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10.1.1.- Diagramas Fe-C.

Cuando un acero es calentado o enfriado por encima o por debajo de unas temperaturas críticas, se producen cambios en su estructura, o cambios de fase: un cambio de fase es un proceso en el que el acero cambia de estructura interna y en consecuencia de propiedades físicas.

Para determinar la temperatura a la que hay que calentar un material en un tratamiento térmico, hay que analizar los diagramas de equilibrio de la aleación. En ellos se especifican las temperaturas a las que ocurren los cambios de fase o cambios de estructura cristalina, en función de la concentración de cada uno de los materiales diluidos en la aleación.

Centrándonos en los aceros, el diagrama hierro-carbono es 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.

Imagen de diagrama Fe-C.

Así pues, para los aceros, un cambio de fase es un proceso en el que el acero cambia de estructura interna y por tanto de propiedades físicas, denominándose como "puntos críticos" aquellas temperaturas en las que se producen estos cambios. 

La imagen de la derecha muestra un diagrama Fe-C: en el eje de ordenadas, o eje Y, se representa la temperatura, y en eje de abscisas, o eje X se representa las proporciones de carbono y las de carburo de hierro (CFe3). El % en C toma valores crecientes hasta 6,67%, aunque en esta imagen sólo se muestra hasta un porcentaje de C de 2,3%. Las líneas que se muestran se corresponden con las condiciones en las que se dan las transformaciones o cambios de fase.

Conviene destacar algunas zonas en este diagrama:

  • Por encima de la línea azul, la aleación solo se encuentra en estado líquido, sea cual sea su composición.
  • Por debajo de la línea morada, la aleación solo se encuentra en estado sólido.
  • Entre estas dos líneas, la aleación se encuentra en una zona bifásica donde parte se encuentra en estado líquido y parte en estado sólido.
  • El punto en el que la línea azul corta el eje vertical, aproximadamente a 1539 ºC, representa el punto de fusión del hierro puro (cuyo contenido en carbono es del 0%).
  • Las líneas A3 (también Ac3 o Ar3) son las líneas de transformación de la austenita: la línea de la izquierda se corresponde con la transformación de la austenita en ferrita, y la de la derecha se corresponde con la pérdida de solubilidad de carbono en la austenita (no se forma ferrita, sino que cementita).
  • La línea A1 (también Ac1 o Ar1) es la línea de transformación de la austenita en perlita.

En las aleaciones Fe-C pueden encontrarse hasta once constituyentes diferentes, ferrita, cementita, perlita, austenita, martensita, troostita, sorbita, bainita, ledeburita, steadita y grafito.

Debes conocer

En la siguiente página Web encontrarás las características de estos once constituyentes:

Cada una de las fases presenta diferentes propiedades, y el acero adoptará unas u otras en función de su composición y su temperatura, así, dependiendo de la futura aplicación del producto se busca que dichas fases sean unas u otras.

Ejercicio resuelto

Valiéndote del diagrama Fe-C mostrado en la imagen anterior, intenta analizar por ejemplo una aleación hierro-carbono con 0,5% de C. Para ello, posiciónate sobre esa vertical (%0,5C), y de arriba hacia abajo ve analizando cómo se transforma esta aleación a diferentes temperaturas.

Autoevaluación

Pregunta

En un diagrama de equilibrio se analizan estas variables:

Respuestas

Temperatura.

Tiempo.

Composición de la aleación.

Velocidad.

Retroalimentación