2469681 Metalografia Diagrama fec

Metalografía –Aceros, Fundiciones e Inoxidables

Aleaciones Hierro-Carbono. Aceros y Fundiciones.
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 en carbono
comprende tres grandes grupos: hierro cuando contiene menos del 0.008 % en peso de C, acero
cuando laaleación 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).
Estructura Cristalina
Lo primero es comprender que un metal está internamente ordenado en celdas cristalinas como por
ejemplo la celdacúbica simple, y otras de mayor complejidad como la celda cúbica centrada en el
cuerpo que se muestra en la figura 1.

Cuando el metal fundido solidifica, en varios puntos se comienzan a reunir moléculas y forman un
núcleo ordenado que crece en todas direcciones. Las figuras 2 y 3 ilustran la asociación de dos
celdas vecinas en un diagrama simple y en una maqueta.

Las agrupaciones de celdas quecomienzan a solidificar, crecen tridimensionalmente hasta toparse
unas con otras, deteniendo el crecimiento.
Esto produce zonas en las cuales la red cristalina está ordenada las que llamaremos granos y zonas
denominadas límites de grano o fronteras de grano, en donde no existe orden alguno. En la figura 4
se muestra una micrografía obtenida con un microscopio electrónico, donde se aprecian granosy sus
fronteras.
Página 1 de 10

Metalografía –Aceros, Fundiciones e Inoxidables

Para observar esto en un microscopio, se pule una superficie plana, lo que corta los granos en
cualquier dirección. Para mejorar la visualización se aplica sobre la superficie una solución ácida
denominada ataque, la cual corroe los granos en mayor o menor grado, dependiendo de su
orientación cristalina. En lafigura 5 se muestra una metalografía con granos de acero ampliada 175
veces.
Los cambios que ocurren en las aleaciones a distintas temperaturas dependen de la cantidad
presente de cada elemento aleante. Esto se puede graficar en los llamados diagramas de fases, que
indican las posibles combinaciones en función de la composición química de la aleación y de la
temperatura. Estos diagramas sirven paraseleccionar los tratamientos térmicos y optimizar la
composición de la aleación en función a la microestructura que se desea obtener.
Diagrama Fe-C.
Fases en el sistema Fe-Fe3C.
En la figura 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 establees la ferrita o Fe-α.
A 912 ºC la ferrita sufre una transformación polimórfica a austenita o Fe-γ. La austenita se
transforma a otra fase a 1394 ºC que se conoce como ferrita-δ, la cual funde a1538 ºC. Todos estos
cambios se pueden observar en el eje vertical del diagrama de fases para el hierro puro. El otro eje
de la figura, sólo llega al 6.70 % en peso de C, concentración que coincide con elcompuesto
intermedio Fe3C conocido como carburo de hierro o cementita. La parte entre el 6.70 % de C y el
100 % de C (grafito puro) no es importante desde el punto de vista tecnológico y no se va a estudiar.
La ferrita es relativamente blanda y dúctil. Su estructura es cúbica centrada en el cuerpo,
ferromagnética por debajo de 768 ºC, y de densidad 7.88 g/cc.
La austenita es la más dúctil de lasfases del diagrama Fe-Fe3C, su estructura es cúbica centrada en
las caras. Esta fase permite un proceso de difusión con el carbono mucho más rápido, tiene una
solubilidad máxima de carbono del 2.11 % a 1148 ºC. Solubilidad aproximadamente 100 veces
superior a la de la ferrita. Las transformaciones de fase de la austenita son muy importante en los
tratamientos térmicos de los aceros como se verá más...