Diagrama de hierro, fases para el acero y fundición.

Diagrama de hierro – carbono, fases para el acero y la fundición

Es el diagrama de fases para el acero y la fundición, en el cual se indican los constituyentes que existen a cualquier temperatura, y para cualquier contenido de carbono, cuando la aleación se enfría y calienta con la suficiente lentitud para que aquéllos permanezcan en estado de equilibrio.

Este diagrama no señala el tamaño relativo del grano de los constituyentes presentes, tampoco indica lo que le ocurre a la estructura cuando se emplean diferentes velocidades de enfriamiento. Observándolo (Fig. 32), se puede apreciar que en el eje de las abscisas hay unos puntos bien definidos:

1. El límite del diagrama corresponde a una proporción de carbono del 6,67%, que es la de la cementita pura. Las aleaciones hierro – carbono con carbono en una proporción superior a la citada lo contendrán en forma de grafito y, por tanto, están excluidas de las que consideramos como constituidas por carbono y hierro formando el carburo de hierro.
2. El punto C, denominado eutéctico, corresponde a una proporción de carbono del 4,3% y de carburo de hierro en un total de 64,5%. La aleación con un 4,3% de carbono es la de más bajo punto de fusión (1.130 °C). Además, la totalidad de la masa se funde o solidifica a una sola temperatura en lugar de dos (una del principio y otra del fin del cambio de estado, como ocurre con las aleaciones de contenido de carbono superior o inferior al 4,3%). Por eso, la línea ABCD del principio de solidificación tiene, con la AHJECF el punto común C, que es el eutéctico. Con contenidos inferiores de carbono entre el principio y el fin de la solidificación, se va precipitando austenita. Para aleaciones de contenidos superiores al 4,3%, se precipitan cristales de cementita. Las aleaciones con un 4,3% He carbono se solidifican formando un solo constituyente, que también se denomina eutéctico, y es la ledeburita.
3. El punto E marca la máxima solubilidad del carbono en hierro gamma y corresponde a un contenido de carbono del 1,76%. Este punto en el eje de las abscisas divide las aleaciones de hierro-carbono en dos clases: aceros de contenido de carbono inferior al 1,76%, hasta 0,03%, y las fundiciones de contenido de carbono comprendido entre 1,76% y 6,67%. Los aceros son las aleaciones que, a partir de una temperatura marcada en el diagrama por las líneas A3 (CS) y Acm (SE), se transforman íntegramente en austenita, y ésta, al enfriarla rápidamente, en martensita.
4. El punto S, denominado eutectoide, es análogo al C. La diferencia está en que en el punto eutéctico tiene lugar un cambio de estado de líquido a sólido, o viceversa, y en el eutectoide se produce solamente un cambio de constitución de la aleación, que es sólida. Así, el punto C marca la composición que permanece líquida a más baja temperatura, y el punto 5 indica la composición de la austenita, que es estable a más baja temperatura. La masa de austenita, al pasar por el punto S, se transforma toda ella en perlita.Para contenidos de carbono superiores o inferiores al del punto S, la transformación de la austenita en perlita tiene lugar a través de una fase intermedia durante la cual va dando un constituyente nuevo, hasta que, al llegar a la temperatura de 723 °C, la austenita tiene la composición eutectoide y se transforma íntegramente en perlita. Para porcentajes de carbono superiores al 0,89% la austenita, al enfriarse por debajo de la línea Acm, segrega cementita hasta llegar a los 723 °C; para porcentajes inferiores al 0,89% la austenita, al pasar a temperaturas inferiores a las de la línea A3 (GS), segrega ferrita hasta los 723 °C.
5. El punto J, cuyo porcentaje de carbono es del 0,18%, es el de la austenita que permanece estable a la más alta temperatura de 1.492 °C. Este punto se denomina peritéctico y puede muy bien considerarse como un punto eutéctico al revés.
6. El punto H, del 0,08% de carbono, es el máximo porcentaje que puede contener el hierro delta en solución sólida.
7. El punto P, del 0,025% de carbono, es el máximo porcentaje de carbono que puede disolver la ferrita. En el eje de las ordenadas hay los siguientes puntos críticos:

• A0 = 210 °C, en el cual tiene lugar el cambio magnético de la cementita, que deja de ser magnética por encima de esta temperatura.
• A1 = 723 °C, que es el límite de la perlita.
• A2 = 768 °C, que es el punto de cambio magnético de la ferrita, no magnética por encima de esta temperatura.
• A3 = (línea SC), que es el límite de la ferrita (este punto crítico varía desde 723 °C hasta 910 °C, según el porcentaje de carbono).
• Acm = (línea SE), que es el límite de la cementita (este punto crítico varía desde 723 °C hasta 1.130 °C). Línea EF = 1.130 °C, que es el límite de la ledeburita. La línea AHJECF es la de las temperaturas en que se inicia la fusión al calentar o se termina la solidificación al enfriar. Por debajo de esta línea, todo el metal está sólido.
• La línea ABCD es la de las temperaturas del término de la fusión al calentar o del inicio de la solidificación al enfriar. Por encima de ella todo el metal está en estado sólido. Entre esta línea y la anterior existe una mezcla de líquido y sólido.
• Línea A1 = (línea HB), que es el límite superior de la austenita.