aleaciones ferreas

Ciencia de Materiales, 4º curso, 2004/2005

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 más importante es el hierro-carbono. Los aceros y
fundiciones son aleaciones hierro-carbono. La clasificación de las aleaciones férreas según el
contenido encarbono comprende tres grandes grupos: hierro cuando contiene menos del 0.008 %
en peso de C, acero cuando la aleación Fe-C tiene un contenido en C mayor del 0.008 y menor del
2.11 % en peso (aunque generalmente contienen menos del 1 %), y fundición cuando la aleación
Fe-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 el
diagrama de fases del sistema binario Fe- Fe3C para contenidos altos de hierro. El hierro sufre
cambios estructurales con la temperatura antes de fundir. A temperatura ambiente la forma estable
es la ferrita o Fe-α (estructura CCI). A 912 °C la ferrita sufre una transformación polimórfica a
austenita o Fe-γ (CCC). La austenita setransforma a otra fase CCI a 1394 °C que se conoce como
ferrita-δ, la cual funde a1538 °C. Todos estos cambios se pueden observar en el eje vertical del
diagrama de fases para el hierro puro. El otro eje de la figura 4.1 sólo llega al 6.70 % en peso de C,
concentración que coincide con el 100 % molar del compuesto intermedio Fe3C conocido como
carburo de hierro o cementita. La parte entre el6.70 % de C y el 100 % de C (grafito puro) no es
importante desde el punto de vista tecnológico y no se va a estudiar.
El carbono en un soluto intersticial en el hierro y forma disoluciones sólidas con la ferrita (α
y δ) y con la austenita (γ). La ferrita tiene una estructura CCI y en los intersticios se puede situar
muy poco carbono, el máximo es un 0.022 % a 727 °C. Aunque en proporción muybaja, el carbono
afecta mucho a las propiedades mecánicas de la ferrita. Esta fase es relativamente blanda,
ferromagnética por debajo de 768 °C, y de densidad 7.88 g/cc. La austenita (Fe-γ) de estructura
CCC tiene una solubilidad máxima de carbono del 2.11 % a 1148 °C. Solubilidad aproximadamente
100 veces superior a la de la ferrita. Las transformaciones de fase de la austenita son muyimportante en los tratamientos térmicos de los aceros como se verá más adelante. La ferrita-δ solo
se diferencia de la α en el tramo de temperatura donde existe. Al ser sólo estable a altas
temperaturas no tiene interés técnico.
La cementita desde el punto de vista mecánico es dura y frágil, y su presencia aumenta la
resistencia de muchos aceros. Desde un punto de vista estricto, la cementita esmeta estable y si se
calienta entre 650 y 700 °C descompone para dar Fe-α y grafito en el periodo de años, que
permanece al enfriar. Por tanto, los diagramas no son realmente de equilibrio, pero al ser la
velocidad de descomposición de la cementita tan extremadamente lenta estos diagramas son los
útiles.

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En la figura 4.1 se puede observarregiones bifásicas y un eutéctico (CE = 4.30 % en peso de
C, y TE = 1148 °C). La reacción eutéctica es:
LE (4.30 % C)

←

⎯⎯⎯⎯ →
⎯

Fe-γ (2.11 % C) + Fe3C (6.7 % C)

En la que un líquido de composición eutéctica solidifica para dar dos fases sólidas de
austenita y cementita. El posterior enfriamiento de estas fases produce transformaciones de fases
adicionales. En el diagrama de fases sepuede observar otro punto invariante a la temperatura de
727 °C para una composición del 0.77 % de C. La reacción del eutectoide se puede representar
como:
Fe-γ (0.77 % C)

←

⎯⎯⎯⎯ →
⎯

Fe-α (0.022 % C) + Fe3C (6.7 % C)

Figura 4.1. Diagrama de fases hierro-cementita

Esta transformación de fase es de una importancia vital en los tratamientos térmicos de los
aceros. Como se...