Inde9229 Diagrama de Fases

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DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO DE FASES.

Indice:

1. CURVAS DE SOLIDIFICACION Y TRANSFORMACION. .....................................................................2

1.1 Sistemas materiales. .....................................................................................................................................2 1.2 Componentes de un sistema material. ...................................................................................................2 1.3 Fases de un sistema material. ...................................................................................................................2 1.4. Curvas de enfriamiento. ..............................................................................................................................3

2. DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO. .......................................................................................................................3 2.1 Trazado de los diagramas de equilibrio ..................................................................................................3 2.2 Composicin de las fases. Regla de la horizontal. .............................................................................5 2.3 Masas de cada fase. Regla de los segmentos inversos o de la palanca. ..................................5 2.4 Clases de diagramas de equilibrio binarios ..........................................................................................6

3. ALEACIONES HIERRO-CARBONO. .............................................................................................................8 3.1 Constituyentes de la aleacin. ...................................................................................................................8 3.2. Diagrama de equilibrio de las aleaciones hierro-carbono. ............................................................11 3.3 Procesos de solidificacin de seis aleaciones hierro-carbono. ....................................................13


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1. CURVAS DE SOLIDIFICACION Y TRANSFORMACION.

1.1 Sistemas materiales.

Se denomina sistema material, o simplemente sistema, a una sustancia o conjunto de sustancias en las que puden ocurrir transformaciones fsicas o qumicas.

El conjunto de las sustancias que forman el sistema debe estar libre de toda influencia ajena, a excepcin de los factores que deliberadamente se introduzcan en l y que generalmente son la temperatura, la presin y la concentracin de los diversos elementos que lo componen.

No se debe confundir un sistema material con una simple reunin de cuerpos. Para que dos cuerpos formen un sistema es necesario que el estado de uno dependa de algn modo del estado del otro, de manera que entre la superficie de separacin entre ellos no haya nada que pueda dificultar su influencia mutua. Un sistema puede tambin estar formado por una sola sustancia.

Los sistemas pueden ser homogneos y heterogneos.

Son homogneos cuando en todas las partes del sistema son iguales las propiedades fsicas. Es, por ejemplo, un sistema homogneo la disolucin de cloruro sdico (CINa) en agua.

Son heterogneos cuando la sustancia o sustancias del sistema no tienen iguales propiedades fsicas en toda su masa; por ejemplo, es un sistema heterogneo el agua con hielo, a pesar de estar slo formado por una sola sustancia que es el agua en dos estados distintos.

1.2 Componentes de un sistema material.

Los componentes de un sistema son las sustancias qumicas que los forman. Por ejemplo, en la aleacin del cobre y el estao hay dos componentes. En la aleacin del acero al carbono formado por una aleacin de hierro (Fe) y carburo de hierro (CFe 3 ), los componentes son el hierro (Fe) y el carburo de hierro (CFe 3 ).

1.3 Fases de un sistema material.

Se denominan fases de un sistema material cada parte homognea de un sistema fsicamente diferenciable de los dems. Por ejemplo, en el sistema agua pueden existir tres fases. La fase slida en forma de hielo, la fase lquida y la fase de vapor.

Las fases no es necesario que estn formadas por un elemento qumico puro. Pueden estar formadas por una aleacin, o por un compuesto qumico, o por una solucin. Por ejemplo, el agua salada con hielo constituye un sistema de dos fases: una, la solucin salina, que es agua con cloruro sdico (CINa), y otra, el hielo.


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1.4. Curvas de enfriamiento.

Las curvas de enfriamiento representan el proceso de enfriamiento en funcin del tiempo que experimentan los sistemas lquidos hasta que alcanzan la temperatura ambiente. Se trazan llevando al eje de las ordenadas las temperaturas, y al eje de las abscisas los tiempos en que se anoten las temperaturas.

Vamos a estudiar dos curvas fundamentales de solidificacin, que son las siguientes:

Solidificacin de un metal puro.

La figura anterior representa la curva de enfriamiento de un metal puro. La rama AB corresponde al enfriamiento cuando todava todo el metal est en estado lquido. Tenemos un componente y una fase.

Al llegar el metal en su enfriamiento a B, empieza a solidificarse y experimenta un cambio de estado que producir una reaccin contraria al factor que lo causa, que es la temperatura, y como est descendiendo, el metal tender a elevarla desprendiendo calor.

La curva, por tanto, permanecer sensiblemente horizontal mientras dure el cambio de estado. Este tramo BC se denomina rellano. En este tramo el sistema tiene un componente y dos fases una lquida y otra slida.

Al llegar al punto C, todo el metal se ha solidificado y se puede modificar la temperatura sin que se a ltere el sistema en el tramo CD.

2. DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO.

2.1 Trazado de los diagramas de equilibrio

Consideremos el caso ms sencillo: una aleacin binaria en la que los dos componentes A y B son totalmente solubles en estado lquido y slido.

Tracemos las curvas de enfriamiento (ver figura), como hemos visto anteriormente, para diversas proporciones de los componentes partiendo de la curva 1 de la aleacin 100% de A y 0% de B, es decir, el caso de solidificacin del metal puro A.

La curva tendr un tramo horizontal, pues mientras dura el cambio de estado, la temperatura 0, permanece constante.


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La curva II representa el enfriamiento de una aleacin de p% B y (100 p%) de A. La solidificacin ya no tiene lugar a temperatura constante, sino en un intervalo de temperaturas.

La curva III es el mismo caso anterior para las proporciones q% de B y (100 q%) de A.

Y, por fin, la curva IV es el caso del metal puro B, cuya solidificacin tendr otro tramo horizontal, de temperatura constante.

Ahora llevemos las temperaturas sobre las ordenadas de un sistema de ejes cartesianos, en cuyo eje de abscisas se representan las proporciones de los componentes de la aleacin, y unamos los puntos que representan las temperaturas de iniciacin de solidificacin para cada proporcin de los componentes de la aleacin, y los puntos que representan las temperaturas de fin de la solidificacin.

El diagrama obtenido se denomina diagrama de solidificacin. La lnea que une las temperaturas de principio de solidificacin se denomina de lquido o lquidos.

La lnea que une las temperaturas de fin de la solidificacin se denomina lnea de slido o solidus.

Si el diagrama anterior lo completamos anotando las temperaturas para cada porcentaje de la aleacin en que se produce, en el enfriamiento de la solucin slida, cambios de constitucin, y unimos todos los puntos por una lnea que se denomina lnea de transformacin, obtendremos en conjunto un diagrama que se denomina diagrama de equilibrio.

Por encima de la lnea del lquido, la aleacin en todos los porcentajes de sus componentes est siempre lquida.

Por debajo de la linea de slido, la aleacin en todos sus porcentajes est siempre slida. Entre ambas lneas, la aleacin est parcialmente slida y parcialmente liquida.


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2.2 Composicin de las fases. Regla de la horizontal.

Se trata de determinar la composicin qumica de las fases de una aleacin de composicin m a una temperatura en un sistema que, para mayor sencillez supondremos binario, o sea, con dos componentes y dos fases de equilibrio: una slida y otra lquida (ver figura).

Tracemos una horizontal por la ordenada que marca la temperatura considerada, que corta a la lnea de slido en el punto C, de composicin s, y a la lnea de lquido, en el punto D, de composicin l.

Si ahora suponemos que se enfra desde el estado lquido una aleacin de composicin l, al bajar del punto D se empezar a solidificar. Es decir, que para la aleacin de concentracin l, la temperatura MQ , es la ms baja a que permanece lquida toda la aleacin. En cuanto descienda de esta temperatura, habr variacin de una fase (lquida) a dos fases (lquida y slida).

Si, al revs, calentamos una aleacin slida de composicin s, al llegar a C empezar a fundir. Es decir, que para una aleacin de composicin s, la temperatura MQ , es la ms alta en que permanece slida toda la aleacin. En cuanto se eleve un poco, habr variacin de una fase (slida) a dos fases (slida y lquida).

Y como a la citada temperatura slo puede haber una fase slida y otra lquida, y las nicas que pueden coexistir son la slida, de composicin s, y la lquida, de composicin l, sern precisamente stas las composiciones de las fases buscadas.

De lo expuesto resulta la siguiente regla denominada regla de la horizontal: Para una temperatura determinada, la composicin de las fases slida y lquida de una aleacin binaria en equilibrio viene dada por las abscisas de los puntos de interseccin de la horizontal que pasa por la temperatura, con las lneas de slido y lquido.

2.3 Masas de cada fase. Regla de los segmentos inversos o de la palanca.

Los diagramas de equilibrio permiten tambin calcular las masas de cada fase de una aleacin que suponemos, como en el caso anterior, de dos


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componentes y con dos fases, una slida y otra lquida, para una proporcin determinada m del componente A a una temperatura.

Se enuncia entonces la regla denominada de los segmentos inversos: El porcentaje de las masas de cada fase de una aleacin determinada, es proporcional al segmento parcial de la horizontal que pasa por la temperatura, comprendido entre el punto en que la corta la ordenada de su concentracin y la curva opuesta.

Para nuestro caso, tomando el ejemplo de la figura anterior:

MCMD

LS =

2.4 Clases de diagramas de equilibrio binarios

Se pueden clasificar los diagramas binarios segn la solubilidad en estado slido y lquido de sus componentes A y B.

A. Solubilidad total en estado lquido y slido

Un diagrama clsico de este tipo es el de la aleacin oro-plata que se ha representado en la figura anterior y cuya interpretacin no ofrece ninguna duda, ni tiene ninguna caracterstica especial que sealar.

B. Solubilidad total en estado lquido e insolubilidad total en estado slido

Un diagrama caracterstico de este grupo es el del cadmio-bismuto (Cd-Bi), que se ha representado en la figura siguiente.

En esta aleacin cadmio-bismuto (Cd-Bi) se produce una mezcla eutctica para una concentracin del 40 % de cadmio y el 60 % de bismuto.

En este punto estn las proporciones de cadmio y bismuto en la relacin:

Las mezclas eutcticas son mezclas finsimas e ntimas de cristales puros de los elementos aleados, cada uno de los cuales ha solidificado separadamente, pero que por la viscosidad atmica de la aleacin se presentan yuxtapuestos.

La eutctica no puede ser definida como un constituyente, pues es solamente una estructura especial formada por dos constituyentes en proporciones fijas y determinadas para cada aleacin.


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Una propiedad caracterstica de la mezcla eutctica es que funde a una temperatura constante, en lugar de a un intervalo de temperaturas, como funden las aleaciones. Y adems esta temperatura de fusin es ms baja que la de los elementos que forman la eutctica. De ah su nombre, puesto que eutctica, en griego, significa que funde bien.

C. Solubilidad total en estado lquido y solubilidad parcial en estado slido.

En la figura siguiente se ha representado un diagrama caracterstico de este grupo con dos componentes A y B, y un punto eutctico E.

La lnea de lquido es la AEB. Por encima de esta lnea, toda la aleacin est lquida. La lnea de slido es la AMENB. Por debajo de esta lnea, todas las aleaciones estn slidas.

Entre AE y AME, y entre EB y ENB, las aleaciones estn parcialmente slidas y parcialmente lquidas.


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D. Transformaciones en estado slido.

Se la denomina tambin la reaccin eutectoide. En el estado slido se puede dar una reaccin cuya expresin general es:

Slido 1 Slido 2 + slido 3

es decir, que a cierta temperatura un slido origina en el enfriamiento dos nuevas fases slidas.

En los aceros, un ejemplo de transformacin eutectoide se da a 723 C en que la solucin slida austenita de 0,89% de carbono origina solucin slida ferrita de 0,03% y un compuesto qumico Fe 3 C (cementita) de 6,67 % de carbono.

La reaccin eutectoide es la base de los tratamientos trmicos de numerosos sistemas de aleacin.

La figura siguiente muestra un ejemplo en el que se produce una reaccin eutectoide. La aleacin de composicin 0,89% de carbono en hierro en el punto E se ha transformado en ferrita a y cementita segn:

g a+ Fe 3 C

3. ALEACIONES HIERRO-CARBONO.

3.1 Constituyentes de la aleacin.

En el diagrama hierro - carbono que se presenta a continuacin, se pueden apreciar los siguientes constituyentes fundamentales generales:

Hierro: tiene un contenido en carbono entre el 0,008% y el 0,025%. El hierro puro es difcil de obtener puesto que la concentracin de carbono a temperatura ambiente ha de ser menor al 0,008%. Por otra parte sus aplicaciones estn limitadas casi exclusivamente a ncleos de inductancias.

Aceros: para que una aleacin de hierro carbono se considere acero, la concentracin de carbono ha de estar comprendida entre el 0,025 % y el 1,76 % a temperatura ambiente. El campo de aplicacin de los aceros es muy


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amplio, abarcando todos los campos de la industria. Entre sus caractersticas fundamentales estn: su alta dureza, buena resistencia mecnica, maleabilidad, ductilidad, etc.

Fundiciones: reciben este nombre las aleaciones de hierro - carbono que tienen una concentracin de carbono comprendida entre el 1,76 % y el 6,67 %. La caracterstica fundamental de la fundicin es su extraordinaria dureza, que la hace ideal para herramientas de corte.

Constituyentes particulares.

Ferrita: Tambin conocida como hierro alfa Fea . Para temperaturas inferiores a 900C tiene una estructura cbica centrada en el cuerpo. Dependiendo de la temperatura a la que se encuentre, la ferrita es dctil y magntica, pero pasa a ser no magntica a temperaturas superiores a 768C. Su capacidad para formar soluciones slidas de insercin es muy dbil puesto que sus espacios interatmicos disponibles son pequeos. Por tanto, slo los elementos de menor dimetro atmico, H, B, N y C, son capaces de colocarse en los intersticios, pero a costa de crear una gran distorsin en la red, as, la mxima solubilidad del carbono en la forma alfa es slo 0,0259% en masa a 723C.

Austenita: Componente tambin conocido como hierro gamma Feg , con estructura cbica centrada en las caras. Esta variedad alotrpica del hierro es estable a temperaturas comprendidas entre 910 C y 1400 C y es ms densa que la forma alfa y no magntica. El Feg posee mayor capacidad para formar soluciones slidas que el alfa, puesto que el espacio interatmico disponible en el centro de los cubos puede alojar fcilmente a los elementos de pequeo dimetro atmico anteriormente citados. As, el Feg llega a disolver hasta 1,76% de carbono a 1130C. La solucin slida de insercin formada recibe el nombre de austenita, la cual slo es estable a elevadas temperaturas.


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Cementita: Este constituyente es el carburo de hierro, con un 6,67 % de carbono, de frmula Fe 3 C, que cristaliza en el sistema ortorrmbico. Es muy frgil y duro (HV = 840) y a bajas temperaturas es ferromagntico y pierde esta propiedad a 212 C . Probablemente funde o se descompone por encima de 1950 C, es inestable a temperaturas inferiores de 1200C y tiene tendencia a descomponerse en grafito. Ciertos elementos, como el S, Te, N, Mn, Cb y Mg, tienden a estabilizar a la cementita, y otros, como el Si, Ti, Al, Ni, Bi e H, tienden a acelerar su descomposicin.

Perlita: Es una mezcla que se da en el punto eutectoide (0,8% de C y 723C) y consta de ferrita ms cementita. Su estructura esta constituida por lminas alternativas de ferrita y cementita, siendo el espesor de las lminas de ferrita 0,3 mm superior a las de cementita. Las propiedades mecnicas de la perlita son intermedias entre las de la ferrita y cementita y aunque es ms dura y resistente que la ferrita, es ms blanda y maleable que la cementita.

Martensita: Es una solucin slida sobresaturada de carbono en Fea . Se obtiene por enfriamiento rpido de la austenita de los aceros, tras haber sido calentada para conseguir una constitucin austentica. Se presenta en forma de agujas y cristaliza en el sistema tetragonal. La proporcin de carbono no es constante y vara hasta un contenido mximo de 0,98 %. Si aumentamos la proporcin de carbono, tambin aumenta la resistencia mecnica, la dureza y la fragilidad del acero.

Una vez conocidos los constituyentes que pueden encontrarse en las aleaciones hierro-carbono, vamos a determinar cules de ellos las forman, segn sean sus proporciones de hierro y carbono y temperatura a que se encuentran.

Para esto lo ms claro y sencillo es el trazado y estudio del diagrama de equilibrio de las aleaciones hierro-carbono.

3.2. Diagrama de equilibrio de las aleaciones hierro-carbono.

En la figura se ha representado el diagrama de las aleaciones hierro-carbono. En el eje de las abscisas figuran las proporciones de carbono y tambin las de carburo de hierro CFe 3 .

A la vista del diagrama podemos apreciar que en el eje de las abscisas hay cuatro puntos bien definidos:

1. El lmite del diagrama corresponde a una proporcin de carbono del 6,67 %, que es el de la cementita pura. Las aleaciones hiero-carbono con carbono en proporcin superior al 6,67 %, lo contendrn en forma de grafito y, por tanto, estn excluidas de las aleaciones ahora consideradas, que deben estar formadas nica y exclusivamente con carbono combinado con el hierro en forma de carburo de hierro.

2. El punto C denominado eutctico, correspondiente a una proporcin de carbono del 4,3 %, y de carburo de hierro en total de 64,5 %. La aleacin del


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4,3 % de carbono es la de ms bajo punto de fusin (1.130). Adems, la totalidad de la masa de la aleacin funde o se solidifica a una sola temperatura en lugar de a dos temperaturas, una de principio y otra de fin del cambio de estado (fusin o solidificacin, como ocurre con las aleaciones de contenido de carbono superior o inferior al 4,3 %).

Por eso la lnea ABCD, de principio de solidificacin, tiene con la AHJECF el punto comn C, que es el eutctico.

Y as como con contenidos inferiores de carbono entre el principio y el fin de la solidificacin se va precipitando austenita, y para aleaciones de contenidos de carbono superiores al 4,3 % entre el principio y el fin de la solidificacin se precipitan cristales de cementita, las aleaciones del 4,3 % de C se solidifican formando un solo constituyente, que tambin se denomina eutctico y es la ledeburita, formado, como se sabe, por el 52 % de cementita y el 48 % de austenita de 1,76 % de carbono a 1.130 grados.

3. El punto E marca la mxima solubilidad del carbono en hierro gamma; es decir, que es el punto de mximo contenido de carbono de la austenita, que, como se recordar, es solucin slida de carbono en hierro gamma. Este punto corresponde a un contenido de carbono de 2,1 %.

Adems, el punto de 2,1 % en el eje de las abscisas divide las aleaciones de hierro-carbono en dos clases de caractersticas muy distintas: los aceros de contenido de carbono inferior a 2,1 % hasta 0,03 %, y las fundiciones de contenido de carbono comprendido entre 2,1 % a 6,67 %.

Los aceros son las aleaciones de hierro-carbono que a partir de una temperatura determinad, marcadas en el diagrama por las lneas A3 (GS) y Acm (SE), se transforman ntegramente en austenita, y la austenita, al enfriarla rpidamente, se convierte en martensita.

4. El punto S, denominado eutectoide, es anlogo al punto C, que denominbamos eutctico. La diferencia est en que en el punto eutctico tiene lugar un cambio de estado de lquido a slido o de slido a lquido, y en el punto eutectoide se produce solamente una transformacin de la constitucin de la aleacin, que es slida lo mismo a temperaturas inferiores que a temperaturas superiores al punto eutectoide.

La analoga, salo esta diferencia, es total. As como el punto C (eutctico) marcaba la composicin de la aleacin que permaneca lquida a ms baja temperatura, tambin el punto S (eutectoide) marca la composicin de la austenita, que es estable a ms baja temperatura. Este porcentaje es de 0,77 % de C, o sea, 13,5 % de carburo de hierro.

Adems, la totalidad de la masa de la austenita, de composicin eutectoide, se transforma ntegramente al pasar por el punto S (eutectoide) en perlita, que es el constituyente eutectoide, igual que era la ledeburita el constituyente eutctico que se formaba al solidificarse la aleacin en el punto C (eutctico). Para contenidos de carbono superiores o inferiores al del punto S (0,77 % de C), la austenita va segregando un constituyente nuevo hasta que, al llegar a la temperatura de 727, la austenita alcanza la composicin eutectoide


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y se transforma ntegramente en perlita. Para porcentajes de carbono superiores al 0,89 %, la ausenita, al enfriarse por debajo de la lnea Acm (SE), segrega cementita hasta llegar a los 727. Y para porcentajes de carbono inferiores al 0,77 % de C, la ausenita, al bajar en su enfriamiento de temperaturas inferiores a las de la lnea A3 (GS), segrega ferrita hasta llegar a los 727.

5. Punto J, cuyo porcentaje de carbono de 0,18 % es el de la austenita, que permanece estable a la ms alta temperatura de 1.495. Este punto se denomina peritctico, y puede considerarse como un punto eutctico al revs.

6. El punto H, de 0,08 % de C, es el mximo porcentaje que puede contener en solucin slida de hierro delta.

7. Y, por fin, el punto P, de 0,025 % de C, que es el mximo porcentaje de carbono que puede disolver la ferrita.

Se ha marcado tambin en el diagrama, en el eje de las abscisas, un punto que corresponde a 0,03 % de carbono, que es el mnimo que puede contener el hierro para que se considera aleacin hierro-carbono. Por debajo de este porcentaje de carbono se considera como hierro tcnicamente puro.

En el eje de las ordenadas hay los siguientes puntos crticos:

A 0 = 210, en el que tiene lugar el cambio magntico de la cementita. Es decir, hasta 210 la cementita es magntica, y por encima de esta temperatura deja de ser magntica.

A 1 = 727, que es el lmite de la perlita.

A 2 = 768, que es la temperatura de cambio magntico de la ferrita. Por encima de esta temperatura, la ferrita deja de ser magntica.

A 3 = (lnea SG), que es el lmite de la ferrita. Este punto crtico vara desde 727 a 912, segn el % de carbono.

Acm = (lnea SE), que es el lmite de la cementita. Este punto crtico vara entre 727 y 1.148.

Lnea EF = 1.148, que es el limite de la ledeburita.

La lnea AHJECF es la de temperaturas de iniciacin de la fusin al calentar o de terminacin de la solidificacin al enfriar. Por debajo de esta lnea todo el metal est solido. La linea ABCD es la de temperaturas de fin de la fusin al calentar o de iniciacin de la solidificacin al enfriar. Por encima de ella todo el metal est en estado lquido. Entre esta lnea y la anterior existe una mezcla de lquido y slido.

Lnea A 4 = (lnea HB), que es el lmite superior de la austenita.

3.3 Procesos de solidificacin de seis aleaciones hierro-carbono.

1. ALEACION DE 0,3 %


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A 1.520 C, aproximadamente, comienza la solidificacin con la aparicin de cristales de solucin slida de carbono en hierro d .

Al cruzar los 1.492 C, el hiero d se transforma en hierro g , segn la reaccin:

Lquido + cristales de solucin slida de carbono en hierro d = lquido + cristales de solucin slida de carbono en hierro g (austenita)

A medida que baja la temperatura de los 1.492, van creciendo los cristales de austenita y formndose otros nuevos hasta llegar a la temperatura aproximada de 1.475, en que la aleacin compuesta exclusivamente por austenita queda totalmente solidificada.

Desde 1.475 hasta 815, aproximadamente, no hay variacin de estructura, conservndose la fase de carbono disuelto en hierro g , es decir, austenita. La nica variacin es el tamao del grano, que disminuye a medida que baja la temperatura hasta 850.

Desde los 815, es decir, desde que la linea de enfriamiento cruza la lnea A3 (GS), empiezan a transformarse los cristales de hierro g en cristales de hierro b , o sea, en ferrita no magntica, y en mayor proporcin a medida que desciende la temperatura.

Al pasar la temperatura de 768, o sea, a la lnea A2 , el hierro g (no magntico) se transforma en hierro a (magntico). Desde entonces, a medida que baja la temperatura, los cristales de hierro g se transforman en cristales de hierro a , o sea, en ferrita magntica.

Como la ferrita es hierro prcticamente puro, la austenita residual va enriquecindose de carbono.

Cuando la lnea de enfriamiento llega a A1 , la aleacin estar formada por ferrita (hierro a) y austenita, con un contenido de carbono de 0,77 % (el del punto S). Al cruzar la lnea A1 , la austenita se transforma ntegramente en perlita, que est formada por el 86,5 % de ferrita (hierro a) y el 13,5 % de cementita (CFe 3 ), o con un contenido de carbono de 0,77 %, quedando finalmente constituda la aleacin por ferrita y perlita.

La cementita formada no es magntica, pero al cruzar en su enfriamiento la lnea A 0 , a 210, se transforma en magntica.

Una transformacin similar tiene lugar en el enfriamiento de todas las aleaciones de porcentaje de carbono comprendido entre 0,08 y 0,4 %. Y tambin siguen un proceso parecido las aleaciones de porcentajes de carbono comprendido entre 0,4 y 0,77 %, pero sin pasar por la fase d , puesto que del metal lquido, al cruzar la lnea BC, se empiezan a precipitar cristales de austenita.


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2. ALEACIN DE 0,77 % DE C.

El comienzo de la solidificacin se verifica sin pasar el hierro por la fase d , inicindose con la formacin de cristales g , desde el punto en que la lnea de enfriamiento cruza la lnea BC, a unos 1.455. Los cristales de hierro g van creciendo y aumentando de nmero igual que en el proceso anterior.

Como en el caso anterior, a medida que se enfra la aleacin va disminuyendo el tamao de los granos. Como se trata de una aleacin de 0,77% de carbono, al descender de 727, toda la austenita se transforma ntegramente en perlita, siendo este constituyente el nico que forma esta aleacin denominada eutectoide.

O sea que: austenita = perlita

A partir de los 210, la cementita de la perlita, como en el caso anterior, vuelve a ser magntica.

3. ALEACIN DE 1,2 % C.

Comienza la solidificacin al pasar la lnea de enfriamiento por la lnea BC a unos 1.430, con la formacin de cristales de austenita que crecen y aumentan de tamao a medida que se enfra la aleacin, hasta llegar a unos 1.310, en que la aleacin se solidifica por completo al cruzar la lnea JE, igual que en el caso anterior.

A partir de los 850C empiezan a nacer cristales de cementita bordeando los granos de austenita, creciendo aqullos a medida que desciende la temperatura. Esto es debido a que la capacidad de disolucin del carbono en el hierro g desciende con la temperatura desde el punto E, que es la mxima, a 1.130. Por eso, desde este punto, y a medida que se enfra, se va precipitando carburo de hierro, o sea, cementita. No se olvide que la austenita es una solucin slida, de porcentaje variable segn la temperatura, de carbono en hierro gamma.

La cementita precipitada se denomina secundaria o proteutectoide para distinguirla de la cementita primaria o proeutctica, formada al iniciarse la solidificacin de las fundiciones hipereutcticas, de ms de 4,3 % de carbono.

Al cruzar la lnea de enfriamiento la lnea A 321 (SK), la austenita tiene el porcentaje de carbono del punto S, que es 0,77 %, o sea, el de la perlita. Al descender de 727 se transforma, por tanto, la austenita ntegramente en perlita, quedando como constituyente final cementita y perlita.

La cementita formada no es magntica, y al cruzar en el enfriamiento la lnea A 0 a 210, se transforma en magntica.

Una transformacin parecida tiene lugar en el enfriamiento de todas las aleaciones hierro-carbono que porcentajes comprendidos entre 0,77 y 2,1 % de C.


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4. ALEACIN DE 3 % DE C.

A 1.275 aproximadamente, al cruzar la lnea de enfriamiento a la lnea BC, comienza la solidificacin con la precipitacin de cristales de austenita. Al descender la temperatura, los porcentajes de carbono de la austenita van creciendo.

Al cruzar por la lnea de temperatura de EF, a 1.148, el porcentaje de carbono de la austenita formada es 2,1 %, y el del lquido madre es igual a 4,3 %. Al descender la temperatura, el lquido madre se solidifica bruscamente, formando cristales de ledeburita, que es un constituyente eutctico formado por el 52 % de cementita y el 48 % de austenita de 2,1 % de C, a 1.148, pues a medida que desciende la temperatura disminuye el porcentaje de carbono de la austenita.

Al seguir enfrindose la aleacin a partir de los 1.148, tanto la austenita libre como la que forma parte de la ledeburita, van empobrecindose de carbono segn la lnea ES. La disminucin de carbono de la austenita es, como siempre, producida por la precipitacin de cristales de cementita, que crecen cuanto ms bajas son las temperaturas. Esta cementita se denomina cementita proeutectoide o tambin cementita secundaria.

Al llegar la aleacin a la lnea A 321 , a 727, el porcentaje de carbono de la austenita, tanto libre como de la ledeburita, es 0,77 %, o sea, el de la perlita. Por tanto, al descender de 727, la austenita se transforma ntegramente en perlita, obteniendo finalmente, como constituyente de la aleacin, perlita, cementita secundaria o proeutectoide (procedente del empobrecimiento de C de la austenita libre y del de la ledeburita) y cementita eutctica procedente de la ledeburita.

Al cruzar los 210 tiene lugar el cambio magntico de la cementita.

Una transformacin similar tendr lugar en todas las aleaciones de hierro al carbono de porcentajes comprendidos entre 2,1 y 4,3 % de C.

5. ALEACIN DE 4,3 % DE C.

Es la aleacin de ms bajo punto de fusin. La lnea de enfriamiento pasa por el punto C, denominado eutctico (fluidez perfecta), a cuya temperatura de 1.148 se solidifica bruscamente la totalidad de la aleacin sin pasar por fases intermedias de parte lquida y parte slida, formando un solo constituyente, denominado ledeburita, cuyo porcentaje de carbono es precisamente 4,3 % y est formado, a 1.148, por el 52% de cementita y el 48 % de austenita de 2,1 % de C.

Al descender la temperatura va segregando la austenita de la ledeburita cristales de cementita secundarios. El porcentaje del carbono de la austenita va descendiendo segn la lnea ES, para llegar al punto de temperatura 727, con 0,77 % de carbono.

Al descender de 727, la austenita de 0,77 % de C se transforma ntegramente en perlita, quedando constituida la aleacin por cementita


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autctica, cementita secundaria formada por la segregacin de la austenita y perlita.

A 210 tiene lugar el cambio magntico de la cementita.

6. ALEACION DEL 5 % DE C.

La solidificacin se inicia con la formacin de cristales de cementita proeutctica o primaria, a unos 1.400, al cruzar la lnea de solidificacin a la lnea DC.

A medida que desciende la temperatura, aumenta el nmero de cristales de cementita, empobrecindose de carbono el lquido madre, segn la lnea DC.

Al llegar a los 1.148, el lquido madre, que contiene el 4,3 % de carbono, se solidifica bruscamente, formando cristales de ledeburita.

A partir de 1.148, como en el caso anterior, va reducindose el porcentaje de C de la austenita de la ledeburita, segn la lnea Acm (ES), naciendo cristales de cementita secundaria en los bordes de los granos de la austenita.

A 727, el porcentaje de carbono de la austenita es 0,77 % C. Al bajar de 727 se transforma en perlita, resultando constituda fi nalmente la aleacin por cristales de cementita primaria proeutctica, cementita eutctica procedente de la ledeburita, cementita proeutectoide procedente de la segregacin de la austenita de la ledeburita y perlita.

Por debajo de 210 tiene lugar el cambio magntico de la cementita.

Una transformacin similar tendr lugar en el enfriamiento de todas las aleaciones de hierro-carbono de porcentajes comprendidos entre 4,3% y 6,67% de C.

Inde9229 Diagrama de Fases

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