Este documento presenta información sobre el diagrama de fases hierro-carbono (Fe-C). Explica las diferentes fases que aparecen en el diagrama como ferrita, austenita, cementita y ledeburita. También describe los tipos de transformaciones que ocurren y las propiedades de los diferentes tipos de aceros y fundiciones. Finalmente, detalla aplicaciones industriales comunes de diferentes aceros, incluyendo aceros de construcción, herramientas, inoxidables y tratamientos superficiales.

1. DIAGRAMA Fe-C
Iñaki Altuna
Julen Altzibar
Iñigo Iparragirre
Javier Zuazolacigorraga

2. ● Introducción
● Diagrama Fe-C
○ Fases y microconstituyentes
○ Transformaciones y tipos de
aceros
● Aplicaciones industriales
Índice

3. INTRODUCCIÓN: Hierro

4. Características principales
● Aspecto metálico brillante con un tono
grisáceo.
● Elevada dureza.
● Puntos de ebullición y fusión altos.
● Buen conductor de electricidad y calor.
● Estructura cristalina centrada en el cuerpo.
● Metaestable.

5. ¿Por qué es importante el diagrama Fe-C?
● Cuarto elemento más abundante en la corteza
terrestre.
● Formando aleaciones con el carbono y otros
elementos es el metal más utilizado en la
ingeniería.
● Características del hierro.

6. Características principales del
diagrama Fe-C
● Solo se puede utilizar para para
concentraciones menores del 6.67%.
● Concentraciones <2.11%: Aceros.
● Concentraciones >2.11%: Fundiciones.

7. ● Estado de agregación.
● Fase.
● Sistemas homogéneos.
● Sistemas heterogéneos.
● Mezcla.
Conceptos clave

8. Fases y Microconstituyentes

9. Nomenclatura
Ferrita α
Austenita γ
Cementita Fe3
C
Ledeburita Fe3
C: 2Fe

10. Ferrita
● Solución sólida de Hierro-α con C.
● Aparece en temperatura ambiente, básicamente la
solubilidad es nula en carbono, de 0,0218% a 723ºC.
● Es un microconstituyente duro, aun así es uno de los
más blandos a temperatura ambiente.
● Dureza de 95 Vickers.
● Cristaliza en una estructura BCC.
● Resistencia a la rotura de 28 Kg/mm2
.
● Presenta propiedades magnéticas.

11. Austenita
● Solución sólida de Fe-γ con C.
● Máxima solubilidad de C es de 2,11% a 1129 ºC.
● No existe por debajo de 723ºC.
● Es un constituyente blando.
● Dureza de 305 Vickers.
● Resistencia de 100 Kg/mm2
.
● No presenta propiedades magnéticas.

12. Cementita
● Compuesto intermetálico de fórmula Fe3
C, equivale a
contenido fijo de carbono del 6,67%.
● Compuesto de elevada dureza y fragilidad.
● Tiende a descomponerse en un periodo largo de
tiempo.
● Dureza de 960 Vickers.
● Es magnética hasta los 210ºC.
● Cristaliza formando un paralelepípedo ortorrómbico
de gran tamaño.

13. Perlita
● Es un constituyente compuesto por el 86.5% de ferrita
y el 13.5% de cementita.
● Dureza de aproximadamente 200 Vickers.
● Resistencia a la rotura de 80 Kg/mm2
.
● Estructura laminar.

14. Ledeburita
● Porcentaje de carbono es de 4.3% a la temperatura de
1145ºC.
● No es una fase, si no una mezcla de fases: Austenita
48% y cementita 52%.
● Alta dureza y fragilidad.
● No existe a temperatura ambiente.
● Estable hasta 723ºC.

15. Diagrama Fe-C

16. Diagrama Fe-C
● Necesidad de análisis del diagrama de fases, los motivos:
○ Conocer la naturaleza y características de las fases y
constituyentes a distintas temperaturas.
○ Conocer las características de las transformaciones.
○ Las propiedades mecánicas están íntimamente relacionadas con
la microestructura a temperatura ambiente.
● El diagrama debe denominarse diagrama hierro-carburo de hierro,
porque a temperatura ambiente el carbono está combinado con el
hierro en forma de carburo de hierro.

17. % C
Temp °C
.89 1.76 4.3 6.67
723
910
Ferrita
Ferrita + austenita

18. % C
Temp °C
.89 1.76 4.3 6.67
723
910
α
1130
Perlita
+ Cementita
Austenita +
Cementita

19. % C
Temp °C
.89 1.76 4.3 6.67
723
910
1130
Perlita
Cementita Ledeburita
Perlita
+
Ledeburita
+
Cementita
Austenita
+
Ledeburita
+
Cementita
Austenita
Cementita
Ledeburita

20. % C
Temp °C
.89 1.76 4.3 6.67
723
910
1130
1539
Austenit
a
Austenita
+
Liquido

21. % C
Temp °C
.89 1.76 4.3 6.67
723
910
1130
1539
Ledeburita
+
Cementita
Solido
+
Liquido
Liquido
723
910
1130
1539
Liquido
+
Cementita

22. Tipos de transformaciones

23. Tipos de transformaciones

24. Propiedades generales de aceros y
fundiciones:
Aceros hipoeutectoides:
están formados por
perlita y ferrita, son
dúctiles y tenaces. La
ferrita es el
constituyente matriz y
comunica sus
propiedades al acero. La
perlita aumenta la
resistencia.

25. Propiedades generales de aceros y
fundiciones:
Aceros eutectoides:
formados únicamente
por perlita, poseen las
mismas propiedades que
ésta.

26. Propiedades generales de aceros y
fundiciones:
Aceros hipereutectoides:
son duros y frágiles,
propiedades características
de la cementita, que es el
constituyente matriz.

27. Propiedades generales de aceros y
fundiciones:
Fundiciones:
● Constituidas por perlita y cementita, pero a
diferencia de los aceros, no se puede disolver
la cementita, por lo que son duras y frágiles y
no aptas para la forja.
● Es posible transformar la cementita en grafito
consiguiendo las denominadas fundiciones
grises, maleables y nodulares, con
propiedades distintas a las blancas, que se
asemejan más a los aceros.

28. Tipos de Aceros y sus
aplicaciones
Tratamientos superficiales
Aceros de construcción
Aceros de herramienta
Aceros inoxidables

29. Tratamientos superficiales
Para dar solución a los aceros que sufren día a día en su
superficie debido a su actividad.
Mediante tratamientos superficiales térmicos, se endurece la
superficie, mejorando su resistencia a la fatiga y al desgaste.
2 formas de actuación:
● Realización de temple superficial
● Modificación de composición química de la superficie
Propósito de ámbos: endurecer la superficie manteniendo el
núcleo dúctil y tenaz.

30. Temple superficial
Temple a la llama
Calentar superficie mediante una llama de mezcla
Se acaba el proceso con un temple mediante agua
Acetileno
Propano
Gas natural
+
Oxigeno
Aire
Resultado
Superficie: martensítica
Núcleo: ferrito-perlítica

31. También utilizados para revenidos localizados.
Funcionamiento: rodeando la pieza en un campo magnético
generado en un inductor al hacer pasar por él corriente alterna de
alta frecuencia, induce en el acero una corriente eléctrica haciendo
que se caliente la pieza.
Se acaba el proceso con un temple mediante agua.
Control de profundidad de calentamiento: t, f y A. (a más
frecuencia menos profund.)
Temple por inducción

32. Cementación o carburación
Consiste en introducir C en la superficie austenizada.
El endurecimiento ocurre al templar la superficie con alto
contenido en C.
La cementación se puede conseguir mediante agentes sólidos,
líquidos y de gas. Estos últimos son los más utilizados por capacitar
un control más preciso del tratamiento.
Al tener un alto %C se dan formaciones de carburos y austenitas
residuales que no son buenos para el acero.

33. *Bonificado = Temple + revenido

34. Nitruración
Este método de endurecimiento se da mediante la introducción
del nitrógeno en la superficie de la aleación.
Se lleva a cabo en un horno de tratamiento, donde al calentarse, el
amoniaco desata cantidades de nitrógeno que es absorbido por la
superficie a endurecer.
NH3 ------- N + 3H
Las diferencias de la nitruración respecto a la cementación:
● Se lleva a cabo a T muy bajas
● No existe peligro de sobrecalientamiento y distorsiones
● No tiene necesidad de temple (se hace al aire libre)

36. Carbonitruración
En este tipo de tratamiento térmico superficial se introducen a la
vez carbono y nitrógeno en una pieza de acero austenizada.
Tiene más parecido a la cementación ya que el procedimiento se
lleva a cabo en fase austénica y la pieza se templa.

37. Templado y revenido (1m-1m30´//2m10´//2m50´)

38. Tipos de acero
Existen muchas formas de clasificar los aceros dentro de la
ingeniería, pero la más útil es la de la clasificación según las
propiedades del acero en concreto.
Y las propiedades se clasifican según la utilización que se les dará.

39. Para fabricación de piezas y elementos de máquinas y para
construcciones (como elementos estructurales).
Propiedades: límite elástico alto, resistencia a la tracción,
alargamiento, tenacidad, resistencia a la fatiga, conformabilidad y
la facilidad de fabricación.
Aceros de construcción

40. Aceros al carbono
Todos estos aceros tienen una baja templabilidad, por lo que
normalmente no se utilizan en estado de temple y revenido,
sino que se emplean directamente en estado bruto de forja o
de laminación.
● Aceros de muy bajo % C (aceros para conformado en frío)
● Aceros de bajo %C
● Aceros de medio %C
● Acero de alto %C
(Cuando más % de C mejor resistencia al desgaste y mayor
dureza)

41. Destinados a: elementos o útiles para conformar, transformar,
mecanizar y cortar cualquier tipo de material.
Propiedades: altos en dureza, resistencia al desgaste, tenacidad,
capacidad de mantener dichas propiedades a altas temperatura.
Aceros de herramientas

42. Aceros para trabajos en frío
Estos aceros son utilizados para trabajar en temperatura de
ambiente.
Limitación: baja templabilidad (peligro de agrietamiento).
Solución: aceros aleados (W, Mo, Cr, V) creando nuevas
familias de aceros.
Ejemplos: martillos y herramientas agrícolas (<C) o brocas,
machos, limas, cuchillos (>C).
● Aceros resistentes al desgaste
● Aceros indeformables
● Acero resistentes al choque

43. Aceros para trabajos en caliente
“Aceros blandos” por tener menor % de C ya que no necesitan tanta
dureza.
Hablamos de aceros bastante aleados (Cr, Ni, Mo, V) para evitar el
descenso de dureza y resistencia.
Según la norma española:
● Aceros resistentes a choques mecánicos: aceros más baratos, no muy
resistentes a la temperatura pero si a la tenacidad. Trabajos de
400ºC.
● Aceros resistentes al choque térmico: sufren cambios bruscos de
temperaturas y su composición química suele estar ajustada para
minimizar el cambio volumétrico. Para trabajos de herramienta de
hasta 600ºC. Ejemplos: martillos de forja, cizalla de corte en
caliente...

44. Aceros de corte rápido
Son aquellos útiles o herramientas que se utilizan en de corte de
tornos, fresas, etc.
Estos aceros aseguran un servicio correcto a altas velocidades de
corte.
Teniendo en cuenta que cuando a más velocidad de corte
funcionen, más caliente el filo. Y cuando más calor, menos dureza
por consiguiente menor rendimiento de operación.
Para asegurar un buen rendimiento, estos aceros llevan una elevada
proporción de elementos carburígenos (Mg, Mn, Cr, W, etc.) para
mantener propiedades mecánicas.

45. Destinados a trabajar en aquellos lugares donde las condiciones
ambientales son muy agresivas. Por ejemplo: en medios corrosivos
o en lugares de alta temperatura.
Las propiedades que deben de tener los aceros para considerarlos
inoxidables son la resistencias que poseen a las acciones de dichos
medios.
Aceros inoxidables

46. Aceros inoxidables martensíticos
Son aquellos que se pueden endurecer mediante el temple,
utilizando la adición del Cr logrando una estructura austenítica
para después templarla y transformarla en martensita.
Una de sus propiedades más importantes es su gran
templabilidad, se pueden templar en aceite, incluso al aire.
Por ejemplo: se utilizan para aceros de cuchillería (Cr: 13% y C:
0,15-0,20%) y para material quirúrgico o instrumental dental (Cr:
17% y C>0,4%)

47. Aceros inoxidables ferríticos
Al tener una estructura de ferrita, no pueden ser endurecidos
mediante el tratamiento térmico, por lo cual se utiliza el
método de la deformación plástica.
Propiedades:
Buena ductilidad.
Muy buena resistencia a la corrosión (directamente proporcional
al % de Cr).
Ejemplo: utensilios domésticos y herramientas de cocina (17%Cr)

48. Aceros inoxidables austeníticos
Estructura cúbica centrada en las caras (FCC).
No sufren ninguna transformación desde su solidificación
hasta llegar temperatura ambiente; esto quiere decir que no se
pueden endurecer mediante el templado.
Comparando con los aceros inoxidables ferríticos:
● Tasa de endurecimiento mucho mayor
● No pierde ductilidad

49. FIN
¿Alguna pregunta?