{"id":4265,"date":"2013-05-01T19:33:13","date_gmt":"2013-05-02T00:33:13","guid":{"rendered":"http:\/\/blog.utp.edu.co\/metalografia\/?p=4265"},"modified":"2015-07-15T08:40:41","modified_gmt":"2015-07-15T13:40:41","slug":"5-diagrama-hierro-carbono","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.utp.edu.co\/metalografia\/5-diagrama-hierro-carbono\/","title":{"rendered":"5. Diagrama Hierro Carbono"},"content":{"rendered":"

5. DIAGRAMA HIERRO-CARBONO.<\/strong><\/h2>\n

CONTENIDO.<\/strong><\/h3>\n

5.1 Introducci\u00f3n.<\/span><\/span><\/a><\/p>\n

5.2 Diagrama Hierro Carbono (Fe-C).<\/span><\/span><\/a><\/p>\n

5.3 Fases Del Diagrama Hierro Carbono<\/span><\/span><\/a><\/p>\n

5.3.1 Fase Austen\u00edtica.
\n<\/span><\/a>5.3.2 Fase Ferr\u00edtica.
\n<\/span><\/a>5.3.3 Fase Cementita.
\n<\/span><\/a>5.3.4 Fase Ledeburita.
\n<\/span><\/a>5.3.5 Fase Perlita.
\n<\/span><\/a>5.3.6 Fase Grafito.<\/a><\/span><\/span><\/p>\n

5.4 Regla de la Palanca<\/span><\/a><\/p>\n

5.5 Aceros.<\/span><\/span><\/a><\/p>\n

5.5.1 Acero Eutectoide.
\n<\/span><\/a>5.5.2 Acero Hipoeutectoide.
\n<\/span><\/a>5.5.3 Acero Hipereutectoide.<\/span><\/a><\/span><\/p>\n

5.6 Clasificaci\u00f3n De Los Aceros.<\/span><\/span><\/a><\/p>\n

5.7 Fundiciones.<\/span><\/span><\/a><\/p>\n

5.7.1 Fundici\u00f3n Blanca.
\n<\/span><\/a>5.7.2 Fundici\u00f3n Maleable.
\n<\/span><\/a>5.7.3 Fundici\u00f3n Gris.
\n<\/span><\/a>5.7.4 Fundici\u00f3n Nodular.
\n<\/span><\/a>5.7.5 Otras Fundiciones.<\/span><\/a><\/span><\/p>\n

5.8 Diferencias Entre Los Aceros y Las Fundiciones.<\/span><\/span><\/a><\/p>\n

5.9 Glosario<\/span><\/a><\/p>\n

5.10 Anexos.<\/a><\/p>\n

5.11 Cr\u00e9ditos.<\/span><\/span><\/a><\/p>\n

5.12 Bibliograf\u00eda.<\/span><\/span><\/a><\/p>\n

<\/a><\/p>\n

LISTADO DE \u00a0FIGURAS<\/strong><\/p>\n

Figura 5.1<\/strong> Diagrama \u00a0de fases Hierro \u2013 Carbono que muestra la relaci\u00f3n entre equilibrios estables de Hierro \u2013 Grafito (l\u00edneas discontinuas) y las reacciones metaestables de Hierro \u2013 Cementita (l\u00edneas continuas). [15]<\/h5>\n
Figura 5.2<\/strong>\u00a0 \u00a0 \u00a0Microestructura interna de la austenita: a)<\/strong> Estructura t\u00edpica de la austenita (FCC),\u00a0b)\u00a0<\/strong>Micrograf\u00eda interna de la fase austen\u00edtica.\u00a0\u00a0[3]<\/h5>\n
Figura 5.3<\/strong>\u00a0 \u00a0 \u00a0Microestructura interna de la ferrita. [4]<\/h5>\n
Figura 5.4<\/strong>\u00a0 \u00a0 Microestructura interna de la cementita. Las zonas oscuras corresponde a cementita que es el mayor constituyente en la fundici\u00f3n blanca, las zonas claras corresponden a perlita. \u00a0[5]<\/h5>\n
Figura 5.5<\/strong>\u00a0 \u00a0 \u00a0Microestructura interna de la ledeburita. [5]<\/h5>\n
\n
Figura 5.6<\/strong>\u00a0 \u00a0 Micro-estructura interna de la perlita. [6]<\/h5>\n
Figura 5.7<\/strong>\u00a0 \u00a0Microestructura interna del grafito. [5]<\/h5>\n
Figura 5.8<\/strong>\u00a0Regla de la palanca. [32]<\/h5>\n
Figura 5.9\u00a0<\/strong>Esquema del proceso acero eutectoide. [1]<\/h5>\n
Figura 5.10 a)<\/strong>Representaci\u00f3n esquem\u00e1tica de un acero hipoeutectoide,\u00a0b)\u00a0<\/strong>Microestructura de un acero hipoeutectoide con 0,35% C, enfriado lentamente a partir de la regi\u00f3n de austenita. El componente blanco es ferrita proeutectoide ; el componente oscuro es perlita, c)\u00a0<\/strong>Esquema descriptivo acero Hipoeutectoide.\u00a0[1]<\/h5>\n
Figura 5.11\u00a0<\/strong>\u00a0 \u00a0 \u00a0a) <\/strong>Representaci\u00f3n esquem\u00e1tica de\u00a0las microestructuras de un acero hipereutectoide de composici\u00f3n entre 0,89% y 1,76%\u00a0 de\u00a0Carbono,\u00a0b) <\/strong>Microestructura de un acero hipereutectoide con 1.2% C, enfriado lentamente desde la regi\u00f3n de austenita. En esta estructura, la cementita proeutectoide se muestra como el componente blanco que se ha formado en los l\u00edmites del grano de la austenita anterior. La estructura restante est\u00e1 formada por perlita laminar gruesa.\u00a0[1]<\/h5>\n
Figura 5.12<\/strong>\u00a0 \u00a0Esquema General Clasificaci\u00f3n aceros. [7]<\/h5>\n
Figura 5.13<\/strong>\u00a0 \u00a0Ejemplo de esquema para un acero 1020. [7]<\/h5>\n
Figura 5.14<\/strong>\u00a0 \u00a0Ejemplo de esquema para un acero 3215. [8]<\/h5>\n
Figura 5.15\u00a0<\/strong>Diagrama Fe-C alterado por 2% de Si. Se puede ver la alteraci\u00f3n de las composiciones eutectoide y eut\u00e9ctica, la solubilidad m\u00e1xima del carbono en la austenita; as\u00ed como tambi\u00e9n eleva las temperaturas de ambas reacciones y estas ocurren ahora dentro de un rango. [22]\u00a0<\/strong><\/h5>\n
Figura 5.16\u00a0<\/strong>Distintos tipos de grafito. a) Laminar, b) Copos, c) Esferoidal, d) Vermicular.[22]<\/h5>\n
\u00a0Figura 5.17. <\/strong>Esquema general de obtenci\u00f3n de diferentes fundiciones. Para potenciales de grafitizaci\u00f3n altos y bajos, influyen principalmente la composici\u00f3n qu\u00edmica; para potenciales medios, tiene mayor influencia la velocidad de enfriamiento.\u00a0[22]<\/h5>\n
Figura 5.18 \u00a0 \u00a0<\/strong>Microestructura fundici\u00f3n blanca.Las \u00e1reas oscuras corresponden a perlita, las cuales son dentritas de austenita trasnformada en (perlita). La regi\u00f3n blanca corresponde a una matriz de cementita. \u00a0[ 11]<\/h5>\n
Figura 5.19\u00a0<\/strong>Microestructura de fundiciones blancas. De izquierda a derecha respectivamente son: Hipoeut\u00e9cticas, Eut\u00e9ctica, Hipereut\u00e9ctica.[22]<\/h5>\n
Figura 5.20 \u00a0<\/strong>Microestructura fundici\u00f3n maleable. Microestructura fundici\u00f3n maleable (Grafito oscuro en forma de rosetas sobre una matriz de ferrita).\u00a0[2]<\/h5>\n
Figura 5.21 \u00a0 \u00a0<\/strong>Microestructura fundici\u00f3n gris. Hilos de grafito sobre una matriz de ferrita\u00a0[2]<\/h5>\n
Figura 5.22 \u00a0\u00a0<\/strong>Microestructura de las clases de fundiciones grises: \u00a0a)<\/strong> Matriz de perlita con cementita esferoidizada para trabajo a altas temperaturas,\u00a0b)<\/strong> Gris aleada, y consta de grafito tipo A con carburos libres (zonas blancas), \u00a0c) <\/strong>Templada y revenida, su microestructura consta de grafito en una matriz de martensita revenida.\u00a0[2]<\/h5>\n
F<\/strong><\/span>igura 5.23<\/strong>\u00a0<\/span>Microestructura de la fundici\u00f3n gris: a) fundici\u00f3n perl\u00edtica, tomada a 200 aumentos; <\/span>b) fundici\u00f3n ferrito \u2013 perl\u00edtica, tomada a 100 aumentos; c) fundici\u00f3n ferr\u00edtica, tomada a 100 aumento.[ 29]<\/h5>\n
Figura 5.24\u00a0<\/strong>Microestructura fundici\u00f3n nodular. Esferoides de grafito sobre una matriz de ferrita.\u00a0[2]<\/h5>\n
Figura 5.25 \u00a0\u00a0<\/strong>Microestructura de una funci\u00f3n grafito compacto. Fundici\u00f3n grafito compacto, las zonas oscuras corresponden a la gran presencia de grafito. [2]<\/h5>\n
Figura 5.26\u00a0<\/strong>Diagrama de bloques del sistema de medici\u00f3n de RMB. [20]<\/h5>\n
Figura 5.27<\/strong>\u00a0Fotograf\u00eda de la estaci\u00f3n experimental de medici\u00f3n de Ruido Magn\u00e9tico de Barkhausen. [20]<\/h5>\n
Figura 5.28\u00a0<\/strong>Microestructuras proeutectoides:\u00a0a)\u00a0<\/strong>Ferrita alotriomorfa, b)\u00a0<\/strong>Ferrita widmanst\u00e4tten. [24]<\/h5>\n
Figura 5.29\u00a0<\/strong>Microestructura de la cementita (zonas blancas), formada en un acero hipereutectoide. [24]<\/h5>\n
Figura 5.30<\/strong>\u00a0 \u00a0\u00a0a)<\/strong> Diagrama esquem\u00e1tico del crecimiento de una colonia de perlita a partir de la austenita madre, b)<\/strong> Colonias de perlita vista en microscopio \u00f3ptico. [24]<\/h5>\n
Figura 5.31<\/strong>\u00a0Ubicaci\u00f3n del tren de hileras en los tambores de la m\u00e1quina. [25]<\/h5>\n
Figura 5.32\u00a0<\/strong>Detalle de los tambores escalonados de la m\u00e1quina trefiladora. [25]<\/h5>\n
Figura 5.33\u00a0<\/strong>Detalle de la ubicaci\u00f3n y montaje del alambre en las mordazas. [25]<\/h5>\n
\u00a0Figura 5.34\u00a0<\/strong>Evoluci\u00f3n de la curva de esfuerzo \u2013 deformaci\u00f3n. [25]<\/h5>\n
Figura 5.35<\/strong>\u00a0Ensayo de trefilado en una m\u00e1quina de tracci\u00f3n. [25]<\/h5>\n

 <\/p>\n

LISTADO DE V\u00cdDEOS<\/strong><\/p>\n<\/div>\n

V\u00eddeo 5.1<\/b>\u00a0Resumen y explicaci\u00f3n detallada diagrama hierro carbono\u00a0[ 32]<\/h5>\n
Video 5.2<\/strong>\u00a0 Ejercicio por el m\u00e9todo Regla de la palanca (Diagrama Hierro-Carbono). [36]<\/h5>\n
Video 5.3\u00a0<\/strong>Ejercicio Por el m\u00e9todo regla de la palanca (Diagrama Hierro \u2013 Molibdeno). [34].<\/h5>\n
\u00a0V\u00eddeo 5.4\u00a0<\/strong>Fabricaci\u00f3n del acero.[33]<\/h5>\n
V\u00eddeo 5.5\u00a0<\/strong>Proceso de fundici\u00f3n.[ 30]<\/h5>\n

 <\/p>\n

LISTADO DE TABLAS \u00a0<\/strong><\/p>\n

Tabla 5.1<\/strong>\u00a0 \u00a0Clasificaci\u00f3n de los aceros seg\u00fan diferentes tipos de normas [11]<\/h5>\n
Tabla 5.2 <\/strong>C\u00f3digos para la designaci\u00f3n de aceros r\u00e1pidos seg\u00fan la norma AISI. [10]<\/h5>\n
Tabla 5.3 \u00a0<\/strong>Relaci\u00f3n entre la nomenclatura AISI-SAE con las propiedades mec\u00e1nicas del acero. [10]<\/h5>\n
Tabla 5.4<\/strong>\u00a0 \u00a0 Principales componentes de los aceros comerciales.[10]<\/h5>\n
Tabla 5.5\u00a0<\/strong>Clasificaci\u00f3n de la fundici\u00f3n gris por su composici\u00f3n.[ 21]<\/h5>\n
Tabla 5.6\u00a0<\/strong>Clasificaci\u00f3n de las fundiciones grises. [21]<\/h5>\n
Tabla 5.7<\/strong> Composici\u00f3n qu\u00edmica media del alambre. [25]<\/h5>\n
Tabla 5.8<\/strong> Di\u00e1metros de reducci\u00f3n del proceso de trefilado h\u00famedo. [25]<\/h5>\n
Tabla 5.9 <\/strong>Resultados del ensayo de trefilaci\u00f3n para cada dado. [25]<\/h5>\n

<\/h3>\n


\n<\/a>
\n5.1<\/strong>\u00a0Introducci\u00f3n<\/strong><\/h3>\n

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 modo que los procesos de difusi\u00f3n (homogeneizaci\u00f3n) tienen tiempo para completarse.<\/p>\n

Uno de los materiales de fabricaci\u00f3n y construcci\u00f3n m\u00e1s vers\u00e1til, m\u00e1s adaptable y m\u00e1s ampliamente usado es el ACERO. A un precio relativamente bajo, el acero combina la resistencia y la posibilidad de ser trabajado, lo que se presta para fabricaciones mediante muchos m\u00e9todos. Adem\u00e1s, sus propiedades pueden ser manejadas de acuerdo a las necesidades espec\u00edficas mediante tratamientos con calor, trabajo mec\u00e1nico, o mediante aleaciones.Los materiales No Ferrosos son:\u00a0aluminio, magnesio, zinc, cobre, plomo y otros elementos met\u00e1licos. Las aleaciones como el lat\u00f3n y el bronce, son una combinaci\u00f3n de algunos de estos metales y se les denomina aleaciones No ferrosas.<\/p>\n

El Acero es b\u00e1sicamente una aleaci\u00f3n o combinaci\u00f3n de hierro y carbono (intervalo de carbono de 0,08% – 1,76%), las aleaciones en cambio poseen una concentraci\u00f3n de carbono mayor a 1,76% lo que permite crear fundiciones que en oposici\u00f3n al acero son quebradizas y no es posible forjarlas sino que deben ser moldeadas.<\/p>\n

Nota:<\/strong> Los porcentajes de carbono y los niveles de temperatura en un diagrama de equilibrio Fe – C, var\u00edan seg\u00fan el tipo de autor ( ya sea Askeland, Smith, etc).<\/p>\n

A lo largo de este blog se hablar\u00e1n de\u00a0porcentajes de carbono, niveles de temperatura con algunos ejemplos y\/o formas a utilizar esta valiosa herramienta (diagrama de equilibrio Fe – C) la cual se muestra en la \u00a0Figura 5.1.<\/p>\n

<\/a>
\n5.2<\/strong>\u00a0Diagrama Hierro \u00a0– Carbono (Fe-C)<\/strong><\/p>\n

Para el estudio de las estructuras de los aceros industriales se necesita, en primer lugar,\u00a0conocer y manejar con soltura el diagrama hierro-carbono, que se muestra en la Figura 5.1. Esta figura representa en realidad dos diagramas, el metaestable hierro-carbono y el\u00a0diagrama estable hierro-grafito. La\u00a0cementita no es una fase estable, aunque dada la lentitud de su transformaci\u00f3n, el\u00a0diagrama metaestable es el que tiene un mayor inter\u00e9s pr\u00e1ctico para el estudio de los\u00a0aceros. El diagrama estable hierro-grafito solo tiene inter\u00e9s en el estudio de las\u00a0fundiciones al silicio. [14]<\/p>\n

En el diagrama de fase de Hierro – Carbono se observan las formas alotr\u00f3picas del hierro s\u00f3lido, BCC y FCC, a distintas temperaturas:<\/p>\n

Hierro alfa (\u03b1):<\/strong>\u00a0Su estructura cristalina es BCC con una distancia interat\u00f3mica de 2.86 \u00c5. Su temperatura va desde 0\u00ba- 910\u00baC, es relativamente blanda, pr\u00e1cticamente no disuelve en carbono.<\/p>\n

Hierro<\/strong> gamma (\u03b3):<\/strong>\u00a0Tambi\u00e9n conocida como Austenita.\u00a0<\/strong>Se presenta de 723\u00a0\u00baC a 1492 \u00baC. Cristaliza en la estructura cristalina FCC con mayor volumen que la estructura hierro alfa. Disuelve f\u00e1cilmente en carbono (m\u00e1s deformable que la ferrita).<\/p>\n

Sus propiedades\u00a0mec\u00e1nicas dependen del contenido de carbono, pero podr\u00edamos dar como valores\u00a0medios representativos: Una dureza de 300HB, una carga de rotura de 900MPa a 1100 MPa y\u00a0alargamientos comprendidos entre 30 y 60%. [14]<\/p>\n

Hierro delta (\u03b4):<\/strong>\u00a0Est\u00e1 localizada desde\u00a01400 \u00baC y presenta una reducci\u00f3n en la distancia interat\u00f3mica que la hace retornar a una estructura cristalina BCC. Su m\u00e1xima solubilidad de carbono es 0.08% a 1492 \u00baC. No posee una importancia industrial relevante. A partir de 1539 \u00baC se inicia la fusi\u00f3n del Hierro puro.<\/p>\n

Tomando como base el diagrama metaestable hierro-carbono, se denominan aceros a las\u00a0aleaciones binarias con contenidos en carbono menor que 1,76%, mientras que las\u00a0fundiciones de hierro tienen contenidos en carbono superiores a 1,76% (hasta\u00a0aproximadamente 6,67%). Este diagrama muestra con claridad el comportamiento\u00a0fuertemente gamm\u00e1ge no del carbono: la adici\u00f3n de carbono al hierro \u03b3<\/strong>\u00a0aumenta el\u00a0dominio t\u00e9rmico de estabilidad de la austenita. As\u00ed, por ejemplo, la temperatura de\u00a0transformaci\u00f3n del hierro \u03b3<\/strong>\u00a0en hierro \u03b1<\/strong>\u00a0aumenta hasta 1492\u00b0C para un contenido en\u00a0carbono del 0.18% (punto perit\u00e9ctico del diagrama), mientras que la de la\u00a0transformaci\u00f3n de la austenita en ferrita disminuye hasta 723\u00b0C para la aleaci\u00f3n con\u00a00.89% de carbono.\u00a0El diagrama metaestable hierro-carbono muestra tres puntos invariantes caracter\u00edsticos:<\/p>\n