The steel phase diagram

Diagrama de Fases del Hierro y Carbono

Introducción al Diagrama de Fases

• Se presenta el diagrama de fases más importante para los científicos de materiales: el diagrama hierro-carbono, que es fundamental para la producción de acero.

Reacciones Eutécticas y Peritecticas

• Se identifica una reacción eutéctica donde un líquido se convierte en dos sólidos diferentes: austenita (gamma) y cementita (Fe3C), a 4.3% en peso de carbono.

• En la parte superior izquierda del diagrama, se observa una reacción peritéctica a 1493 °C, donde un líquido y una fase delta se convierten en austenita.

Transformaciones entre Fases

• A 0.76% en peso de carbono, ocurre una transformación eutectoide donde la austenita se convierte en ferrita (α) y cementita (Fe3C).

• Justo por debajo del punto eutectoide, la estructura resultante es una mezcla lamelar de ferrita y cementita.

Composiciones Hipo e Hipereutectoides

• Las composiciones hipereutectoides tienen más del 0.76% de carbono, mientras que las hipoeutectoides tienen menos.

• El hierro comercial tiene muy bajo contenido de carbono (<0.008%), lo que le confiere flexibilidad.

Propiedades del Acero según su Composición

• Los aceros contienen entre 0.008% y 2.14% en peso de carbono; los hierros fundidos pueden llegar hasta 6.7%.

• La ductilidad del hierro puro contrasta con la dureza extrema del carburo (Fe3C), que es quebradizo pero resistente.

Clasificación de Aceros

• Los aceros bajos en carbono son maleables; los medios ofrecen un balance entre ductilidad y resistencia; los altos son fuertes pero quebradizos.

• Se mencionan microestructuras como perlita, bainita y esferoidita que serán discutidas más adelante.

Este resumen proporciona un esquema claro sobre el diagrama hierro-carbono, sus reacciones clave, transformaciones entre fases y propiedades asociadas con diferentes composiciones.

Estructuras en aleaciones hipoeutectoides y hipereutectoides

Proceso de enfriamiento en aleaciones hipoeutectoides

• Al enfriar una aleación hipoeutectoide, se pasa por una región intermedia donde se forma alfa más austenita. Esto ocurre al enfriar hacia la izquierda del eutéctico.

• Inicialmente, la estructura está compuesta completamente de austenita. A medida que se enfría, comienza a formarse ferrita.

• La ferrita tiende a formarse a lo largo de los límites de grano debido a que estos límites representan un costo energético; es más favorable formar nuevas fases allí.

• Los límites de grano son áreas donde los átomos están dispuestos de manera diferente, creando interfaces que dificultan la formación de enlaces estables. Por ello, es ventajoso eliminar estas superficies viejas al formar nuevas.

• Para que la ferrita se forme adecuadamente en los límites de grano, es necesario difundir átomos hacia o desde estas regiones. Si la difusión no es suficientemente rápida, se pueden formar precipitados en lugar de una fase continua.

Formación y características del pro-eutéctico

• Al continuar el enfriamiento y alcanzar temperaturas justo por encima del eutéctico, se establece el equilibrio termodinámico y se forma toda la fase ferrítica posible.

• En temperaturas por debajo del eutéctico, las regiones pro-eutécticas permanecen mayormente intactas. Estas son fases que forman antes de la reacción eutéctica.

• El término "pro-eutéctico" hace referencia a las fases sólidas que aparecen antes del proceso eutéctico completo; aquí, la ferrita es parte esencial del mismo.

Comparación con aleaciones hipereutectoides

• En contraste con las aleaciones hipoeutectoides, las hipereutectoides presentan una mezcla diferente: en lugar de alfa y una mezcla con Fe3C (carburo), solo contienen Fe3C como fase predominante.