Diagrama Fe-c (Hierro Carbono). En la siguiente presentación se definirá y se estudiara aspectos fundamentales de lo que es el diagrama Fe-C Actividad 20%. Corte I. Ciencia de los materiales.

1. Realizado por:
 Freddy Chacón.
Ci: 29.670.247
Maracaibo, octubre, 2021
Profesor:
 Mara Salazar.
Diagrama Fe-C.

2. Diagrama hierro carbono
(Fe-C).
En el diagrama de equilibrio o diagrama de
fases hierro-carbono (Fe-C)
(también diagrama hierro-carbono), se
representan las transformaciones que sufren
los aceros al carbono con la temperatura,
admitiendo que el calentamiento (o
enfriamiento) de la mezcla se realiza muy
lentamente, de modo tal que los procesos
de difusión (homogeneización) tengan
tiempo para completarse. Dicho diagrama se
obtiene experimentalmente identificando
los puntos críticos —temperaturas a las que
se producen las sucesivas
transformaciones— por diversos métodos.

3. Origen del diagrama Fe-C
El estado actual del diagrama de equilibrio
de las aleaciones hierro-carbono fue
establecido como resultado de las
investigaciones hechas por varios científicos.
La elaboración de este diagrama fue
empezada por D. Chernov, quien estableció
en 1968 los puntos críticos del acero.
Más tarde volvió a estudiar reiteradamente
este diagrama. N. Gutovski, M.
Wittorft, Roberts
Austen, Roozebomhicieron una gran
aportación al estudio de este diagrama. Los
últimos datos acerca del diagrama están
expuestos en las obras de I. Kornilov.

4. Generalidades del diagrama Fe-C
Las aleaciones hierro-carbono pertenecen al tipo de
aleaciones que forman una composición química. El
carbono se puede encontrar en las aleaciones hierro-
carbono, tanto en estado ligado (Fe3C), como en estado
libre (C, es decir, grafito), por eso, el diagrama comprende
dos sistemas:
Fe-Fe3C(metal estable): Este sistema
está representado en el diagrama con
líneas llenas gruesas y comprende
aceros y fundiciones blancas, o sea,
las aleaciones con el carbono ligado,
sin carbono libre (grafito).
Fe-C (estable): En el diagrama se representa
con líneas punteadas; este sistema expone el
esquema de formación de las estructuras en las
fundiciones grises y atruchadas donde el
carbono se encuentra total o parcialmente en
estado libre (grafito).
Para estudiar las transformaciones que
tienen lugar en aceros y fundiciones blancas
se emplea el diagrama Fe-Fe3C, y para
estudiar fundiciones grises, ambos
diagramas (Fe-Fe3C y Fe-C).

5. Generalidades del diagrama Fe-C
La temperatura a que
tienen lugar los
cambios alotrópicos
en el hierro está
influida por
elementos de
aleación, de los cuales
el más importante es
el carbono.
Esta la parte entre hierro
puro y un compuesto
intersticial, carburo de
hierro, que contiene
6.67 % de carbono por
peso; por tanto, esta
porción se llamará
diagrama de equilibrio
hierro - carburo de hierro.
Este no es un verdadero
diagrama de equilibrio, pues el
equilibrio implica que no hay
cambio de fase con el tiempo;
sin embargo, es un hecho que
el compuesto carburo
de hierro se descompondrá
en hierro y carbono (grafito).

6. Fases y Constituyentes
Ferrita
Austenita
Cementin
a
Ledeburita
Perlita
Martensita
Troostita
Sorbita
Bainita
Steadit
a
Grafito
Impurezas

7. Ferrita
Ferrita:
Aunque la ferrita es en realidad una
solución solida de carbono en hierro
alfa, su solubilidad a la temperatura
ambiente es tan pequeña que no llega a
disolver a 0,008% de C. Por esto,
prácticamente, se considera la ferrita
como hierro alfa puro. L a máxima
solubilidad del carbono en el hierro alfa
es de 0,02% a 723℃. La ferrita es el mas
blando y dúctil constituyentes de los
aceros. Cristalización en la red cubica
centrada. Tiene una dureza de 90 Brinell
y una resistencia a la rotura de 28 Kg/𝑚
𝑚2, llegando hasta un alargamiento del
35 al 40%. Es magnética.

8. Cementita
Cementita:
La cementita o carburo de
hierro Fe3C con un contenido en
carbono C del 6,67 %, se
produce por efecto del exceso de
carbono sobre el límite de
solubilidad. Es un compuesto
intermetálico cuyo enlace
predominante es no metálico,
parece lógico que sea frágil por
lo que, no es posible utilizarla
para operaciones de laminado o
forjado debido a su dificultad
para ajustarse a esfuerzos.

9. Perlita
Perlita:
La perlita es un constituyente compuesto
aproximadamente por el 86,5 % de ferrita
y el 13,5 % de cementita. Su
microestructura está formada por capas o
láminas alternas de las dos fases (ferrita y
cementita) durante el enfriamiento lento
de un acero a temperatura eutectoide. Se
le da este nombre porque tiene la
apariencia de una perla al observarse
microscópicamente a pocos aumentos.
Como la fase mayoritaria es la ferrita, las
propiedades estarán más próximas a las de
la ferrita: dureza 200 Brinell, resistencia:
80 kg/mm2, alargamiento: 15 % y
resiliencia: 10kg/mm2
Ferrita
Perlita

10. Austenita
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 0,8 % al 1,67 % de carbono C,
que es la máxima solubilidad a la
temperatura de 1125 °C. No es
estable a la temperatura ambiente
pero existen algunos aceros al
cromo-níquel denominados
austeníticos cuya estructura es
austenita a temperatura ambiente.

11. Martensita
La Martensita:
La martensita es una solución sólida
sobresaturada de carbono en hierro alfa .
Después de la cementita, es el
constituyente más duro de los aceros
templados. Se obtiene por enfriamiento
muy rápido de los aceros, una vez elevada
su temperatura lo suficiente para
conseguir su constitución austenítica. Sus
propiedades físicas varían con su
contenido en carbono hasta un máximo de
0,7 % C, aumentando su dureza,
resistencia mecánica y fragilidad con el
contenido de carbono.

12. Troostita
Troostita:
Antiguamente se la denomina osmondita. Se produce la
troostita por transformación isotérmica de la austenita entre
las temperaturas de 500 ℃ a 600 ℃ . Es decir, enfriando
rápidamente a esta temperatura constante hasta que toda la
austenita se haya transformado en troostita. Se produce
también la troostita cuando se enfría la austenita A una
velocidad inferior a la crítica de temple. La velocidad de
enfriamiento crítica de temple, como veremos más adelante,
es la mínima para que toda la austenita transforme en
martensita. Se presenta la troostita en forma de nódulos
compuestos de laminillas radiales de cementita sobre la
ferrita, parecidas alas de la perlita, pero mas finas. Su dureza
es de unos 500HB; su resistencia 250Kg/ 𝑚𝑚2 y su
alargamiento de 7,5%

13. Sorbita
Sorbita
Se produce también por transformación
isométrica de la austenita a temperaturas
comprendidas entre 600 ℃y 650 ℃. Es
decir enfriando rápidamente la austenita,
que deberá estar a temperaturas por
encima d la critica superior, hasta una
temperatura comprendida entre 600 ℃ y
650 ℃ , y manteniéndola a esta temperatura
constante hasta su total transformación en
sorbita.

14. Bainita
Bainita
Se forma en la transformación isométrica de
la austenita, entre temperaturas de 250 ℃ y
550 ℃. E s decir, enfriando la austenita
rápidamente hasta una temperatura
comprendida entre 300 ℃ y 500 ℃ y
manteniéndola después a una temperatura
constante hasta la transformación total de
la austenita en bainita

15. Ledeburita
Ledeburita:
La ledeburita no es un constituyente de los aceros,
sino de las fundiciones. Se encuentra en las
aleaciones hierro – carbono cuando el porcentaje de
carburo hierro aleado es superior al 25%, o sea, con
un contenido total de carbono superior al 1,76%. La
ledeburita es una eutéctica, palabra que en griego
significa fluidez perfecta y se emplea para designar
una mezcla de componentes que pasan sin
descomposición ni segregación del estado sólido al
líquido. La ledeburita se forma al enfriar la función
liquida4,3% de C desde 1.130 ℃ , siendo estable
hasta 723 ℃, descomponiéndose a partir de esta
temperatura en ferrita y cementita. La ledeburita
contiene el 52% de cementita y el 48% de austenita
de 1,76% de carbono. El contenido total de carbono
de la ledeburita s de 4,3%.

16. Steadita
Steadita:
Es un constituyente de la naturaleza eutéctica,
que aparece en las fundiciones de más de 0,15%
de fósforo. Como la steadita se compone de un
10% de fósforo aproximadamente, y casi todo el
fósforo de la fundición se concentra en este
constituyente se puede calcular el porcentaje de
steadita que contiene la fundición por se
contenido en fosforo. Así por ejemplo una
fundición que contenga 0,15% de fosforo tendrá
15% de steadita. La steadita es muy dura y frágil.
Funde a 960 ℃. En las fundiciones grises ésta
compuesta de un eutéctico de ferrita y fosfuro de
hierro. Y en las fundiciones blancas y
atruchadas, por un eutéctico de ferrita, fosfuro
de hierro y cementita

17. Grafito
Grafito:
El grafito es uno de los tres estados alotrópicos
en que se encuentra el carbono en estado libre
en la naturaleza, siendo los otros dos el
diamante y el carbón amorfo. El grafito es
blando, untuoso, de color gris oscuro y de peso
específico 2,25. El grafito se presenta en forma
esferoidal, en algunas fundiciones especiales. El
grafito baja la dureza, resistencia mecánica,
elasticidad y plasticidad de las fundiciones que
lo contienen; pero, en cambio, mejora la
resistencia al desgaste , a la corrosión y sirve de
lubricante en el roce.

18. Impurezas
Impurezas:
Una impureza es una sustancia
dentro de un limitado volumen de
líquido, gas o sólido, que difieren de la
composición química de los
materiales o compuestos. Las
impurezas son, ya sea natural o
añadidos, durante la síntesis de una
sustancia química o producto
comercial. Durante la producción, las
impurezas pueden ser a propósito,
accidentalmente, inevitable mente,
cierto o añadido en el fondo.

19. Características de los constituyentes
A mayor temperatura el hierro se
encuentra en estado líquido. Si se
añade carbono al hierro, sus
átomos podrían situarse
simplemente en los intersticios
de la red cristalina de éste último
Entre 911 y 1400 °C cristaliza en
el sistema cúbico de caras
centradas y recibe la
denominación de hierro γ o
austenita.
Entre 1400 y 1538 °C cristaliza
de nuevo en el sistema cúbico de
cuerpo centrado y recibe la
denominación de hierro δ
 En los aceros aparece combinado
formando carburo de hierro
(Fe3C)
 Un compuesto químico definido y
que recibe la denominación de
cementita.
 Los aceros al carbono están
constituidos realmente por
ferrita y cementita.
 Es en esencia el mismo hierro alfa
pero con parámetro de red mayor
por efecto de la temperatura.
 Dada su mayor compacidad la
austenita se deforma con mayor
facilidad
 Es paramagnética.

20. Características de las fases
Hierro alfa (α):Hasta los
911 °C (temperatura crítica
AC3), el hierro ordinario,
cristaliza en el sistema
cúbico de cuerpo centrado
y recibe la denominación de
hierro α o ferrita.
Hierro delta (δ)Entre
1400 y 1536 °C
cristaliza de nuevo en
el sistema cúbico de
cuerpo centrado y
recibe la denominación
de hierro δ
El hierro puro presenta tres estados alotrópicos a medida que se incrementa la
temperatura desde la temperatura ambiente:
 Es un material dúctil y maleable.
 Responsable de la buena forjabilidad de la
aleaciones con bajo contenido en carbono.
 Es ferromagnético hasta los 770 °C
(temperatura de Curie a la que pierde dicha
cualidad; se suele llamar también AC2).
 La ferrita puede disolver pequeñas
cantidades de carbono.
 Es en esencia el mismo hierro alfa pero
con parámetro de red mayor por efecto de
la temperatura.

21. Características de las fases
Hierro gamma (γ):Entre
911 y 1400 °C cristaliza
en el sistema cúbico de
caras centradas y recibe
la denominación de
hierro γ o austenita.
El hierro puro presenta tres estados alotrópicos a medida que se incrementa la
temperatura desde la temperatura ambiente:
 Dada su mayor
compacidad la austenita se
deforma con mayor
facilidad
 Es paramagnética.

22. Características de las fases
Cementita: en este caso la
cementita se encuentra en el
extremo derecho de nuestro
diagrama, y tiene una solubilidad
del 6,67%
 Y observando la parte inferior de
nuestro diagrama encontramos
una región, que contiene hierro
alfa que es ferrita y también
cementita, donde a esta region se
le conoce como: Perlita: y este es
un constituyente laminar, dado
que se tiene laminas de ferrita y de
cementita.
Ferrita
Perlita
Las laminas mas claras representan
a la ferrita, mientras que las mas
oscuras representan a la perlita.

23. Descripción de las Estructuras cristalinas
Hierro alfa (α)
Hierro delta (δ)
Hay una relación que comparten las fases:
Ambas van a tener una estructura cristalina
cubica centrada en el cuerpo, dicha estructura
la abreviamos como BCC.
Para el caso de la BCC, el factor de
empaquetamiento es de 68%
Esta estructura se comparte
para ambas, pero como
observamos esta presente en
los extremos del diagrama de
fases. Cuando tenemos una
temperatura relativamente
baja, pero también cuanto
esta a punto de transformar
en liquido nuestro hierro.
BCC no permite que entren muchos
átomos de carbono es por eso que la
solubilidad de carbono es muy
pequeña.
En la fase alfa la maxima es de
0,022% mientras que en el hierro
delta (no esta denotado) es de
0,08%

24. Descripción de las Estructuras cristalinas
Hierro gamma (γ)
La estructura cristalina de la
austenita, corresponde a una
cubica centrada en las caras,dicha
estructura la abreviamos como
FCC.
Para el caso de la
FCC, el factor de
empaquetamiento
es de 72%. El
arreglo es
diferente
lo que significa que los sitios
intersticiales son un poco mas
grandes, Significa que hay una
mayo capacidad para que pueda
agregarse el carbono.
Razón por la cual, dentro de la
austenita tenemos una capacidad de
disolución que puede llegar hasta el
2,11%

25. Diagrama Hierro Carbono

26. Conclusiones
En el caso del diagrama de aleación hierro-carbono se trata de un
diagrama de equilibrio en el que se representa el comportamiento de la
aleación de hierro y carbono en función del porcentaje de carbono
contenido en la mezcla y de la temperatura.
El diagrama metaestable hierro-carbono muestra tres puntos invariantes
característicos:
+Punto peritéctico (1492°C): Fase líquida(0.4%C) + Fe δ (0.08%C) —
>Fe γ (0.18% C)
+Punto eutéctico(1130°C):Fase líquida(4.3%C) –
>Austenita(1,76%C)+Fe3C (6.67%C)
+Punto eutectoide(723°C):Austenita(0.89%C)–> Ferrita (0.025%C) +
Fe3C (6.67%C)