Metalurgia. Definición, Constitución, Características, Del Hierro. Tipos de aleaciones de hierro. Diagrama de equilibrio de hierro-carburo, Ecuaciones Isométricas, Zonas, Coordenadas del diagrama.

1. Metalurgia
Pedro Carreño
CARACAS, MARZO DEL 2018

2. ALEACIONES:
Una aleación es una combinación de propiedades metálicas, que está compuesta de dos o más elementos
metálicos sólidos. Esta acción, por su parte, alude a fundir ciertos elementos para lograr el producto conocido
justamente como aleación, que está formado por dos o más componentes de los cuales, como mínimo, uno es un
metal.
Las aleaciones están constituidas por elementos metálicos como Fe (hierro), Al (aluminio), Cu (cobre), Pb
(plomo), ejemplos concretos de una amplia gama de metales que se pueden alear. El elemento aleante puede ser
no metálico, como: P (fósforo), C (carbono), Si (silicio), S (azufre), As (arsénico).
Aleación : Las sustancias que se obtienen por fusión del hierro, carbono y otros elementos como los son el
azufre, fósforo, oxígeno y nitrógeno que entran a formar parte de la aleación con carácter de impureza.
Acero: La aleación de hierro y carbono donde el contenido de carbono es inferior al 2 %. Existen aceros
hipoeutectoides si el contenido de carbono es inferior al 0.8 % , aceros eutectoides si el contenido es de 0.8 % y
hipereutectoides si el contenido de acero está comprendido entre 0.8 % y 2 %.
Tipos de Aleaciones:
Las aleaciones generalmente se clasifican tomando en cuenta los elementos que se encuentran presentes en
mayor proporción, los cuales, serán denominados como componentes base.
Los elementos que se encuentran en menor proporción serán considerados como componentes secundarios o
traza.
Pero en general, las aleaciones se pueden clasificar en dos grandes grupos:
- Aleaciones ferrosas.
- Aleaciones no ferrosas.

3. Las aleaciones ferrosas: Tienen como elemento mayoritario el Fe y en general, son aleaciones fuertes,
maleables, de bajo costo y relativamente fáciles de obtener. La mayor producción de estas son los aceros,
aleaciones Fe – C, a los que cambiando el porcentaje de estos elementos y agregando algunos otros, se les
pueden dar propiedades específicas, dependiendo de la industria a la que se van a aplicar.
La industria del acero se divide en varias ramas:
• Aceros al carbón, con uso en construcción.
• Aceros inoxidables, para maquinado de piezas, platería e instrumental quirúrgico.
• Aceros para herramientas, a los que se les agrega W y Mo para endurecerlos.
• Aleaciones de acero con distintos elementos. Estos ya son de usos más específicos de acuerdo al elemento
agregado.
• Aleaciones ultra resistentes (de baja aleación), que son los aceros de última generación.
A pesar de que las aleaciones ferrosas, particularmente el acero, son ampliamente usadas en ingeniería por sus
buenas propiedades mecánicas y su relativamente bajo costo de producción, existen algunas limitaciones en
ellas, pues son materiales relativamente densos, en general no son buenos conductores eléctricos y, salvo los
aceros inoxidables, son materiales proclives a la corrosión. Por tal motivo, la industria ha desarrollado otras
aleaciones con metales base distinta al Fe, denominadas aleaciones no ferrosas. Entre las más utilizadas en la
industria se encuentran:
• Aleaciones base Cu.
• Aleaciones base Al.
• Aleaciones base Ti.

4. El Hierro
El hierro, es un elemento metálico, magnético, maleable y de color blanco plateado. Tiene de número atómico 26 y
es uno de los elementos de transición del sistema periódico.
Este metal de transición es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre, representando un 5 % y,
entre los metales, solo el aluminio es más abundante; y es el primero más abundante en masa planetaria, debido a
que el planeta en su núcleo, se concentra la mayor masa de hierro nativo equivalente a un 70 %.
El núcleo de la Tierra está formado principalmente por hierro y níquel en forma metálica, generando al moverse
un campo magnético. Ha sido históricamente muy importante, y un período de la historia recibe el nombre de
Edad de Hierro.
El hierro esta constituido principalmente por los siguientes materiales:
• El hierro Magnético o Piedra, cuyo contenido de hierro es de 40% y 70%; tiene como impurezas silicio y
fosforo. El Oligisto o Hematites rojas; es una excelente mena del hierro que da hasta 60% de metal puro y
homogéneo: se presenta en masas concrecionadas y fibrosas de aspecto rojizo.
• La siderita o hierro espático: Contiene un conjunto de hierro que varia del 40% y 60%, le acompañan como
impurezas, el cromo, manganeso y la arcilla.
• La limonita o hematites parda: Tiene un contenido entre 30% y 50% de hierro, se presenta en masas
estalactitas, concrecionadas o bajo otros aspectos. Su color es pardo de densidad 3.64. Posee acido
fosfórico.
• La pirita o sulfuro de hierro: Se caracteriza por un bajo contenido de hierro, además de darle muy mala
calidad. Se emplea generalmente para la fabricación de Acido sulfúrico y sulfato de hierro.

5. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES
• Hierro Puro: Es un metal maleable, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas; es
ferromagnético a temperatura ambiente y presión atmosférica. Es extremadamente duro y denso.
• Se encuentra en la naturaleza formando parte de numerosos minerales, entre ellos muchos óxidos y
raramente se encuentra libre. Para obtener hierro de estado elemental, los óxidos se reducen con carbono y
luego es sometido a un proceso de refinado para eliminar las impurezas.
• Es el elemento mas pesado que se produce exotérmicamente por fusión, y el mas ligero que se produce a
través de una fusión , debido a que su núcleo tiene la mas alta energía de enlace por nucleón ( Energía
necesaria para separar del núcleo una neutrón o un protón): por lo tanto, el núcleo mas estable es de hierro –
56 ( con 30 neutrones).
• Presenta diferentes formas estructurales dependiendo de la temperatura y presión.

6. TIPOS DE ALEACIONES DE HIERRO
EL SISTEMA HIERRO CARBONO: De todos los sistemas de aleación binarios, el más considerado fue el hierro-
carbono por ejemplo los aceros son aleaciones hierro-carbono y constituyen la familia industrialmente más
importante de todas las aleaciones metálicas. La mayoría de las aleaciones de hierro derivan del diagrama Fe-C
que puede ser modificado por distintos elementos de aleación. Para ello nos sirven para construir diferentes
tipos de herramientas. Por ello es importante destacar el concepto del ACERO.
ACERO: Es la aleación de hierro y carbono, en la que el carbono se encuentra presente en un porcentaje mayor
a 0.08% e inferior al 2% en peso, al cual se le adicionan variados elementos de aleación, los cuales le confieren
propiedades mecánicas específicas para sus diferentes usos en la industria.
A medida que crece el contenido de carbono, aumenta la dureza y la resistencia del acero, pero también
aumenta su fragilidad y disminuye la ductilidad.
A menor contenido de carbono, el acero presenta mejor soldabilidad.
El acero es un material dúctil, maleable, forjable y soldable.
El acero combina la resistencia y la posibilidad de ser trabajado; lo que se presta para fabricaciones mediante
muchos métodos Los productos ferrosos con más de 2% de carbono se denominan fundiciones de hierro.

7. CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS DE ACUERDO A SU PORCENTAJE DE CARBONO:
Aceros de bajo carbono: Su porcentaje de carbono es menor a 0.2%. Su microestructura está formada
principalmente por ferrita. Son metales muy suaves, dúctiles y de baja resistencia. Son fáciles de deformar
plásticamente.
Aceros de medio carbono: Su porcentaje de carbono oscila entre 0.2 y 0.5%. Su microestructura está formada por
la mezcla de ferrita y perlita. Constituyen la mayoría de aceros al carbono disponibles comercialmente y sus
propiedades mecánicas dependen de la cantidad de ferrita y perlita que posean.
Aceros de alto carbono: Su porcentaje de carbono es mayor al 05%. Tienen dureza y resistencia elevadas. Su
ductilidad y tenacidad son bajas.
DIAGRAMA DE EQUILIBRIO HIERRO-CARBURO DE HIERRO
En el diagrama de equilibrio o diagrama de fases hierro-carbono (Fe-C) (también diagrama hierro-carbono), 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 tal que los procesos de difusión
(homogeneización) tengan tiempo para completarse. Dicho diagrama se obtiene experimentalmente identificando los
puntos críticos —temperaturas a las que se producen las sucesivas transformaciones— por diversos métodos.
La temperatura a que tienen lugar los cambios alotrópicos en el hierro estará influida por los elementos que forman
parte de la aleación, de los cuales el más importante es el carbono. la porción de interés del sistema de aleación
Fe-C. Contiene la parte entre Fe puro y un compuesto intersticial, llamado carburo de hierro, que contiene un 6.67%
de C en peso. Esta porción se llamará diagrama de equilibrio hierro-carburo de hierro.

8. Antes de estudiar un diagrama, es importante notar que si se trata de un verdadero diagrama de equilibrio, pues un
verdadero equilibrio implicaría que no hubiera cambio de fase con el tiempo. Sin embargo, es un hecho que el
compuesto carburo de hierro se descompondrá de una manera muy lenta en hierro y carbono (grafito), lo cual
requerirá un período de tiempo muy largo a temperatura ambiente. El carburo de hierro se dice entonces
metaestable; por tanto, el diagrama hierro-carburo de hierro, aunque técnicamente representa condiciones
metaestables , puede considerarse como representante de cambios en equilibrio, bajo condiciones de calentamiento
y enfriamiento relativamente lentas.
El diagrama muestra tres líneas horizontales que indican reacciones isotérmicas. La solución sólida a se llama
austenita. La segunda figura muestra ampliada la porción del diagrama de la esquina superior izquierda. Esta se
conoce como región delta, debido a la solución sólida d. A 2720ºF se encuentra una línea horizontal que nos marca
la reacción peritéctica. Dicha reacción responde a la ecuación:
El diagrama de aleación hierro-carbono, es un tipo de diagrama de equilibrio que nos permite conocer el tipo de
acero que se va a conseguir en función de la temperatura y la concentración de carbono que tenga presente.
Un diagrama de equilibrio de una mezcla es un gráfico que representa las diferentes fases y estados de agregación
en que van a presentarse los componentes de un sistema en función de la temperatura y de la concentración de
cada uno de los componentes de la mezcla.
En el caso del diagrama de aleación hierro-carbono se trata de un diagrama de equilibrio en el que se representa el
comportamiento de la aleación de hierro y carbono en función del porcentaje de carbono contenido en la mezcla y
de la temperatura.

9. COORDENADAS DEL DIAGRAMA
Coordenada, es un concepto que se utiliza en la geometría y que permite nombrar a las líneas que se emplean
para establecer la posición de un punto y de los planos o ejes vinculados a ellas.
Las coordenadas cartesianas o coordenadas rectangulares ( sistema Cartesiano). Son un tipo de coordenadas
ortogonales usadas en espacios euclidianos, para la representación grafica de una relación matemática ( Funciones
matemáticas y ecuaciones de geometría analítica), o del movimiento o posición en física , caracterizada s
porque usa como referencia ejes ortogonales entre si que se cortan en un punto de origen. Las coordenadas
cartesianas se definen así como la distancia al origen de las proyecciones ortogonales de un punto dado sobre
cada uno de los ejes.
Dentro del ámbito de la Geometría, tampoco podemos pasar por alto la existencia de lo que se conoce como
coordenadas cartesianas, que también se conocen por el nombre de coordenadas rectangulares. Las mismas
pueden definirse como aquel sistema de referencia que se utiliza para localizar y colocar un punto concreto en un
espacio determinado, tomando como referencia lo que son los ejes X, Y y Z.
Más concretamente, aquellas se identifican porque existen dos ejes que son perpendiculares entre sí y que
además se cortan en lo que es un punto denominado origen. Asimismo hay que subrayar que la coordenada X se
da en llamar abscisa y la coordenada Y recibe el nombre de ordenada.
Un diagrama es un gráfico que presenta en forma esquematizada información relativa e inherente a algún tipo de
ámbito, que aparecerá representada numéricamente y en formato tabulado.
Uno de los diagramas más utilizados es el que se conoce con el nombre de Diagramas de flujo, que es aquella
forma más tradicional de mostrar y especificar los detalles algorítmicos de un proceso, convirtiéndose en la
representación gráfica de un proceso que supone la intervención de una multiplicidad de factores.

10. Si queremos analizar el estado de una aleación a una determinada temperatura bastará con fijar sus coordenadas
(composición, temperatura) en la gráfica. Si el punto está por encima de la línea de inicio de transformaciones
tendremos líquido; por este motivo a esa línea se le denomina LÍQUIDUS. Si el punto está por debajo de la línea
de final de transformaciones, la aleación estará totalmente sólida, por lo que esa línea recibe el nombre de
SÓLIDUS. Una aleación cuya composición y temperatura den un punto entre las dos líneas estará en plena
transición entre líquido y sólido.
ZONAS
Es importante destacar aquí que a las zonas, también se les llama husos. Las zonas, son los limites o bordes de
cada grafico o diagrama.
Las zonas representan Etapas o fases del proceso. Las cuales están representadas en un grafico por distintos
colores que diferencian el estado de la sustancia. Ejemplo:
En un Diagrama, Cuatro zonas representan etapas en las que el acero obtenido está formado por una única fase.
1. Dentro de la primera zona el acero está en estado líquido.
2. Cuando un acero está dentro de la segunda zona nos encontremos con una sustancia sólida formada
exclusivamente por austenita.
3. En La tercera zona correspondiente a aceros con un muy bajo contenido en C y temperaturas en torno a los
1400ºC se corresponde con una única fase sólida de acero .
4. En la cuarta zona también con bajo contenido en C pero a temperaturas menores (en torno a los 700ºC) se
encuentra en fase sólida y está formada por ferrita.

11. ECUACIONES ISOMÉTRICAS
En geometría, 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:
• 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.