Roswill Ali

1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA
“ANTONIO JOSE DE SUCRE”
EXTENSIÓN GUAYANA
ESCUELA: ADMINISTRACION MENCION CIENCIAS COMERCIAES
DIAGRAMA DE HIERRO-CARBURO
Autor: Br. Roswill Ali
Profesor: Henry Ramírez
Puerto Ordaz, julio del 2021.

2. 1. El Hierro:
1.1. Definición:
El Hierro es un metal que puede presentarse en diversas variedades de estructuras
cristalinas, es un elemento químico de aspecto metálico brillante con un tono grisáceo
con número atómico 26. Su símbolo es Fe y pertenece al grupo de los metales de
transición y su estado habitual en la naturaleza es sólido.
1.2. Constitución:
La masa atómica de un elemento está determinada por la masa total de neutrones
y protones que se puede encontrar en un solo átomo perteneciente a este elemento.
En cuanto a la posición donde encontrar el hierro dentro de la tabla periódica de los
elementos, el hierro se encuentra en el grupo 8 y periodo 4. El hierro tiene una masa
atómica de 55,845 u.
La configuración electrónica del hierro es [Ar]3d64s2. La configuración electrónica
de los elementos, determina la forma en la cual los electrones están estructurados en
los átomos de un elemento. El radio medio del hierro es de 140 pm, su radio atómico
o radio de Bohr es de 156 pm y su radio covalente es de 126 pm. El hierro tiene un
total de 26 electrones cuya distribución es la siguiente: En la primera capa tiene 2
electrones, en la segunda tiene 8 electrones, en su tercera capa tiene 14 electrones
y en la cuarta, 2 electrones.
1.3. Características:
A continuación, puedes ver una tabla donde se muestra las principales
características que tiene el hierro.
Hierro
Símbolo químico Fe
Número atómico 26
Grupo 8
Periodo 4
Aspecto metálico brillante con un tono grisáceo
Bloque d
Densidad 7874 kg/m3

3. Masa atómica 55.845 u
Radio medio 140 pm
Radio atómico 156
Radio covalente 126 pm
Configuración electrónica [Ar]3d64s2
Electrones por capa 2, 8, 14, 2
Estados de oxidación 2, 3
Óxido anfótero
Estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo
Estado sólido
Punto de fusión 1808 K
Punto de ebullición 3023 K
Calor de fusión 13.8 kJ/mol
Presión de vapor 7,05 Pa a 1808 K
Electronegatividad 1,83
Calor específico 440 J/(K·kg)
Conductividad eléctrica 9,93·106S/m
Conductividad térmica 80,2 W/(K·m)
1.4. Tipos de aleaciones del hierro:
Aceros:
Los aceros son una aleación del hierro, es decir, una combinación entre hierro y
carbono. El máximo contenido de carbono que puede tener el acero es del 2%. Se
clasifican según su contenido de carbono:
 Acero bajo en carbono. Contiene menos del 0,25%. Es dúctil y ofrece alta
resistencia mecánica.
 Acero medio carbono. Contiene entre 0,25% y 0,6 %. Es menos dúctil pero
más resistente, por lo que se utiliza en piezas mecánicas que deben resistir el
desgaste.
 Acero alto carbono. Contiene entre 0,6% y 1,4%. Es un material muy duro
que se utiliza en herramientas.

4.  Aceros aleados. Además del carbono, se agrega otro elemento que le de otra
característica física. Un ejemplo es el acero inoxidable.
Aceros Eutectoides:
 Aleaciones Hierro Carbono con menos del 2 % de carbono
 Solución sólida a temperaturas altas
 Todas las microestructuras son las resultantes de tres fases: ferrita, austenita
y cementita.
Aceros Hipoeutectoides.
Se denomina acero hipoeutectoide a los aceros que según el diagrama hierro-
carbono tienen un contenido en carbono inferior al correspondiente a la composición
eutectoide (0,77 % de C). El acero hipoeutectoide está formado por una mezcla de
ferrita más perlita.
Aceros de Construcción:
 Los aceros ADN solamente tienen especificados por la norma los contenidos
de Azufre y Fósforo, por lo que la composición queda a elección del fabricante.
(Azufre (S) máximo: 0.058 %, Fósforo (P) máximo 0.048%)
 En general los diámetros menores se fabrican con un acero similar al SAE1045
(C: 0,43 / 0,50; Mn: 0,60 / 0,90, hipoeutectoides) y los diámetros mayores con
un grado aproximado al SAE 1541 (C: 0,36 / 0,44; Mn: 1,35 / 1,65,
hipoeutectoides).
 En las medidas 25 y 32 mm se utiliza frecuentemente acero microaleado; con
Niobio Nb ó Vanadio V.
Fundiciones:
 Aleaciones con más del 2% de carbono
 Si la velocidad de enfriamiento es reducida, el carbono no queda combinado
en el cementita (que es metaestable) y se separa en Hierro y grafito. Fundición
gris
 Si la velocidad de enfriamiento es elevada, el carbono queda combinado en el
cementita. Fundición blanca

5. Hierro fundido blanco
El hierro fundido blanco se forma cuando durante la solidificación gran parte del
carbono de un hierro colado derretido forma carburo de hierro en lugar de grafito.
Reciben ese nombre, porque, al fracturarse producen una superficie fracturada
cristalina “blanca” o brillante. Para que los hierros fundidos blancos puedan retener el
carbono en forma de carburo de hierro, su contenido de carbono y silicio se debe
mantener relativamente bajo (2,5 – 3,0% C y 0,5 – 1,5% Si).
Los hierros fundidos blancos se usan más a menudo por su: excelente resistencia
al desgaste y a la abrasión. La gran cantidad de carburos de hierro que hay en su
estructura es la causa principal de su resistencia al desgaste. El hierro fundido blanco
sirve de materia prima para fabricar hierros fundidos maleables.
Hierro fundido maleable
Los hierros maleables son hierros especiales producidos por el tratamiento térmico
de la fundición blanca. Estas fundiciones se someten a rígidos controles y dan por
resultado una microestructura, en la cual la mayoría de carbono está en la forma
combinada de cementita.
Hierro fundido gris
El hierro fundido gris se forma cuando el carbono de la aleación rebasa la cantidad
que puede disolverse en la austenita y se precipita como escamas de grafito. Cuando
un trozo de hierro gris solidificado se fractura, la superficie fracturada adquiere un
tono gris a causa del grafito expuesto en ella. Su excelente facilidad de maquinado
en niveles de dureza que ofrecen buena resistencia al desgaste, la resistencia a la
fricción por frotamiento con lubricación restringida, y excelente capacidad para
amortiguar las vibraciones.
Los hierros fundidos grises no aleados contienen de 2,5 a 4%C y 1 a 3% Silicio.
Como el silicio es un elemento estabilizador del grafito, en los aceros fundidos se
utiliza un contenido de silicio relativamente alto para promover la formación del grafito
Hierro fundido nodular

6. El grafito solidifica en forma de pequeñas esferas, gracias a la adiciónde elementos
como el cerio y el magnesio, con lo cual aumenta considerablemente su resistencia a
la tracción.
Esta microestructura produce propiedades deseables, como alta ductilidad,
resistencia, buen maquinado, buena fluidez para la colada, buena endurecibilidad y
tenacidad. Se obtiene directamente en bruto de colada sin necesidad de tratamiento
térmico posterior.
Ferroaleaciones
Son productos siderúrgicos contienen además del hierro uno o varios elementos
(metales o metaloides) que los caracteriza:
 Ferromanganesos.
 Ferrocromos.
 Ferrosilicios.
 Ferrotungstenos, aceros rápidos para herramientas e imanes.
 Ferrovanadios y ferromolidenos.
2. Diagrama de equilibrio Hierro – Carburo de Hierro
El diagrama hierro-carburo de hierro se acostumbra a representar hasta la porción
de interés que contiene 6.67% de carbono. Esta es la sección entre el hierro puro y el
compuesto intersticial denominado carburo de hierro o cementita (Fe3C), que
contiene 6.67% de carbono en peso.
En este diagrama el carburo de hierro se descompone en tiempos muy largos, lo
cual lleva a la generación de hierro y carbono en forma de grafito.
Por otro lado, en el diagrama también aparecen las diferentes formas alotrópicas
de hierro:
 A 1537°C se encuentra como hierro delta (hierro δ) con estructura cristalina
BCC.
 A 1401°C se encuentra como hierro gama (hierro γ) o austenita con estructura
cristalina FCC.

7.  A 908°C se transforma en hierro alfa (hierro α) o ferrita con estructura cristalina
BCC.
La temperatura a la que tienen lugar los cambios alotrópicos del hierro está
influenciada por los elementos de aleación, de los cuales el más importante es el
carbono. La porción de más interés del sistema de aleación Hierro – Carbono es la
parte entre el hierro puro y un compuesto intersticial llamado carburo de hierro, Fe3C
(6,67 % en peso de carbono).
Figura 1. Diagrama Hierro-Carburo de Hierro.
 No es un verdadero diagrama de equilibrio pues el carburo de hierro es una
fase metaestable lo que implica que con el pasar del tiempo se descompondrá
en hierro y grafito.

8.  El diagrama presenta tres líneas horizontales que indican reacciones
isotérmicas.
 Las letras griegas representan soluciones sólidas.
Figura 2. Diagrama de equilibrio Hierro- Carburo de Hierro marcado en términos
generales.
2.1. Coordenadas del diagrama:
2.2. Zonas:

9. a) Región Delta: La región superior izquierda se conoce como región delta, debido
a la solución solida delta.
 A 2720 ºF se distingue la línea horizontal donde ocurre la reacción peritectica
 Solubilidad máxima de Fe δ (b.c.c) es de 0,10 % (punto M).
 La solubilidad del Fe γ (f.c.c) es mucho mayor.
 La línea NM representa el principio del cambio alotrópico de Fe δ a Fe γ para
aleaciones con menos de 0.10 % de C.
 La línea MP representa el inicio del cambio de estructura cristalina por medio
de una reacción peritectica para aleaciones de 0,10 a 0,18 % de C.
 Para aleaciones con menos de 0,18 % de C el fin de la transformación lo
representa la línea NP.
 Para aleaciones entre 0,18 y 0,50 % de C la línea PB representa en principio y
fin del cambio de estructura por medio de la reacción peritéctica, el cambio
alotrópico se da a temperatura constante.
 Cualquier aleación con más de 0,50 % de C cortara el diagrama a la derecha
del punto B, lo que implica que solidificara directamente en austenita.
 La región delta no se estudiará profundamente ya que ningún tratamiento
térmico “comercial” involucra dicha región.
b) Austenita: Es el constituyente más denso de los aceros y está formado por una
solución solida por inserción de carbono
en hierro gamma. La cantidad de
carbono disuelto varia de 0.8 a 2.11% C,
que es la máxima solubilidad a la
temperatura de 1148°C.
La austenita no es estable a temperatura
ambiente, pero existen algunos aceros
al cromo-níquel, denominados
austeniticos, cuya estructura es austenita a temperatura ambiente.
La austenita está formada por cristales cúbicos centrados en la cara FCC, con una
dureza de 300 Brinell, una resistencia a la tracción de 100 Kg/mm² y un alargamiento
de 30% y no es magnética.

10. c) Ferrita: Es una solución de
carbono en hierro alfa, y su
solubilidad a la temperatura
ambiente es de 0.008% de carbono,
por lo que se considera hierro puro;
la máxima solubilidad de carbono en
el hierro alfa es de 0.02% a 723°C.
La ferrita es hierro casi puro y puede contener en solución pequeñas cantidades de
silicio, fosforo y otras impurezas. La ferrita es la fase más blanda y dúctil de los aceros,
cristalizada en la red cubica centrada en el cuerpo BCC, tiene una dureza de 90 Brinell
y una resistencia a la tracción de 28 kg/mm² y llega hasta un alargamiento de 40%.
d) Cementita: Es el carburo de hierro de formula Fe₃C, contiene 6.67% C y 93.33%
de hierro, es el microconstituyente más duro y frágil de los aceros al carbón,
alcanzando una dureza de Brinell de 700 (68rc) y cristaliza una red ortorrómbica.
e) Perlita: Es el constituyente eutectoide formado por capas alternadas de ferrita y
cementita, con 88% de ferrita y 12% de
cementita, y contiene 0.8% C. Tiene una
dureza de 250 Brinell, una resistencia a la
tracción de 80 kg/mm² y un alargamiento
de 15%.
La perlita aparece en general en el
enfriamiento lento de la austenita y por la
transformación isotérmica de la austenita en el rango de 650 a 723°C.
f) Ledeburita: Es la mezcla eutéctica de austenita y cementita con 4.3% de carbono
y formada durante la reacción eutéctica a 1148°C.
En el diagrama de fase hierro-carburo de hierro se observan otras temperaturas
que se den tomar en cuenta:
 Temperatura critica superior de la región hipoeutectoide (cambio alotrópico de
austenita FCC a ferrita BCC)
 Temperatura critica superior de la región hipereutectoide
 Temperatura critica inferior o eutectoide.

11. En el diagrama se puede encontrar una división de dos grandes secciones: la de
los aceros y la de las fundiciones (hierros fundidos o hierros colados).
2.3. Ecuaciones Isométricas:
Asimismo, en el diagrama de fase hierro-carbono de hierro se pueden apreciar 3
reacciones isotérmicas:
Peritectica Eutéctica Eutectoide
1495°C 1148°C 727°C
0.18% de carbono 4.3% de carbono 0.77 de carbono
Zona comprendida por
líquido y el hierro δ
Austenita + cementita =
ledeburita
Hierro α + cementita =
perlita
Liquido + δ ⇔γ Liquido ⇔γ +Fe₃C γ ⇔ α + Fe₃C