¿Qué es el diagrama de fase hierro-carbono?

Diagrama de fase hierro-carbono

El diagrama de fases hierro-carbono se usa ampliamente para comprender las diferentes fases del acero y el hierro fundido. Tanto el acero como el hierro fundido son una mezcla de hierro y carbono. Además, ambas aleaciones contienen una pequeña cantidad de oligoelementos.

El gráfico es bastante complejo, pero como estamos limitando nuestra exploración a Fe3C, solo nos enfocaremos hasta el 6,67 por ciento en peso de carbono.

Este diagrama de fase de hierro-carbono se traza con las concentraciones de carbono por peso en el eje X y la escala de temperatura en el eje Y.

La Fig. muestra el diagrama de equilibrio Fe-C en el que se representan varias estructuras (obtenidas durante el calentamiento y el enfriamiento), fases y componentes microscópicos de varios tipos de acero y hierro fundido. Las estructuras principales, la importancia de varias líneas y los puntos críticos se analizan a continuación.

Estructuras en diagrama Fe-C

Los principales constituyentes microscópicos del hierro y el acero son los siguientes:

• Austenita
• Ferrita
• Cementita
• Perlita

1. Austenita

La austenita es una solución sólida de carbono libre (ferrita) y hierro en hierro gamma. Al calentar el acero, después de la temperatura crítica superior, la formación de la estructura se completa en austenita, que es dura, dúctil y no magnética.

Es capaz de disolver una gran cantidad de carbono. Se encuentra entre los rangos críticos o de transferencia durante el calentamiento y enfriamiento del acero. Se forma cuando el acero contiene hasta un 1,8 % de carbono a 1130 °C. Al enfriarse por debajo de 723°C, comienza a transformarse en perlita y ferrita. Los aceros austeníticos no se pueden endurecer con los métodos habituales de tratamiento térmico y no son magnéticos.

2. Ferrita

La ferrita contiene muy poco o nada de carbono en el hierro. Es el nombre que se le da a los cristales de hierro puro que son blandos y dúctiles. El enfriamiento lento del acero bajo en carbono por debajo de la temperatura crítica produce una estructura de ferrita. La ferrita no se endurece cuando se enfría rápidamente. Es muy suave y altamente magnético.

3. cementita

La cementita es un compuesto químico de carbono con hierro y se conoce como carburo de hierro (Fe3C). El hierro fundido que tiene 6,67% de carbono posee la estructura completa de cementita. La cementita libre se encuentra en todo el acero que contiene más de 0,83% de carbono. Aumenta con un aumento en el % de carbono como se refleja en el diagrama de equilibrio de Fe-C. es extremadamente duro

Se cree que la dureza y la fragilidad del hierro fundido se deben a la presencia de cementita. Disminuye la resistencia a la tracción. Este se forma cuando el carbono forma combinaciones definidas con el hierro en forma de carburos de hierro que son de naturaleza extremadamente dura. La fragilidad y la dureza del hierro fundido están controladas principalmente por la presencia de cementita en él. Es magnético por debajo de 200°C.

4. perlita

La perlita es una aleación eutectoide de ferrita y cementita. Se presenta particularmente en aceros de medio y bajo carbono en forma de mezcla mecánica de ferrita y cementita en la proporción de 87:13. Su dureza aumenta con la proporción de perlita en el material ferroso.

La perlita es relativamente fuerte, dura y dúctil, mientras que la ferrita es débil, blanda y dúctil. Está formado por placas alternas claras y oscuras.

Estas capas son alternativamente de ferrita y cementita. Cuando se ve con la ayuda de un microscopio, la superficie tiene la apariencia de una perla, por lo que se llama perlita. Los aceros duros son mezclas de perlita y cementita, mientras que los aceros blandos son mezclas de ferrita y perlita.

A medida que el contenido de carbono aumenta más allá del 0,2 % en la temperatura a la que la ferrita se rechaza por primera vez desde la caída de austenita hasta que, en o por encima del 0,8 % de carbono, no se rechaza ferrita libre de la austenita. Este acero se denomina acero eutectoide y tiene una estructura de perlita en su composición.

Como el hierro que tiene varios % de carbono (hasta un 6 %) se calienta y se enfría, las siguientes fases que representan las líneas informarán sobre la estructura del hierro, cómo se carga.

Importancia de las Líneas de Transformación

1. Línea ABCD

La línea ABCD indica que por encima de esta línea se ha completado la fusión durante el calentamiento de la plancha. El metal fundido está puramente en forma liquidus. Por debajo de esta línea y por encima de la línea AHJECF, el metal es parcialmente sólido y parcialmente líquido.

El metal sólido se conoce como austenita. Por lo tanto, la línea ABCD representa las temperaturas a las que se considera que se ha completado la fusión. Más allá de esta línea, el metal está totalmente en estado fundido. No es una línea horizontal, la temperatura de fusión variará con el contenido de carbono.

2. Línea AHJECF

Esta línea nos dice que el metal comienza a fundirse a esta temperatura. Esta línea no es horizontal y, por lo tanto, las temperaturas de fusión cambiarán con el contenido de carbono. Por debajo de esta línea y por encima de la línea GSEC, el metal está en forma sólida y tiene una estructura austenita.

3. Línea PSK

Esta línea ocurre cerca de los 723°C y es una línea horizontal y se conoce como una línea de temperatura crítica más baja porque la transformación del acero comienza en esta línea. El % de carbono no tiene que afectarlo, lo que significa que el acero que tiene un % diferente de carbono se transformará a la misma temperatura.

El rango por encima de la línea hasta GSE se conoce como el rango de transformación. Esta línea nos dice que el acero que tiene hasta un 0,8 % de carbono hasta un 0,8 % comenzará a transformarse de ferrita y perlita a austenita durante el calentamiento.

4. Línea ECF

Es una línea a una temperatura de 1130°C que indica que para el hierro fundido que tiene un % de C de 2% a 4,3%. Por debajo de esta línea y por encima de la línea SK, el hierro fundido tendrá austenita + ledeburita y cementita + ledeburita.

Preguntas frecuentes

¿Qué es el diagrama de hierro-carbono?

El diagrama Fe-C (también llamado fase hierro-carbono o diagrama de equilibrio) es una representación gráfica de los respectivos estados microestructurales de la aleación hierro-carbono (Fe-C) dependiendo de la temperatura y el contenido de carbono. Para explicar este diagrama se debe hacer una introducción sobre las estructuras metálicas y el hierro puro.

¿Cómo se lee un diagrama de carbono de hierro?

¿Por qué el diagrama de hierro-carbono se llama diagrama de equilibrio?

El carburo de hierro se denomina fase metaestable. Por lo tanto, el diagrama de carburo de hierro-hierro, aunque técnicamente representa condiciones metaestables, puede considerarse que representa cambios de equilibrio, en condiciones de calentamiento y enfriamiento relativamente lentos.

¿Cuáles son las fases en el diagrama de fases del carbono del hierro?

Para el diagrama de fase de hierro-carbono, los campos de fase de interés son campos de fase de ferrita, cementita, austenita, ferrita + cementita, ferrita + austenita y austenita + cementita.

¿Qué es el diagrama de equilibrio del carbono?

El diagrama de equilibrio hierro-carbono (también llamado diagrama de fase hierro-carbono) es una representación gráfica de los respectivos estados de la microestructura de la aleación hierro-carbono (Fe-C) según la temperatura y el contenido de carbono.

¿Cuál es el porcentaje de carbono en el acero eutectoide?

El acero que contiene 0,8% C se conoce como acero eutectoide. La microestructura de equilibrio del acero eutectoide obtenido a temperatura ambiente es la perlita.

¿Qué es el acero dulce?

El acero dulce es un metal ferroso hecho de hierro y carbono. Es un material de bajo precio con propiedades adecuadas para la mayoría de las aplicaciones generales de ingeniería. El acero dulce con bajo contenido de carbono tiene buenas propiedades magnéticas debido a su alto contenido de hierro; por lo tanto, se define como 'ferromagnético'.

¿De qué está hecho el acero?

acero, aleación de hierro y carbono en la que el contenido de carbono alcanza hasta el 2 por ciento (con un mayor contenido de carbono, el material se define como hierro fundido). Con mucho, el material más utilizado para construir la infraestructura y las industrias del mundo, se utiliza para fabricar de todo, desde agujas de coser hasta petroleros.

¿Cuál es el significado de la temperatura a0 en el diagrama de carburo de hierro de hierro?

La línea A1 es la línea de temperatura eutectoide y es la temperatura más baja a la que f.c.c. el hierro puede existir en condiciones de equilibrio. Justo por encima de la línea A1, la microestructura consta de aproximadamente un 25 % de austenita y un 75 % de ferrita.

¿Cuál es la temperatura crítica en el diagrama de carbono del hierro?

Por lo tanto, es la temperatura correspondiente al límite de fase gamma + alfa/gamma para el acero hipoeutectoide y es una función del contenido de carbono del acero, ya que disminuye de 910 °C al 0 % C a 727 °C al 0,76 % C. También se denomina temperatura crítica superior de los aceros hipoeutectoides.

¿Qué es la temperatura eutectoide en el diagrama de carbono del hierro?

La reacción eutectoide describe la transformación de fase de un sólido en dos sólidos diferentes. En el sistema Fe-C, hay un punto eutectoide a aproximadamente 0,8% en peso de C, 723°C. La fase justo por encima de la temperatura eutectoide de los aceros al carbono simples se conoce como austenita o gamma.

¿Cuál es la importancia del diagrama de carbono del hierro?

El diagrama de fases hierro-carbono se usa ampliamente para comprender las diferentes fases del acero y el hierro fundido. Tanto el acero como el hierro fundido son una mezcla de hierro y carbono. Además, ambas aleaciones contienen una pequeña cantidad de oligoelementos.

¿Es el carbono un FCC?

El carbono es más soluble en la fase FCC, que ocupa el área "γ" en el diagrama de fase, que en la fase BCC. El porcentaje de carbono determina el tipo de aleación de hierro que se forma al enfriarse a partir de la fase FCC o del hierro líquido:hierro alfa, acero al carbono (perlita) o hierro fundido.

¿Cómo saber si es BCC o FCC?

La diferencia más directa entre los cristales FCC y BCC está en los arreglos atómicos. La estructura cúbica centrada en las caras tiene un átomo en las 8 posiciones de las esquinas y en el centro de las 6 caras. La estructura cúbica centrada en el cuerpo tiene un átomo en las 8 posiciones de las esquinas y otro en el centro del cubo.

¿El acero es BCC o FCC?

La fase alfa se llama ferrita. La ferrita es un componente común en los aceros y tiene una estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC) [que está menos densamente empaquetada que la FCC].

¿Qué es el equilibrio hierro-carbono?

En condiciones de equilibrio, se formará ferrita proeutectoide en aleaciones de hierro y carbono que contengan hasta un 0,8 % de carbono. La reacción ocurre a 910 °C en hierro puro, pero tiene lugar entre 910 °C y 723 °C en aleaciones de hierro y carbono.

¿Qué es la perlita en el diagrama de carbono del hierro?

La perlita es la mezcla eutectoide de cementita y ferrita. Diagrama de equilibrio de carbono de hierro:el diagrama de fase de Fe-Fe3C no es un verdadero equilibrio porque el carburo de hierro es una fase inestable que, después de un tratamiento térmico prolongado, se descompone en hierro y carbono (la forma de grafito).

¿Qué es la ferrita en el diagrama de carbono del hierro?

La ferrita se conoce como solución sólida α. Es una solución sólida intersticial de una pequeña cantidad de carbono disuelto en hierro α (BCC). La solubilidad máxima es 0,025 % C a 723C y se disuelve solo 0,008 % C a temperatura ambiente. Es la estructura más blanda que aparece en el diagrama.

¿Cuál es la fase de hierro casi puro?

El hierro puro (hierro α o 'ferrita') sufre un cambio en la estructura cristalina cuando se calienta por encima de 910 °C, formando hierro γ o 'austenita'.

¿Por qué la línea ACM es más inclinada que la línea A3?

La línea Acm es mucho más inclinada que la línea A3, lo que, sin embargo, significa que la cantidad de cementita proeutectoide en los aceros comerciales es muy pequeña, pero también significa que se debe calentar a temperaturas demasiado altas para disolver esta cementita para una homogeneización completa de austenita.