1% de carbono, en la práctica actual se aceptan aceros con hasta un 2% de carbono. Dentro de los aceros, se distinguen los hipoeutectoides (bajo contenido de carbono), los eutectoides (0.86% de carbono) y los hipereutectoides (alto contenido de carbono). La perlita se forma debido a la insolubilidad entre la ferrita y la cementita.
El acero, al ser sometido a cambios de temperatura, experimenta transformaciones en su estructura y constitución, las cuales dependen del contenido de carbono. El diagrama de hierro-carbono permite comprender estas transformaciones y el equilibrio de fases presentes en los distintos estados térmicos de las aleaciones. Es importante destacar que el diagrama considera dos perspectivas:
- Hierro-carbono en forma de grafito, presente en algunas fundiciones con alto contenido de carbono.
- Hierro-cementita, donde el carbono libre se considera proveniente de la descomposición de la cementita.
Análisis del Diagrama
Consideremos un hierro con 0.08% de carbono. Al llegar a 907°C, la temperatura se mantiene constante, lo que caracteriza al hierro δ (delta), con estructura cúbica centrada en las caras. En estas condiciones, el hierro puede absorber carbono y disolver la cementita, en mayor cantidad a medida que aumenta la temperatura, hasta un máximo de aproximadamente 1440°C.
Si se continúa calentando hasta 1401°C, el hierro vuelve a la estructura cúbica centrada en el cuerpo, conocida como hierro γ (gamma o austenita). Esta temperatura se mantiene hasta que comienza la fusión a los 1500°C.
La solución sólida es un estado en el que, por solidificación, los componentes del soluto y el solvente forman cristales mixtos. Este proceso se incrementa hasta los 872°C, donde toda la masa está formada por austenita. Entre 770°C y 872°C, el hierro α (alfa) presente se transforma en hierro β (beta).
A partir de 1470°C, se obtiene una solución sólida de carbono en hierro δ, que comienza a fundir a los 1500°C, formando la solución líquida de hierro-carbono.
En el caso de un acero perlítico, a 700°C se transforma completamente en austenita, la cual persiste hasta los 1200°C. La fusión comienza alrededor de los 1200°C y se extiende por un incremento térmico de aproximadamente 200°C, durante el cual la austenita se encuentra en una solución líquida de hierro-carbono, que se generaliza por encima de los 1478°C.
De forma similar, se puede analizar el comportamiento de otros aceros con diferentes contenidos de carbono y también de las fundiciones, utilizando una línea vertical en el punto correspondiente del diagrama. La mezcla eutéctica con 4.3% de carbono se conoce como ledeburita.
Las diferentes líneas del diagrama de hierro-carbono representan la sucesión de puntos de equilibrio de las fases presentes para cada estado. Por ejemplo, si partimos de una solución líquida de hierro-carbono con 1.4% de carbono y la enfriamos uniformemente hasta 1478°C, encontraremos el punto R en la curva AC, donde comienza la solidificación. En este punto, la solución líquida está saturada de austenita, que es la nueva fase que se forma.
Al continuar enfriando hasta 1448°C, la parte sólida estará formada por cristales de austenita con un contenido de carbono del 0.5% (punto S1 en la curva JE), mientras que la fase líquida (solución madre) tendrá un 2.2% de carbono (curva ABC).
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