EAF: Diagrama Hierro-Carbono

En esta nueva entrada se pretende explicar el diagrama de fases de hierro-carbono, así como sus diferentes componentes en cuanto al porcentaje de carbono, y los constituyentes que lo forman dependiendo a la temperatura a la que nos encontremos.

¿Cómo explicar el tan famoso diagrama?

En el diagrama de equilibrio 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 tal forma que el proceso de mezcla se realiza completamente.

Aquí vemos un diagrama de hierro-carbono en el cual se nos muestra y explica bien todo, veamos le en inglés, para que nos vaya sonando un poco :

En este otro diagrama, vemos de forma clara las distintas fases ya que se encuentran coloreadas para ayudarnos:

Podemos ver aquí otro diagrama, en castellano y mas sencillo que los anteriores:

Comenzaremos haciendo una clasificación de los aceros atendiendo a su porcentaje en carbono, para ello vemos aquí un esquema en el cual se nos muestra de forma clara, concisa y completa:

Dicho esto, podemos meternos a explicar los diferentes constituyentes del acero atendiendo a su porcentaje de carbono. Hablaremos de:

Austenita
Ferrita
Cementita
Perlita

-La primera, la austenita, se encuentra en la fase líquida, en dicha fase es el único componente que encontramos,se puede decir que su porcentaje máximo de carbono es del 2,11%. Si hablamos de sus propiedades, diremos que es dúctil, banda y tenaz. La austenita no es ferromagnética a ninguna temperatura.

Podemos ver aquí su estructura cristalina:

-La ferrita, también conocida como hierro alfa, es un material cerámico ferromagnético, podemos encontrarla en la zona sólida, por debajo de los 723ºC y entre el 0% y el 0.89% de carbono, junto a la perlita, aunque también podría decirse que se encuentra entre el 0.89% y el 1.76% puesto que en esta zona además de cementita encontramos perlita, de tal forma que, si la perlita es una mezcla de ferrita y cementita, estaría en ambas zonas.

Podemos observar aquí la estructura de la ferrita:

-En cuanto a la cementita, podemos decir que tiene una composición del 6.67% de carbono, hablando de sus propiedades decir que, es un componente muy duro, el más duro de los que componen el acero al carbono. Es frágil, tiene un alargamiento nulo y tiene poca resiliencia.

Al igual que la ferrita, la cementita se encuentra entre el 0% y el 1.76% de carbono, ya sea sola, o en la perlita junto a la ferrita.

Aquí vemos la estructura cristalina de la cementita:

-La perlita, es un compuesto de ferrita y cementita, exactamente lleva un 13.5% de cementita y un 86.5% de ferrita. La perlita aparece en granos denominados colonias, dentro de cada colonia las capas están orientadas en la misma dirección, y esta dirección varía de una colonia a otra. En el punto eutectoide encontramos solamente perlita, en cambio en ambos lados de dicha zona podemos encontrarla junto a ferrita o cementita como ya hemos contado anteriormente.

Hay dos tipos de perlita:

Perlita fina: dura y resistente.
Perlita gruesa: menos dura y más dúctil.

En cuanto a los tratamientos térmicos se refiere diremos que:

Consisten en someter al acero a una combinación de operaciones de calentamiento y enfriamiento con tiempos determinados, con el fin de variar las proporciones de sus constituyentes y así producir las propiedades deseadas sobre él. Las variaciones de las propiedades en el material que se producen como resultado del tratamiento térmico deben ser permanentes, de lo contrario el tratamiento térmico no tendría ningún sentido.

Los tratamientos térmicos más utilizados son el temple, el revenido, el recocido y la normalización. Todos los procedimientos se basan en la transformación o descomposición de la austenita. Por tanto, el primer paso en cualquier tratamiento térmico de un acero será calentar el material a la temperatura que conlleve la formación de la austenita.

El temple se aplica cuando se quiere conseguir un acero de elevada dureza y resistencia mecánica. El inconveniente es que aporta fragilidad a la pieza templada.
El principal objetivo del recocido es ablandar el acero eliminando posibles tensiones o anomalías internas de su estructura que pueden haberse originado como consecuencia de algún tratamiento previo (forja, laminación, etc) que endurecen el material.
El revenido se aplica cuando se quiere aumentar la tenacidad y ductilidad de los aceros que han estado sometidos al temple.
El normalizado del acero consiste en un calentamiento hasta la temperatura de austenización y un enfriamiento al aire libre a velocidad más lenta que el templado pero más rápida que el recocido.

En lo que se refiere al diagrama de enfriamiento (curvas en S) veremos una imagen y un vídeo a continuación en el cual se explica muy bien su análisis: