Diagrama Fe-C

El hierro puro apenas tiene aplicaciones industriales, pero formando aleaciones con carbono y otros elementos (cromo, vanadio, aluminio, cobalto…) es el metal más utilizado en la industria moderna. El estudio del diagrama de fases Fe-C nos permitirá:

• Conocer la naturaleza y características de las fases y constituyentes a distintas temperaturas.
• Conocer las características de las transformaciones.

Como a temperatura ambiente el carbono está combinado con el hierro formando carburo de hierro (Fe₃C), el diagrama que estudiaremos debiera denominarse diagrama hierro-carburo de hierro. Además, debemos considerar que el diagrama está trazado para concentraciones de carbono inferiores al 6,67%, pues porcentajes mayores de carbono dan lugar a aleaciones que carecen de interés para la industria.

En este enlace del Catedu tienes todo lo que necesitas saber sobre el diagrama Fe-C.
Te dejo ahora una representación animada del diagrama Fe-C:

El hierro se “dopa” con carbono para posibilitar la mejora del comportamiento de las aleaciones férricas mediante la aplicación de tratamientos térmicos, que afectarán a la microestructura del material y de la que, directamente, dependen las propiedades mecánicas del mismo.

Las aleaciones con concentraciones menores del 2,11 % de carbono se conocen como aceros, y las que tienen una composición de carbono comprendida entre el 2,11 % y el 6,67 % se llaman fundiciones.

Las fases y microconstituyentes más importantes que aparecen en el diagrama Fe-C son:

• Ferrita: solución sólida intersticial de hierro alfa con C (es hierro alfa casi puro). Es el más blando y dúctil de los constituyentes de los aceros.
• Cementita: es un compuesto intermetálico de fórmula Fe3C (equivalente a 6,67%C). Es el constituyente más duro y frágil.
• Perlita: solución eutectoide formada por cristales de ferrita y cementita. La estructura laminar confiere elevada dureza y resistencia mecánica.
• Austenita: solución sólida de hierro gamma con C. Sólo es estable a temperaturas superiores a 723ºC, y en su enfriamiento se descompone en ferrita y cementita. Se trata de un constituyente blando, no magnético, dúctil, tenaz y de elevada resistencia al desgaste.
• Ledeburita: es el constituyente eutéctico que se forma en el enfriamiento de las fundiciones a 1130ºC. No existe a temperatura ambiente, y en el enfriamiento se transforma en cementita y perlita.

Si quieres ver de otra forma estos constituyentes, aquí tienes la presentación realizada por Amelia Tierno:

Estos constituyentes determinan las características de los aceros:

• Los aceros hipoeutectoides (0,008 % C - 1% C), formados por perlita y ferrita, son dúctiles y tenaces. La ferrita es el constituyente matriz y comunica sus propiedades al acero. La perlita aumenta la resistencia.
• Los aceros eutectoides (1% C), formados únicamente por perlita, poseen las mismas propiedades que ésta.
• Los aceros hipereutectoides (1 % C – 2 % C) son duros y frágiles, propiedades características de la cementita, que es el constituyente matriz.
• Las fundiciones están constituidas por perlita y cementita, pero a diferencia de los aceros, no podemos disolver la cementita, por lo que en general, son duras y frágiles y no aptas para la forja. Éstas son las fundiciones blancas. Pero en realidad sí es posible transformar la cementita en grafito consiguiendo las denominadas fundiciones grises, maleables y nodulares, con propiedades distintas a las blancas, que se asemejan más a los aceros.