Sistema Fe-C. Diagrama de equilibrio metaestable Fe-C. Fases austenita, ferrita y cementita

Summary

La clase se centra en el diagrama de fases del hierro-carbono, crucial para entender los aceros al carbono y las fundiciones. Se explica que el hierro puro puede cristalizar en dos estructuras distintas según la temperatura: centrada en las caras (fcc) y cúbica centrada en el cuerpo (bcc). El carbono, al ser más soluble en la fase fcc, influye en la formación de fases como la cementita y la ferrita. El diagrama metaestable del hierro-carbono, que se usa comúnmente debido a que no se alcanza la estabilidad en enfriamientos lentos, muestra la evolución de las fases con el porcentaje de carbono y la temperatura. Se destacan reacciones clave como la auténtica, peritectica y eutectoide, y se describe cómo estas afectan la microestructura y las propiedades mecánicas de los aceros.

Takeaways

• 😀 El diagrama de fases hierro-carbono es fundamental para entender las propiedades de los aceros al carbono y las fundiciones.
• 🔍 El hierro puro puede estar en dos estructuras distintas según la temperatura: centrada en las caras (FCC) y cúbica centrada en el cuerpo (BCC).
• ⚙️ El carbono, siendo el elemento aliante más común, tiene una solubilidad mucho mayor en la fase FCC que en la fase BCC.
• 📉 El diagrama de fases estable de hierro-carbono se obtiene con enfriamientos extremadamente lentos, pero en la práctica se utiliza el diagrama metastable.
• 🔨 La fase metastable de hierro-carbono, la cementita, se descompone en dos fases estables: las zorritas y el grafito.
• 🌡️ En el diagrama metastable, la solubilidad del carbono en la fase alfa (ferrita) es limitada a un máximo del 0.0.25%, mientras que en la fase gamma (austenita) puede alcanzar hasta el 2%.
• 🔩 La cementita (Fe3C) es un compuesto intermétalico formado por la descomposición de la austenita y tiene un porcentaje de carbono del 6.67%.
• 🔧 Las tres reacciones importantes en el diagrama de hierro-carbono son: auténtica, peritectica y eutectoide.
• 🧐 La microestructura de un acero depende del porcentaje de carbono y las fases presentes: perlita (ferrita y cementita), cementita o ferrita.
• 📊 Mediante la metalografía, se puede determinar el porcentaje relativo de las fases en la microestructura de un acero al carbono y, a partir de esto, estimar su composición química.

Q & A

¿Cuál es la importancia del diagrama de fases hierro-carbono en la metalurgia?

El diagrama de fases hierro-carbono es fundamental en la metalurgia porque muestra las diferentes fases y estados en los que puede encontrarse una aleación de hierro y carbono, lo que permite predecir sus propiedades mecánicas y su comportamiento en procesos de enfriamiento y tratamiento térmico.

¿Cuál es la diferencia entre la estructura FCC y la BCC del hierro?

La estructura FCC (centrada en las caras) tiene un espacio intersticial más grande, lo que permite una mayor solubilidad de carbono, mientras que la estructura BCC (centrada en el cuerpo) tiene un espacio intersticial más reducido, lo que limita la solubilidad del carbono en esta fase.

¿Qué es la fase cementita y cómo se forma?

La fase cementita, también conocida como carburo de hierro, es una fase intermétalica formada por la descomposición de la fase austenita gamma por debajo de los 723 grados Celsius. Su fórmula química es Fe3C y tiene una estructura rombica, con un porcentaje de carbono del 6,67%.

¿Cuál es la diferencia entre la fase austenita y la fase ferrita en términos de solubilidad de carbono?

La fase austenita (gamma) puede contener hasta un 2% de carbono en solución sólida, mientras que la fase ferrita (alfa) solo puede contener un máximo del 0,04% de carbono en solución sólida, lo que indica una mayor capacidad de la austenita para disolver carbono.

¿Qué es la reacción eutéctica en el diagrama de fases hierro-carbono?

La reacción eutéctica es una transformación de fase isotérmica en la que el líquido se transforma en dos fases distintas: austenita y cementita, ocurriendo aproximadamente a 1146°C y un 4,3% de carbono.

¿Qué sucede en la reacción de peritectoide en el diagrama de fases?

La reacción de peritectoide es una transformación donde la fase delta (bcc de alta temperatura) y el líquido se transforman en la fase austenita gamma a una temperatura constante de aproximadamente 1495°C.

¿Cuál es la temperatura y el porcentaje de carbono en la reacción de eutectoide?

La reacción de eutectoide ocurre a 723 grados Celsius y aproximadamente al 0,8% de carbono, donde la fase austenita gamma se transforma en una estructura compuesta de ferrite (alfa) y cementita (Fe3C).

¿Qué es la microestructura perlítica y cómo se forma?

La microestructura perlítica, también conocida como perlita, es una estructura compuesta de láminas alternas de ferrite y cementita que se forma durante el enfriamiento lentamente de una aleación de hierro y carbono con una composición cercana al punto de eutectoide.

¿Cómo se determina el porcentaje de carbono en una aleación de hierro y carbono a partir de su microestructura?

Se puede determinar el porcentaje de carbono en una aleación de hierro y carbono observando la microestructura y aplicando la regla de la palanca en el diagrama de fases, tomando en cuenta las proporciones relativas de las fases presentes como ferrite, cementita y austenita.

¿Qué diferencia hay entre las propiedades mecánicas de una aleación de hierro con una alta proporción de cementita y una con una alta proporción de ferrite?

Una aleación con una alta proporción de cementita es extremadamente dura y resistente, mientras que una aleación con una alta proporción de ferrite es más blanda y maleable. Esto se debe a las diferencias en la estructura y la distribución de las fases en la aleación.