Diagrama Hierro-Carbono(Fe-C).En el diagrama de equilibro, o de fases, Fe-C 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 que los procesos de difusin (homogeneizacin) tienen tiempo para completarse. Dicho diagrama se obtiene experimentalmente identificando los puntos crticos temperaturas a las que se producen las sucesivas transformaciones por mtodos diversos.El diagrama es el siguiente:

Tema 4. Aleaciones Hierro-Carbono. Aceros y Fundiciones.4.1. Diagrama Fe-C. 4.2. Aceros y fundiciones. 4.3. Aceros inoxidables. 4.4. Curvas TTT de aceros.El sistema de aleaciones binario ms importante es el hierro-carbono. Los aceros yfundiciones son aleaciones hierro-carbono. La clasificacin de las aleaciones frreas segn elcontenido en carbono comprende tres grandes grupos:hierrocuando contiene menos del 0.008 %en peso de C,acerocuando la aleacin Fe-C tiene un contenido en C mayor del 0.008 y menor del2.11 % en peso (aunque generalmente contienen menos del 1 %), yfundicincuando la aleacinFe-C tiene un contenido en C superior al 2.1 % (aunque generalmente contienen entre el 3.5 y el 4% de C).4.1. Diagrama Fe-C.Fases en el sistema Fe-Fe3C.En la figura 4.1 se representa eldiagrama de fases del sistema binario Fe- Fe3C para contenidos altos de hierro. El hierro sufrecambios estructurales con la temperatura antes de fundir. A temperatura ambiente la forma establees laferritao Fe-(estructura CCI). A 912 C la ferrita sufre una transformacin polimrfica aaustenitao Fe-(CCC). La austenita se transforma a otra fase CCI a 1394 C que se conoce comoferrita-, la cual funde a1538 C. Todos estos cambios se pueden observar en el eje vertical deldiagrama de fases para el hierro puro.El otro eje de la figura 4.1 slo llega al 6.70 % en peso de C,concentracin que coincide con el 100 % molar del compuesto intermedio Fe3C conocido comocarburo de hierro ocementita. La parte entre el 6.70 % de C y el 100 % de C (grafito puro) no esimportante desde el punto de vista tecnolgico y no se va a estudiar.El carbono en un soluto intersticial en el hierro y forma disoluciones slidas con la ferrita (y) y con la austenita (). La ferrita tiene una estructura CCI y en los intersticios se puede situarmuy poco carbono, el mximo es un 0.022 % a 727 C. Aunque en proporcin muy baja, el carbonoafecta mucho a las propiedades mecnicas de la ferrita. Esta fase es relativamente blanda,ferromagntica por debajo de 768 C, y de densidad 7.88 g/cc. La austenita (Fe-) de estructuraCCC tiene una solubilidad mxima de carbono del 2.11 % a 1148 C. Solubilidad aproximadamente100 veces superior a la de la ferrita. Las transformaciones de fase de la austenita son muyimportante en los tratamientos trmicos de los aceros como se ver ms adelante. La ferrita-solose diferencia de laen el tramo de temperatura donde existe. Al ser slo estable a altastemperaturas no tiene inters tcnico.La cementita desde el punto de vista mecnico es dura y frgil, y su presencia aumenta laresistencia de muchos aceros. Desde un punto de vista estricto, la cementita es meta estable y si secalienta entre 650 y 700 C descompone para dar Fe-y grafito en el periodo de aos, quepermanece al enfriar. Por tanto, los diagramas no son realmente de equilibrio, pero al ser lavelocidad de descomposicin de la cementita tan extremadamente lenta estos diagramas son lostiles. 2En la figura 4.1 se puede observar regiones bifsicas y un eutctico (CE= 4.30 % en peso deC, y TE= 1148 C). La reaccin eutctica es:LE(4.30 % C) Fe-(2.11 % C) + Fe3C (6.7 % C)En la que un lquido de composicin eutctica solidifica para dar dos fases slidas deaustenita y cementita. El posterior enfriamiento de estas fases produce transformaciones de fasesadicionales. En el diagrama de fases se puede observar otro punto invariante a la temperatura de727 C para una composicin del 0.77 % de C. La reaccin del eutectoide se puede representarcomo:Fe-(0.77 % C) Fe-(0.022 % C) + Fe3C (6.7 % C)Figura 4.1.Diagrama de fases hierro-cementitaEsta transformacin de fase es de una importancia vital en los tratamientos trmicos de losaceros. Como se coment en la introduccin los aceros contienen C entre el 0.008 y el 2.11 % de C,y al enfriarlas desde el campose obtiene una microestructura que est ntimamente relacionadacon las propiedades mecnicas de los aceros.

El estado actual del diagrama de equilibrio de las aleaciones hierro-carbono fue establecido como resultado de las investigaciones hechas por varios cientficos. La elaboracin de este diagrama fue empezada por D. Chernov, quien estableci en 1968 los puntos crticos del acero. Ms tarde volvi a estudiar reiteradamente este diagrama. N. Gutovski, M. Wittorft, Roberts Austen, Roozebom hicieron una gran aportacin al estudio de este diagrama. Los ltimos datos acerca del diagrama estn expuestos en las obras de I. Kornilov.Las aleaciones hierro-carbono pertenecen al tipo de aleaciones que forman una composicin qumica.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 (metalestable); este sistema est representado en el diagrama con lneas 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 lneas punteadas; este sistema expone el esquema de formacin 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).La temperatura a que tienen lugar los cambios alotrpicos en el hierro est influida por elementos de aleacin, de los cuales el ms importante es el carbono. En la figura # 01 muestra la porcin de inters del sistema de aleacin hierro carbono. Esta la parte entre hierro puro y un compuesto intersticial, carburo de hierro,Diagrama del Hierro carbono, que contiene 6.67 % de carbono por peso; por tanto, esta porcin se llamar 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 descompondr en hierro y carbono (grafito).El diagrama representa a qu temperatura se convierte en lquido o coexiste lquido y slido..El hierro puro pasa de estado slido a lquido a la mxima temperatura unos 1530A medida que aumenta el tanto por ciento de carbono hasta 4,3% disminuye la temperatura de fusin y a partir del 4,3% comienza a aumentar de nuevo.Todas las posibles aleaciones Hierro - Carbono y sus formas con la temperatura estnrepresentadas en lo que se llama el Diagrama de Equilibrio de Fases Sistema HierroCarbono. (ver grfico). Con la porcin del Diagrama hasta 5% en peso del carbono.En este diagrama vemos lo siguiente. El punto de fusin del hierro puro (0% C) es1538 C y luego que se agrega carbono disminuye el punto de fusin de la aleacinhasta llegar a 1154 C cuando contiene 4.3% Carbono ( 4.26%C) y luego con mayorcantidad de carbono vuelve a subir el punto de fusin. Por esa razn ese punto mnimose llama eutctico del griego fcil fusin y es muy importante para poder licuar elmetal y verterlo en moldes.Otro aspecto importante es el que se refiere a la mxima solubilidad de carbono en lared de hierro (slido) que se produce a 1148 C y es de 2.11% C. Ntese que el hierroentre la temperatura 1394 y 912 C, se llama hierro gama y corresponde a la formacristalina de cubo de caras centradas. El hierro en esa forma cristalina tiene los huecosms grandes en la red, pudiendo as acomodar los tomos de carbono con distorsin notan pronunciada como es el caso de la forma cristalina cubo de cuerpo centradollamada hierro alfa, razn por la cual el Fe disuelve mayor cantidad de carbono que elFe. Esta disolucin se refiere a aceptar el carbono en su red y formar una fasetotalmente homognea, tal como la disolucin de la sal en el agua. Se puede introducirms carbono en el hierro lquido pero al enfriar, ste expulsa el exceso de carbono de lared ya sea en forma de carbono puro (forma cristalina compleja llamada grafito) u otrasveces en forma de un compuesto de hierro rico en carbono, un carburo muy durollamado cementita con la siguiente frmula qumica Fe3C. Esto es igual que al enfriaruna solucin de agua con sal, sta alcanza el lmite de solubilidad de la sal con el agua,ya que sta disminuye con la temperatura, y la sal precipita al ser expulsada de lasolucin.Aqu vemos que el exceso de carbono puede precipitar en dos formas, y esto es lo queest representado en el diagrama, la lnea de segmentos se refiere a cuando precipitagrafito y la lnea slida a cuando precipita Fe3C. El sistema Fe-Fe3C es muy importante,porque cuando hay menos cantidad de carbono, menos de 2% las aleaciones contienenel carbono en forma de cementita y reciben el nombre de ACEROS y son posibles dedeformar sin quebrarse. Cuando tienen mayor cantidad de carbono reciben el nombrede FUNDICIONES, en ellas el carbono en exceso precipita como grafito y an mscomo lminas o escamas de grafito que interrumpen la red de hierro, tornndolos quebradisos.