El documento describe el diagrama de equilibrio Fe-C, incluyendo las 12 fases posibles en aceros al carbono y sus propiedades. Estas fases incluyen ferrita, cementita, perlita, austenita, martensita y bainita, y se forman dependiendo de la temperatura y la velocidad de enfriamiento del acero durante su procesamiento térmico.

1. DIAGRAMA FE-C

2. 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 difusión (homogeneización) tienen tiempo para completarse. Dicho
diagrama se obtiene experimentalmente identificando los puntos
críticos —temperaturas a las que se producen las sucesivas
transformaciones— por métodos diversos

3. Micro constituyentes
 Hasta los 911 °C (temperatura crítica AC3), el hierro
ordinario, cristaliza en el sistema cúbico de cuerpo centrado
y recibe la denominación de hierro α o ferrita. Es un
material dúctil y maleable responsable de la buena
forjabilidad de la aleaciones con bajo contenido en carbono y
es ferromagnético hasta los 770 °C (temperatura de Curie a
la que pierde dicha cualidad; se suele llamar también AC2).
La ferrita puede disolver pequeñas cantidades de carbono.
 Entre 911 y 1400 °C cristaliza en el sistema cúbico de caras
centradas y recibe la denominación de hierro γ o austenita.
Dada su mayor compacidad la austenita se deforma con
mayor facilidad y es paramagnética.

4. Entre 1400 y 1538 °C cristaliza de nuevo en el sistema cúbico de
cuerpo centrado y recibe la denominación de hierro δ que es en
esencia el mismo hierro alfa pero con parámetro de red mayor por
efecto de la temperatura.
A mayor temperatura el hierro se encuentra en estado líquido.
Si se añade carbono al hierro aumenta su grado de macicez y sus
átomos podrían situarse simplemente en los intersecciones de la red
cristalina de éste último; sin embargo en los aceros aparece
combinado formando carburo de hierro (Fe3C), de acuerdo con lo que
dijo el Doctor Cesar Rayas, es decir, un compuesto químico definido y
que recibe la denominación de cementita de modo que los aceros
aleados al carbono están constituidos realmente por ferrita y
cementita.

5. Transformación De La Austenita
 Un eutéctico (composición para la cual el punto de fusión es mínimo)
que se denomina ledeburita y contiene un 4,3% de carbono (64,5 %
de cementita). La ledeburita aparece entre los constituyentes de la
aleación cuando el contenido en carbono supera el 2% (región del
diagrama no mostrada) y es la responsable de la mala forjabilidad de
la aleación marcando la frontera entre los aceros con menos del 2%
de C (forjables) y las fundiciones con porcentajes de carbono
superiores (no forjables y fabricadas por moldeo). De este modo se
observa que por encima de la temperatura crítica A3 los aceros
están constituidos sólo por austenita, una solución sólida de carbono
en hierro γ y su microestructura en condiciones de enfriamiento lento
dependerá por tanto de las transformaciones que sufra ésta.

6.  Un eutectoide en la zona de los aceros, equivalente al
eutéctico pero en el estado sólido, donde la temperatura de
transformación de la austenita es mínima. El eutectoide
contiene un 0,80 %C (13,5% de cementita) y se
denomina perlita. Está constituido por capas alternas de
ferrita y cementita, siendo sus propiedades mecánicas
intermedias entre las de la ferrita y la cementita.

7.  La existencia del eutectoide permite distinguir dos tipos de
aleaciones de acero:
 Aceros hipoeutectoides (< 0.80% C). Al enfriarse por debajo de la
temperatura crítica A3 comienza a precipitar la ferrita entre los granos
de austenita y al alcanzar la temperatura crítica A1 la austenita
restante se transforma en perlita. Se obtiene por tanto a temperatura
ambiente una estructura de cristales de perlita embebidos en una
matriz de ferrita.
 Aceros hipereutectoides (> 0.80% C). Al enfriarse por debajo de la
temperatura crítica se precipita el carburo de hierro resultando a
temperatura ambiente cristales de perlita embebidos en una matriz
de cementita.
 Pues ya que este es un tratamiento térmico y su temperatura se
eleva hasta dicha temperatura.

8.  La martensita es el constituyente típico de los
aceros templados y se obtiene de forma casi instantánea al
enfriar rápidamente la austenita. Es una solución
sobresaturada de carbono en hierro alfa con tendencia,
cuanto mayor es el carbono, a la sustitución de la estructura
cúbica centrada en el cuerpo por tetragonal centrada en el
cuerpo. Tras la cementita (y los carburos de otros metales)
es el constituyente más duro de los aceros.

9. OTROS
MICROCONSTITUYENTES
 Las texturas básicas descritas (perlíticas) son las obtenidas
enfriando lentamente aceros al carbono, sin embargo
modificando las condiciones de enfriamiento (base de los
tratamientos térmicos) es posible obtener estructuras
cristalinas diferentes:

10.  Velocidades intermedias de enfriamiento dan lugar a la bainita,
estructura similar a la perlita formada por agujas de ferrita y
cementita pero de mayor ductilidad y resistencia que aquélla.
 También se puede obtener austenita por enfriamiento rápido de
aleaciones con elementos gammágenos (que favorecen la
estabilidad del hierro γ) como el níquel y el manganeso, tal es el
caso por ejemplo de los aceros inoxidables austeníticos.
 Antaño se identificaron también la sorbita y la troostita que han
resultado ser en realidad perlitas de muy pequeña distancia
interlaminar por lo que dichas denominaciones han caído en desuso.

11. LAS ALEACIONES FE-C PUEDEN
ENCONTRARSE DOCE
CONSTITUYENTES
 FERRITA
 CEMENTITA
 PERLITA
 AUSTENITA
 MARTENSITA
 TROOSTITA
 SORBITA
 BAINITA
 LEDEBURITA
 STEADITA
 GRAFITO
 IMPUREZAS

12. FERRITA
Aunque la ferrita es en realidad una solución solida de
carbono en hierro alfa, su solubilidad a la temperatura
ambiente es tan pequeña que no llega a disolver a 0,008% de
C.
Por esto, prácticamente, se considera la ferrita como hierro
alfa puro. L a máxima solubilidad del carbono en el hierro alfa
es de 0,02% a 723℃.
La ferrita es el mas blando y dúctil constituyentes de los
aceros. Cristalización en la red cubica centrada.
Tiene una dureza de 90 Brinell y una resistencia a la rotura de
28 Kg/𝑚𝑚2, llegando hasta un alargamiento del 35 al 40%.
Es magnética.

13. CEMENTITA
Es carburo de hierro, de formula 𝐶𝐹𝑒3, y contiene por tanto
6,67% de carbono y 93,3% de hierro.
Es el constituyente más duro y frágil de los aceros,
alcanzando una dureza de Brinell de 700HB (68 HBC)
Es magnética hasta 210℃, de temperatura a partir de la cual
pierde el magnetismo.

14. PERLITA
Es un constituyente compuesto por el 86,5% de ferrita y el
13,5% de cementita, o dicho en otra manera existen 6,4
partes de ferrita y 1 de cementita. La perlita tiene una dureza
de aproximadamente 200 HB, con una resistencia a la rotura
de 80kg/𝑚𝑚2
, y un alargamiento del 15%. El nombre de perlita
se debe a las irisaciones que adquiere al iluminarla, parecidas
a las de las perlas.

15. AUSTENITA
Es el constituyente mas denso de los aceros , y esta formado
por la solución solida, por inserción de carbono en hierro
gamma.
La austenita esta 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 unos 300 HB, una resistencia
de unos 100 Kg/𝑚𝑚2, y un alargamiento de un 30%.
No es magnética

16. MARTENSITA
Después de la cementita es el constituyente mas duros de los
aceros. La martensita es una solución solida sobresaturada de
carbono en hierro alfa. Se obtiene por enfriamiento muy rápido
de los aceros, una vez elevada su temperatura lo suficiente
para conseguir su constitución austenítica.
La proporción de carbono de la martensita no es constante,
sino varía hasta un máximo de 0,89%, aumentando su dureza,
resistencia mecánica y fragilidad con el contenido de carbono.
Su dureza varía de 50 a 68 HRC; su resistencia mecánica es
de 175 a 250 Kg/𝑚𝑚2 y su alargamiento de 2,5% a 0,5%.
Es magnética

17. TROOSTITA
Antiguamente se la denomina osmondita. Se produce la
troostita por transformación isotérmica de la austenita entre las
temperaturas de 500 ℃ a 600 ℃ . Es decir, enfriando
rápidamente a esta temperatura constante hasta que toda la
austenita se haya transformado en troostita.
Se produce también la troostita cuando se enfría la austenita
A una velocidad inferior a la crítica de temple. La velocidad de
enfriamiento crítica de temple, como veremos más adelante,
es la mínima para que toda la austenita transforme en
martensita.
Se presenta la troostita en forma de nódulos compuestos de
laminillas radiales de cementita sobre la ferrita, parecidas alas
de la perlita, pero mas finas.
Su dureza es de unos 500HB; su resistencia 250Kg/ 𝑚𝑚2 y su
alargamiento de 7,5%

18. SORBITA
Se produce también por transformación isométrica
de la austenita a temperaturas comprendidas entre
600 ℃y 650 ℃.
Es decir enfriando rápidamente la austenita, que
deberá estar a temperaturas por encima d la critica
superior, hasta una temperatura comprendida entre
600 ℃ y 650 ℃ , y manteniéndola a esta
temperatura constante hasta su total transformación
en sorbita.

19. BAINITA
Se forma en la transformación isométrica de la
austenita, entre temperaturas de 250 ℃ y 550 ℃. E
s decir, enfriando la austenita rápidamente hasta
una temperatura comprendida entre 300 ℃ y 500 ℃
y manteniéndola después a una temperatura
constante hasta la transformación total de la
austenita en bainita

20. LEDEBURITA
La ledeburita no es un constituyente de los aceros, sino de las
fundiciones. Se encuentra en las aleaciones hierro – carbono
cuando el porcentaje de carburo hierro aleado es superior al
25%, o sea, con un contenido total de carbono superior al
1,76%. La ledeburita es una eutéctica, palabra que en griego
significa fluidez perfecta y se emplea para designar una
mezcla de componentes que pasan sin descomposición ni
segregación del estado sólido al líquido.
La ledeburita se forma al enfriar la función liquida4,3% de C
desde 1.130 ℃ , siendo estable hasta 723 ℃,
descomponiéndose a partir de esta temperatura en ferrita y
cementita. La ledeburita contiene el 52% de cementita y el
48% de austenita de 1,76% de carbono. El contenido total de
carbono de la ledeburita s de 4,3%.

21. STEADITA
Es un constituyente de la naturaleza eutéctica, que aparece en
las fundiciones de más de 0,15% de fósforo.
Como la steadita se compone de un 10% de fósforo
aproximadamente, y casi todo el fósforo de la fundición se
concentra en este constituyente se puede calcular el
porcentaje de steadita que contiene la fundición por se
contenido en fosforo.
Así por ejemplo una fundición que contenga 0,15% de fosforo
tendrá 15% de steadita.
La steadita es muy dura y frágil. Funde a 960 ℃. En las
fundiciones grises ésta compuesta de un eutéctico de ferrita y
fosfuro de hierro. Y en las fundiciones blancas y atruchadas,
por un eutéctico de ferrita, fosfuro de hierro y cementita

22. GRAFITO
El grafito es uno de los tres estados alotrópicos en que se
encuentra el carbono en estado libre en la naturaleza, siendo
los otros dos el diamante y el carbón amorfo.
El grafito es blando, untuoso, de color gris oscuro y de peso
específico 2,25. El grafito se presenta en forma esferoidal, en
algunas fundiciones especiales.
El grafito baja la dureza, resistencia mecánica, elasticidad y
plasticidad de las fundiciones que lo contienen; pero, en
cambio, mejora la resistencia al desgaste , a la corrosión y
sirve de lubricante en el roce.

23. IMPUREZAS
Y por fin puede encontrarse también en la masas de los
aceros inclusiones formadas por sulfuros de manganeso,
óxido de aluminio, silicatos, etc., que proceden de los
refractarios de los hornos, de las escorias, o de los procesos
de oxidación o desoxidación. En general las inclusiones no
metálicas perjudican las propiedades del acero

24. FORMAS ALOTRÓPICAS DEL HIERRO
El hierro cristaliza en la variedad alfa hasta la temperatura de
768ºC. La red espacial a la que pertenece es la red cúbica
centrada en el cuerpo (BCC). La distancia entre átomos es de
2.86 Å. El hierro alfa no disuelve prácticamente en carbono, no
llegando al 0.008% a temperatura ambiente, teniendo como punto
de máxima solubilidad a T=723ºC (0,02%)Magnético
La variedad beta existe de 768ºC a 910ºC. Cristalográficamente
es igual a la alfa, y únicamente la distancia entre átomos es algo
mayor: 2.9 Å a 800ºC y 2.905ºC a 900ºC. No Magnético
La variedad gamma se presenta de 910ºC a 1400ºC. Cristaliza en
la estructura FCC. El cubo de hierro gamma tiene más volumen
que el de hierro alfa. El hierro gamma disuelve fácilmente en
carbono, creciendo la solubilidad desde 0.85% a 723ºC hasta
1.76% a 1130ºC para decrecer hasta el 0.12% a 1487ºC. Esta
variedad de Fe es magnético.
La variedad delta se inicia a los 1400ºC, observándose, entonces
una reducción en el parámetro hasta 2.93Å, y un retorno a la
estructura BCC. Su máxima solubilidad de carbono es 0.007% a
1487ºC. Esta variedad es poco interesante desde el punto de
vista industrial. A partir de 1537ºC se inicia la fusión del Fe puro.