Diagrama de Equilibrio Hierro-Carburo del Hierro.(Fe-C)

1. República Bolivariana de Venezuela.
Ministerio del Poder Popular para la Educación.
Instituto Universitario de Tecnología. “Antonio José de Sucre”.
Barcelona – Edo. Anzoátegui.
Carrera: Tecnología Mecánica mención Mantenimiento.
Área: Metalurgia.
Barcelona, de Julio del 2021.
Profesor:
Ing. Henry Ramírez.
Estudiante:
Juan Fernández. C.I: 28 221 732.

2. El hierro es un elemento químico cuyo número atómico es 26 y es considerado como
un metal maleable, de gran tenacidad y ductilidad, que se encuentra en grandes cantidades en
la corteza de nuestro planeta. Siendo el metal más utilizado en el ámbito industrial.
El hierro como metal de transición es el cuarto elemento más abundante en la corteza
terrestre, representando un 5 % de esta y es el primero más abundante en masa planetaria,
debido a que el planeta, en su núcleo, concentra la mayor masa de hierro nativo, equivalente a
un 70 % que junto con el níquel en forma metálica, generan, al moverse, el campo magnético
terrestre.
El hierro se constituye principalmente como Magnetita o piedra imán, con un
contenido de hierro de entre el 40% y 70%, teniendo como impurezas al silicio y al fósforo.
Sin embargo, también puede encontrase en forma de Hematites Roja, dándose como una
excelente mena de hierro que da hasta el 60% del metal puro en forma homogénea.
Luego, se tiene a la Siderita, que cuenta con un contenido de hierro que varía del 40%
al 60% acompañada de impurezas como, el cromo, manganeso y la arcilla. Así mismo, la
Limonita, tiene un contenido del 30% al 50% de este mineral, presentándose en masas de
estalactitas.
Y por último la Pirita, caracterizada por constituirse de poco hierro, además de darse
en mala calidad. Se emplea generalmente para la fabricación de ácido sulfúrico y sulfato de
hierro.
El hierro es un metal de coloración plateado oscuro que se encuentra mayormente en
estado sólido. Es de relativa dureza valorada en la escala de Mohs igual a 5 y su densidad es
de 7874 kg/m3. Además de tener en cuenta que su punto de fusión se encuentra en 1535 °C y

3. su punto de ebullición está en 2750 °C. Presentándose como un buen conductor de calor y
electricidad.
El hierro es un metal alotrópico, capaz de cambiar de estructura molecular
dependiendo de la temperatura en que se encuentre. A temperaturas normales, tiene una
estructura cúbica centrada en el cuerpo, es decir, forma un cubo y tiene un átomo en el centro.
Por el contrario, al aumentar la temperatura, su estructura se vuelve cúbica centrada
en las caras, es decir que los átomos se encuentran en los vértices del cubo y en el centro de
cada uno de los lados.
Generalmente, son maleables capaces de deformarse sin romperse y por eso pueden
fabricarse delgadas capas de hierro. Poseen un alto grado de dureza, siendo muy resistentes a
ser rayados por otro objeto, y tienen una alta densidad. Además de, ser un material que se
corroe al estar expuesto al oxígeno atmosférico, al aire húmedo y altas temperaturas.
Las aleaciones ferrosas, que incluyen aceros y hierros fundidos, tienen el hierro
como elemento base y son las aleaciones metálicas más comunes debido a la abundancia, la
facilidad de producción y la alta versatilidad del material. La mayor desventaja es la baja
resistencia a la corrosión.
El carbono es un elemento fundamental en todas las aleaciones ferrosas. En general,
los niveles más altos de carbono aumentan la resistencia y la dureza, y al mismo tiempo
disminuyen la ductilidad y la soldabilidad.
Entre tantas de estas aleaciones las más comunes utilizadas en la industria son:
Acero al Carbono: Consiste en una aleación férrea con un contenido máximo de carbono del
2% Existiendo en diferentes tipos de acero dependiendo del porcentaje de carbono.

4.  Acero bajo en carbono: Cuenta con menos del 0,25% de C en peso. Son blandos pero
dúctiles y se utilizan en vehículos, tuberías, elementos estructurales, etcétera.
 Acero medio en carbono: Comprende entre el 0,25% y 0,6% de C en peso y para
mejorar sus propiedades son tratados térmicamente. Son más resistentes que los aceros de
bajos carbono, pero menos dúctiles; empleándose en piezas de ingeniería que requieren
una alta resistencia mecánica y al desgaste.
 Acero alto en carbono: Contiene entre el 0,60% y el 1,4% de C en peso. Son aún más
resistentes, pero también menos dúctiles. Se añaden otros elementos para que formen
carburos, por ejemplo, con wolframio se forma el carburo de wolframio, WC; estos
carburos son muy duros y se emplean principalmente en herramientas.
Sin embargo, una clasificación mucha más técnica y correcta para este tipo de aceros al
carbono, según su contenido en carbono es:
 Los aceros hipo-eutectoides, cuyo contenido en carbono oscila entre 0.02% y 0,8%.
 Los aceros eutectoides cuyo contenido en carbono es de 0,8%.
 Los aceros hipereutectoides con contenidos en carbono de 0,8% a 2%.
Acero Inoxidable: Uno de los inconvenientes del hierro es que se oxida con facilidad.
Añadiendo un 12% de cromo se considera acero inoxidable, debido a que este aleante crea
una capa de óxido de cromo superficial que protege al acero de la corrosión o formación de
óxidos de hierro. También puede tener otro tipo de aleantes como el níquel para impedir la
formación de carburos de cromo, los cuales aportan fragilidad y potencian la oxidación inter-
granular.
Fundiciones: Cuando el contenido de carbono es superior al 2% en peso, la aleación se
denominada como fundición. Donde el carbono puede encontrarse disuelto, tomando forma

5. de grafito o carburo. Lo que le otorga la propiedad de ser duro y frágil; además de presentar
una baja temperatura de fusión, haciéndolo adecuado para la fundición.
Hay distintos tipos de fundiciones, y entre los más comunes están las grises, las blancas, las
maleables americanas y las maleables europeas, entre otras.
Por otro lado, en el diagrama de equilibrio o diagrama de fases hierro-carbono (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 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.
Entre las fases presentes dentro del diagrama hierro carbono (Fe-C) están:
La fase gamma (γ) o austenita, es una manera de ordenamiento específico de los
átomos de hierro y carbono. Está formado por una disolución sólida del carbono en hierro, lo
cual supone un porcentaje máximo de C del 2,11%.
La austenita es dúctil, blanda y tenaz. Que cuenta con una estructura cristalina del
tipo cúbica, de caras centradas, en donde se diluyen en solución sólida los átomos de carbono
en los intersticios. Esta estructura permite una mejor difusión con el carbono, acelerando así
el proceso de carburación del acero. Y conjuntamente se encuentra presente dentro de un
rango de entre los 727 º C a los 1495 º C.
Además de tener en cuenta que, la mayoría de las operaciones de forja y laminado de
aceros se efectúa aproximadamente a los 1100 °C, cuando la fase austenítica es estable. Y a
diferencia de la ferrita, esta no es ferromagnética a ninguna temperatura.

6. La ferrita o fase alfa (α), es una de las estructuras cristalinas del hierro con una
composición máxima de carbono de 0,022 %. Cristalizada en un sistema cúbico centrado en
el cuerpo (BCC) y tiene propiedades magnéticas. Se emplea en la fabricación de imanes
permanentes aleados con cobalto y bario, en núcleos de inductancias y transformadores con
níquel, zinc o manganeso, ya que en ellos quedan eliminadas prácticamente las Corrientes de
Foucault.
Las ferritas tienen una alta permeabilidad magnética, lo cual les permite almacenar
campos magnéticos con más fuerza que el hierro. Y se producen a menudo en forma de
polvo, con el cual se pueden producir piezas de gran resistencia y dureza, previamente
moldeadas por presión y luego calentadas, sin llegar a la temperatura de fusión, dentro de un
proceso conocido como sinterización. Mediante este procedimiento se fabrican núcleos para
transformadores, inductores/bobinas y otros elementos eléctricos o electrónicos.
La cementita o carburo de hierro, es un constituyente de los aceros y de otras
aleaciones férreas, como las fundiciones blancas. La cementita contiene un 6,67% de
carbono, y es un compuesto inter-metálico de inserción. Si bien la composición química de la
cementita es Fe3C, la estructura cristalina es del tipo ortorrómbica con 12 átomos de hierro y
4 átomos de carbono por celda.
Otro aspecto importante, es que la cementita es muy dura, de hecho es el constituyente
más duro de los aceros al carbono, con una dureza de 68 HRc. Y esta destaca por ser un
constituyente frágil, con alargamiento nulo y muy poca resiliencia. Donde su temperatura de
fusión es de 1227 °C.
La perlita, es la microestructura formada por capas o láminas alternas de las fases
ferrita y cementita durante el enfriamiento lento de un acero a temperatura eutectoide. Se le
da este nombre porque tiene la apariencia de una perla al observarse microscópicamente.

7. Mecánicamente, las perlitas tienen las propiedades intermedias entre; la blanda y
dúctil, ferrita y, la dura y quebradiza, cementita. Donde los espesores de las capas también
influyen en el comportamiento mecánico del material. Teniéndose como referencia que la
perlita fina es mucho más dura y resistente que la perlita gruesa.
Ahora bien, dentro del diagrama de fases hierro-carbono; el hierro puro está
presente en tres estados, a medida que se incrementa la temperatura desde la temperatura
ambiente Donde:
 Hasta los 911 °C, el hierro ordinario se cristaliza en el denominado hierro α (alfa) o
ferrita. Siendo un material dúctil y maleable, responsable de la buena forjabilidad de las
aleaciones con bajo contenido en carbono y es ferromagnético hasta los 770 °C. Capaz de
disolver pequeñas cantidades de carbono.
 Entre 911 y 1400 °C cristaliza en el hierro γ (gamma) o austenita. Dada su mayor
compacidad la austenita se deforma con mayor facilidad y es paramagnética.
 Entre 1400 y 1538 °C se cristaliza de nuevo en el sistema de hierro δ (delta), que es en
esencia el mismo hierro alfa pero con un parámetro de red mayor por efecto de la
temperatura.
Donde, a mayor temperatura, el hierro se encuentra en estado líquido.
Por otro lado, las transformaciones isométricas son transformaciones de figuras en el
plano que se realizan sin variar las dimensiones ni el área; donde la figura inicial y la final
son semejantes, y geométricamente congruentes. Existiendo tres tipos de isometrías como: la
traslación, la simetría y la rotación.
Para finalizar, los análisis de aleaciones vistos en el presente ensayo, son de gran
importancia a la hora de llevar a cabo los procesos de elaboración de productos con

8. aleaciones de hierro, permitiendo al fabricante hacerlo de una manera óptima, sin
comprometer la calidad y especificaciones preestablecidas del mismo para su utilización
final.

9. ANEXOS:
Hierro:

10. Magnetita:

11. Siderida:
Hematita:

12. Limonita:
Pirita:

13. Acero al Carbono:
Acero Inoxidable:

14. Fundición Gris:
Fundición Blanca:

15. Austenita:
Ferrita:

16. Cementita:
Perlita:

17. Diagrama de Equilibrio Hierro-Carbono: