El documento presenta información sobre el diagrama hierro-carbono, incluyendo las características del hierro y sus aleaciones con carbono. Explica que el hierro puro tiene pocas aplicaciones industriales, pero que al formar aleaciones con carbono y otros elementos se convierte en el metal más utilizado. Describe los diferentes tipos de aceros y fundiciones según el porcentaje de carbono, así como sus propiedades y usos. Finalmente, presenta el diagrama de equilibrio hierro-carbono que muestra las diferentes fases que pueden formarse en función de

1. INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA
“ANTONIO JOSE DE SUCRE”
EXTENCION PUNTO FIJO
DIAGRAMA HIERRO – CARBONO
REALIZADO POR
ESTUDIANTE: MAYKEL COLMENARES
PUNTO FIJO; SEPTIEMBRE DEL 2018

2. HIERRO
Elemento químico de numero atómico 55,84 y símbolo Fe; es un metal del grupo de
los elementos de transición, de color blanco plateado, blanco, dúctil, maleable,
magnético y oxidable, que es muy abundante en la naturaleza formando
compuestos y se extrae principalmente de la hematites; puede recibir diferentes
tratamientos que le confieren propiedades distintas y usos diversos; principalmente
se usa para fabricar herramientas, estructuras y objetos.
CONSTITUCION DEL HIERRO
El hierro está constituido principalmente por los siguientes materiales:
El hierro magnético o piedra, cuyo contenido de hierro es el de 40% y 70 %; tiene
como impurezas silicio y fósforo.
El Oligisto o hematites rojas; es una excelente mena del hierro que da hasta el 60%
de metal puro y homogéneo; se presenta en masas concrecionadas y fibrosas de
aspecto rojizo. La siderita o hierro espático: tiene un contenido de hierro que varía
del 40-60%, le acompañan como impurezas, el cromo, manganeso y la arcilla.
La limonita o hematites parda: tiene un contenido del 30-50% de hierro, se presenta
en masas estalactitas, concrecionadas o bajo otros aspectos. Su color es pardo de
densidad 3.64.
Posee acido fosforito. La pirita o sulfuro de hierro: se caracteriza por el poco
contenido de hierro, además de darle a esta muy mala calidad. Se emplea
generalmente para la fabricación de ácido sulfúrico y sulfato de hierro.
CARACTERISTICAS DEL HIERRO
Se corroe de forma pura
El hierro mientras está puro se puede corroer con gran facilidad cuando está
expuesto al aire húmedo, o a las altas temperaturas, donde se oxida desde que
entra en contacto con el oxígeno.
Excelente capacidad para moldearse frente al calor
Cuando el hierro es sometido a altas temperaturas, cambia su estado, donde llega
a moldearse con gran facilidad
Tiene 4 formas alotrópicas
El hierro presenta cuatro formas: alfa, gamma, beta y omega. La forma alfa
corresponde a la forma magnética del hierro.
Estructura

3. El hierro a temperatura normal presenta una estructura centrada en el cuerpo, pero
en altas temperaturas esta estructura se transformar y pasa a ser cúbica centrada
en la cara.
Es duro y resistente
Tiene una dureza entre 4 y 5.
Otras características
-Es un metal activo que se combina con los halógenos.
- Muestra un color blanco.
- Tiene excelente densidad.
-Posee baja conductividad eléctrica.
-Abundante en la tierra, mostrándose en ocasiones en estado puro.
-Crea una capa de óxido en su superficie al estar en contacto con el aire.
- El sulfato de hierro es su compuesto más importante, lo cual se conoce como
caparrosa verde.
-Se puede magnetizar con facilidad a temperatura ordinaria.
-Posee una pequeña cantidad de carbono.
- Es quebradizo.
-Se usa en la producción de acero.
-Es el cuarto elemento que más abunda en la corteza terrestre.
-Está presente en minerales, en la hemoglobina de la sangre y en las aguas
freáticas.
-Tiene excelentes propiedades magnéticas.
- De fácil aleación.
-Tiene cuatro isótopos naturales: 54Fe – 5 Fe – 57Fe – 58Fe. Su peso atómico es
55.845.
-Tiene como número atómica el 26 en la tabla periódica.
-Su símbolo atómico es Fe.
-Presenta un punto de ebullición de 2861 grados C, y de fusión de 1535 grados C.

4. ALEACIONES HIERRO
El hierro puro apenas tiene aplicaciones industriales, pero formando aleaciones con
el carbono (además de otros elementos), es el metal más utilizado en la industria
moderna. A la temperatura ambiente, salvo una pequeña parte disuelta en la ferrita,
todo el carbono que contienen las aleaciones Fe-C está en forma de carburo de
hierro (CFe3). Por eso, las aleaciones Fe-C se denominan también aleaciones
hierro-carburo de hierro.
Las aleaciones con contenido de C comprendido entre 0.03% y 1.76% tienen
características muy bien definidas y se denominan aceros. Los aceros de cualquier
proporción de carbono dentro de los límites citados pueden alearse con otros
elementos, formando los denominados aceros aleados o aceros especiales.
Algunos aceros aleados pueden contener excepcionalmente hasta el 2.5% de C.
Los aceros generalmente son forjables, y es ésta una cualidad muy importante que
los distingue. Si la proporción de C es superior a 1.76% las aleaciones de Fe-C se
denominan fundiciones, siendo la máxima proporción de C aleado del 6.67%, que
corresponde a la cementita pura. Las fundiciones, en general, no son forjables.
- Tipos de aceros:
En las aleaciones Fe-C pueden encontrarse hasta once constituyentes diferentes,
que se denominan: ferrita, cementita, perlita, austenita, martensita, troostita sorbita,
bainita, ledeburita, steadita y grafito.
FERRITA: Aunque la ferrita es en realidad una solución sólida de carbono en hierro
alfa, su solubilidad a la temperatura ambiente es tan pequeña que no llega a disolver
ni un 0.008% de C. Es por esto que prácticamente se considera la ferrita como hierro
alfa puro. La ferrita es el más blando y dúctil constituyente de los aceros. Cristaliza
en una estructura BCC. Tiene una dureza de 95 Vickers, y una resistencia a la rotura
de 28 Kg/mm2, llegando a un alargamiento del 35 al 40%. Además de todas estas
características, presenta propiedades magnéticas. En los aceros aleados, la ferrita
suele contener Ni, Mn, Cu, Si, Al en disolución sólida sustitucional. Al microscopio
aparece como granos monofásicos, con límites de grano más irregulares que la
austenita. El motivo de esto es que la ferrita se ha formado en una transformación
en estado sólido, mientras que la ausenita, procede de la solidificación.
La ferrita en la naturaleza aparece como elemento proeutectoide que acompaña a
la perlita en:
- Cristales mezclados con los de perlita (0.55% C)
- Formando una red o malla que limita los granos de perlita (0.55% a 0.85% de C)
- Formando agujas en dirección de los planos cristalográficos de la austenita.
CEMENTITA: Es carburo de hierro y por tanto su composición es de 6.67% de C y
93.33% de Fe en peso. Es el constituyente más duro y frágil de los aceros,

5. alcanzando una dureza de 960 Vickers. Cristaliza formando un paralelepípedo
ortorrómbico de gran tamaño. Es magnética hasta los 210ºC, temperatura a partir
de la cual pierde sus propiedades magnéticas. Aparece como:
- Cementita proeutectoide, en aceros hipereutectoides, formando un red que
envuelve a los granos perlíticos.
- Componente de la perlita laminar.
- Componente de los glóbulos en perlita laminar.
- Cementita alargada (terciaria) en las uniones de los granos (0.25% de C).
PERLITA: Es un constituyente compuesto por el 86.5% de ferrita y el 13.5% de
cementita, es decir, hay 6.4 partes de ferrita y 1 de cementita. La perlita tiene una
dureza de aproximadamente 200 Vickers, con una resistencia a la rotura de 80
Kg/mm2 y un alargamiento del 15%. Cada grano de perlita está formado por láminas
o placas alternadas de cementita y ferrita. Esta estructura laminar se observa en la
perlita formada por enfriamiento muy lento. Si el enfriamiento es muy brusco, la
estructura es más borrosa y se denomina perlita sorbí tica. Si la perlita laminar se
calienta durante algún tiempo a una temperatura inferior a la crítica (723 ºC), la
cementita adopta la forma de glóbulos incrustados en la masa de ferrita, recibiendo
entonces la denominación de perlita globular.
AUSTENITA: Este es el constituyente más denso de los aceros, y está formado
por la solución sólida, por inserción, de carbono en hierro gamma. La proporción de
C disuelto varía desde el 0 al 1.76%, correspondiendo este último porcentaje de
máxima solubilidad a la temperatura de 1130 ºC. La austenita en los aceros al
carbono, es decir, si ningún otro elemento aleado, empieza a formarse a la
temperatura de 723ºC. También puede obtenerse una estructura austenítica en los
aceros a temperatura ambiente, enfriando muy rápidamente una probeta de acero
de alto contenido de C a partir de una temperatura por encima de la crítica, pero
este tipo de austenita no es estable, y con el tiempo se transforma en ferrita y perlita
o bien cementita y perlita.
Excepcionalmente, hay algunos aceros al cromo-níquel denominados auténticos,
cuya estructura es austenítica a la temperatura ambiente. La austenita está formada
por cristales cúbicos de hierro gamma con los átomos de carbono intercalados en
las aristas y en el centro. La austenita tiene una dureza de 305 Vickers, una
resistencia de 100 Kg/mm2 y un alargamiento de un 30 %. No presenta propiedades
magnéticas.
MARTENSITA: Bajo velocidades de enfriamiento bajas o moderadas, los átomos
de C pueden difundirse hacia afuera de la estructura austenítica. De este modo, los
átomos de Fe se mueven ligeramente para convertir su estructura en una tipo BCC.
Esta transformación gamma-alfa tiene lugar mediante un proceso de nucleación y
crecimiento dependiente del tiempo (si aumentamos la velocidad de enfriamiento no
habrá tiempo suficiente para que el carbono se difunda en la solución y, aunque
tiene lugar algún movimiento local de los átomos de Fe, la estructura resultante no
podrá llegar a ser BCC, ya que el carbono está “atrapado” en la solución). La

6. estructura resultante denominada martensita, es una solución sólida sobresaturada
de carbono atrapado en una estructura tetragonal centrada en el cuerpo. Esta
estructura reticular altamente distorsionada es la principal razón para la alta dureza
de la martensita, ya que como los átomos en la martensita están empaquetados con
una densidad menor que en la austenita, entonces durante la transformación (que
nos lleva a la martensita) ocurre una expansión que produce altos esfuerzos
localizados que dan como resultado la deformación plástica de la matriz.
Después de la cementita es el constituyente más duro de los aceros. La martensita
se presenta en forma de agujas y cristaliza en la red tetragonal. La proporción de
carbono en la martensita no es constante, sino que varía hasta un máximo de 0.89%
aumentando su dureza, resistencia mecánica y fragilidad con el contenido de
carbono. Su dureza está en torno a 540 Vickers, y su resistencia mecánica varía de
175 a 250 Kg/mm2 y su alargamiento es del orden del 2.5 al 0.5%. Además es
magnética.
BAINITA: Se forma la bainita en la transformación isoterma de la austenita, en un
rango de temperaturas de 250 a 550ºC. El proceso consiste en enfriar rápidamente
la austenita hasta una temperatura constante, manteniéndose dicha temperatura
hasta la transformación total de la austenita en bainita.
LEDEBURITA: La ledeburita no es un constituyente de los aceros, sino de las
fundiciones. Se encuentra en las aleaciones Fe-C cuando el porcentaje de carbono
en hierro aleado es superior al 25%, es decir, un contenido total de 1.76% de
carbono.
La ledeburita se forma al enfriar una fundición líquida de carbono (de composición
alrededor del 4.3% de C) desde 1130ºC, siendo estable hasta 723ºC,
descomponiéndose a partir de esta temperatura en ferrita y cementita.
Diagrama de equilibrio hierro-carburo de hierro
Para el estudio de las estructuras de los aceros industriales se necesita, en primer
lugar, conocer y manejar con soltura el diagrama hierro-carbono, que se muestra en
la Figura. Esta figura representa en realidad dos diagramas, el meta estable hierro-
carbono y el diagrama estable hierro-grafito. La cementita no es una fase estable,
aunque dada la lentitud de su transformación, el diagrama meta estable es el que
tiene un mayor interés práctico para el estudio de los aceros. El diagrama estable
hierro-grafito solo tiene interés en el estudio de las fundiciones al silicio

7. Coordenadas del diagrama
En termodinámica y ciencia de materiales se denomina diagrama de fase o
diagrama de estados de la materia, a la representación entre diferentes estados de
la materia, en función de variables elegidas para facilitar el estudio del mismo.
Cuando en una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados
de agregación diferentes se suele denominar diagrama de cambio de estado.
Los diagramas de equilibrio pueden tener diferentes concentraciones de materiales
que forma una aleación a distintas temperaturas. Dichas temperaturas van desde la
temperatura por encima de la cual un material está en fase líquida hasta la
temperatura ambiente y en que generalmente los materiales están en estado sólido.

8. Diferentes diagramas de equilibrio
Estos son todos aquellos a los que los diagramas de equilibrio más sencillos son los
de presión-temperatura esta es una sustancia pura, como puede ser el del agua. En
el eje de ordenadas se coloca la presión y en el de abscisas la temperatura.
Generalmente, para una presión y temperatura dadas, el cuerpo presenta una única
fase excepto en las siguientes zonas:
 Punto triple: En este punto del diagrama coexisten los estados sólido, líquido y
gaseoso. Estos puntos tienen cierto interés, ya que representan un invariante y
por lo tanto se pueden utilizar para calibrar termómetros.
Dos metales (A, B) a temperaturas superiores a sus respectivos puntos de fusión
(TA, TB) se encuentran en estado líquido pudiéndose disolver y conformar así una
fase única líquida. Esto quiere decir que no podemos establecer diferencias de
comportamiento u observación entre las distintas partes del líquido y que los
metales en las proporciones mezcladas tienen la propiedad de miscibilidad. Si la
mezcla líquida, XA + XB, la sometemos a un proceso de solidificación, mediante
enfriamiento, llegamos a obtener el producto que se denomina aleación de los
metales A y B.
Es conocido que las aleaciones mejoran las características de los metales puros.
Realmente debería decirse que introducen variables que diferencian el
comportamiento de los metales puros que las componen, porque en algunas
circunstancias pueden perjudicar sus propiedades. Obviamente, conformar una
aleación es uno de los medios más primitivos que la ingeniería ha dispuesto para
actuar sobre las propiedades de los metales puros, incluso históricamente la
aleación es predecesora como lo justifica el bronce, Edad del bronce

9. En ciencia de materiales se utilizan ampliamente los diagramas de fase binarios,
mientras que en termodinámica se emplean sobre todo los diagramas de fase de
una sustancia pura.
Diagrama de fase de una sustancia pura
Existen diferentes diagramas según los materiales sean totalmente solubles en
estado sólido y líquido o sean miscibles a que sean insolubles. También pueden
darse casos particulares. Uno de los diagramas de equilibrio más clásico es el de
los aceros que tiene particularidades y donde afecta claramente la concentración y
las diferentes cristalizaciones que puede darse en el hierro estando en estado sólido
y a diferentes temperaturas.
Los pares (presión, temperatura) que corresponden a una transición de fase entre:
Dos fases sólidas: Cambio alotrópico;
Entre una fase sólida y una fase líquida: fusión - solidificación;
Entre una fase sólida y una fase vapor (gas): sublimación - deposición (o
sublimación inversa);
Entre una fase líquida y una fase vapor: vaporización - condensación (o
licuefacción).
Es importante señalar que la curva que separa las fases vapor-líquido se detiene en
un punto llamado punto crítico (La densidad del líquido y vapor son iguales). Más
allá de este punto, la materia se presenta como un fluido supercrítico que tiene
propiedades tanto de los líquidos como de los gases. Modificando la presión y
temperatura en valores alrededor del punto crítico se producen reacciones que
pueden tener interés industrial, como por ejemplo las utilizadas para obtener café
descafeinado.
Es preciso anotar que, en el diagrama P-T del agua, la línea que separa los estados
líquido y sólido tiene pendiente negativa, lo cual es algo bastante inusual. Esto
quiere decir que aumentando la presión el hielo se funde, y también que la fase
sólida tiene menor densidad que la fase líquida.
Diagrama de fase binario
Cuando aparecen varias sustancias, la representación de los cambios de fase
puede ser más compleja. Un caso particular, el más sencillo, corresponde a los
diagramas de fase binarios. Ahora las variables a tener en cuenta son la
temperatura y la concentración, normalmente en masa.
Hay punto y líneas en estos diagramas importantes para su caracterización:
 Sólido puro o solución sólida
 Mezcla de disoluciones sólidas (eutéctica, eutectoide, peritéctica,
peritectoide)
 Mezcla sólido - líquido
 Únicamente líquido, ya sea mezcla de líquidos inmiscibles (emulsión)o un
líquido completamente homogéneo.

10.  Mezcla líquido - gas
 Gas (lo consideraremos siempre homogéneo, trabajando con pocas
variaciones da altitud).
En un diagrama binario pueden aparecer las siguientes regiones:
 Línea de líquidos, por encima de la cual solo existen fases líquidas.
 Línea de sólidos, por debajo de la cual solo existen fases sólidas.
 Línea eutéctica y eutectoide. Son líneas horizontales (isotermas) en las que
tienen lugar transformaciones eutécticas y eutectoides, respectivamente.
 Línea de solvus, que indica las temperaturas para las cuales una disolución
sólida (α) de A y B deja de ser soluble para transformarse en dos disoluciones
sólidas (α) + (β) de distinta composición en A y B.
 Concentraciones definidas, en las que tienen lugar transformaciones a
temperatura constante:
-Eutéctica
-Eutectoide
-Peritéctica
-Peritectoide
-Monotéctica
-Monotectoide
-Sintéctica
-Catatéctica

11. Las curvas rojas indican el tiempo requerido para que, fijada una temperatura
constante cualquiera (proceso isotermo), la austenita se transforme en otra fase.
Las estructuras que se forman también se indican sobre el diagrama.
Las curvas azules se obtienen utilizando una serie de probetas de un cierto tipo de
acero calentadas hasta que han alcanzado la temperatura ligeramente superior a la
de temperatura de austenización y mantenidas en esa temperatura el tiempo
suficiente como para que toda la probeta se haya austenizado completamente.
A continuación se comienza a enfriar cada una de las probetas a distintas
velocidades y se van observando los micros constituyentes que se van obteniendo.
Cada enfriamiento dará lugar a una curva diferente:
La línea V1: Se corresponde con un enfriamiento lento. Como producto final se
obtiene como una perlita de poca dureza (láminas gruesas).
La línea V2: Corresponde a un enfriamiento más rápido. La velocidad de difusión
disminuye formándose productos más dispersos y más duros, pero el micro
constituyente obtenido sigue siendo perlita, aunque de grano más fino, llamado
también sorbita.
A medida que va aumentando la velocidad de enfriamiento se obtienen diferentes
líneas, y como producto final diferentes micro constituyentes. Así la línea V3
produce trostita, la V4 bainita superior y la V5 vainita inferior.
Hay que tener en cuenta que para templar el acero, lo que se pretende es que toda
la austenita se transforme en martensita. Es por ello que el enfriamiento ha de
realizarse a una velocidad tal que no tengan tiempo de producirse los procesos
difusivos de descomposición de la austenita en la región superior de temperaturas
(V6).
A la velocidad mínima de enfriamiento, para que se forme martensita a partir de la
austenita se le denomina velocidad crítica de temple (VC). Por lo tanto para templar
un acero es necesario que se enfríe con una velocidad mayor que la crítica, de lo
contrario se obtendrían productos perlíticos, principalmente troostita o bainita, lo que
disminuirá la dureza del material tratado.
ECUACIONES ISOMÉTRICAS
Las transformaciones isométricas son transformaciones de figuras en el plano que
se realizan sin variar las dimensiones ni el área de las mismas; la figura inicial y la
final son semejantes, y geométricamente congruentes. Es decir, una transformación
isométrica convierte una figura en otra que es imagen de la primera, y por lo tanto
congruente a la original. Traslación en un sistema cartesiano. Las transformaciones
isométricas son cambios de posición (orientación) de una figura determinada que
no alteran la forma ni el tamaño. La palabra isometría tiene origen Griego: ISO, que
significa igual, y metria, que significa medir. Por lo tanto esta palabra puede ser
traducida como igual medida. Entre las transformaciones isométricas están las
traslaciones, las rotaciones (o giros) y las reflexiones (o simetrías), que son
fundamentales para el estudio posterior de las piezas.
En una transformación isométrica:

12. • No se altera la forma ni el tamaño de la figura.
• Solo cambia la posición (orientación o sentido de esta)
TIPOS DE TRANSFORMACIONES ISOMÉTRICAS:
• Simetrías o reflexión (Axial o especula / Central).
• Traslaciones. • Rotaciones o giros.