Este documento presenta un resumen del diagrama hierro-carbono. Explica que este diagrama muestra las transformaciones que sufren los aceros al carbono con la temperatura y fue establecido experimentalmente por varios científicos. Describe las diferentes fases del hierro (ferrita, austenita, cementita) y cómo se transforman con el contenido de carbono y la temperatura, formando estructuras como perlita. Finalmente, analiza las estructuras que se forman en aleaciones hipoeutécticas, eutécticas e hipereutécticas

1. DIAGRAMA
HIERRO-CARBONO
AUTOR: DURAN ENIBETH
CEDULA: 25 486 345
INGENIERÍA INDUSTRIAL
IUPSM- CABIMAS

2. 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 DIFUSION (HOMOGENIZACION) TENGAN TIEMPO PARA COMPLETARSE. DICHO DIAGRAMA SE
OBTIENE EXPERIMENTALMENTE IDENTIFICANDO LOS PUNTOS CRITICOS —TEMPERATURAS A LAS QUE
SE PRODUCEN LAS SUCESIVAS TRANSFORMACIONES— POR DIVERSOS MÉTODOS.
EL ESTADO ACTUAL DEL DIAGRAMA DE EQUILIBRIO DE LAS ALEACIONES HIERRO-CARBONO FUE
ESTABLECIDO COMO RESULTADO DE LAS INVESTIGACIONES HECHAS POR VARIOS CIENTÍFICOS. LA
ELABORACIÓN DE ESTE DIAGRAMA FUE EMPEZADA POR D. CHERNOV, QUIEN ESTABLECIÓ EN 1968
LOS PUNTOS CRÍTICOS DEL ACERO. MÁS TARDE VOLVIÓ A ESTUDIAR REITERADAMENTE ESTE
DIAGRAMA. N. GUTOVSKI, M. WITTORFT, ROBERTS AUSTEN, ROOZEBOM HICIERON UNA GRAN
APORTACIÓN AL ESTUDIO DE ESTE DIAGRAMA. LOS ÚLTIMOS DATOS ACERCA DEL DIAGRAMA ESTÁN
EXPUESTOS EN LAS OBRAS DE I. KORNILOV.

3. DIAGRAMA HIERRO-CARBONO
EL CARBONO SE ENCUENTRA GENERALMENTE EN LOS
ACEROS, COMBINADO CON EL FE, FORMANDO CARBURO DE
FE, CEMENTITA, QUE CONTIENE 6,67% DE C Y QUE FORMA
UN COMPUESTO QUÍMICO DEFINIDO Y DE PROPIEDADES
DIFERENTES A LAS DEL FE Y C SU FORMULA ES FE3C Y ESTA
FORMADO POR 3 PARTES DE FE Y UNA DE C.

4. DIAGRAMA HIERRO-CARBONO
LOS COMPONENTES QUE FORMAN LA ALEACIÓN FE-C SON
• FERRITA O FE Α, ES UNA SOLUCIÓN SÓLIDA DE C EN FE, SOLIDIFICA COMO CUBICA CENTRADA EN
EL CUERPO. DISUELVE 0,02 % DE C A 723 ºC DISUELVE 0,008% DE C A TEMP. AMB.
• AUSTENITA O FE Γ, ES UNA SOLUCIÓN SÓLIDA INTERSTICIAL DE CARBURO DE FE EN FE Γ,
SOLIDIFICA COMO CUBICO CENTRADO EN LA CARA. DISUELVE 2% DE C A 1145ºC
• CEMENTITA (CFE3), ES UN COMPUESTO ÍNTERMETÁLICO. LA SOLUBILIDAD ES DESPRECIABLE.
• FE DELTA Δ, DISUELVE 0.007% DE C A 1487 ºC, SOLIDIFICA COMO CUBICO CENTRADO EN EL
CUERPO. NO SE USA INDUSTRIALMENTE.

5. DIAGRAMA HIERRO- CARBONO
ANTES DE ESTUDIAR ESTE DIAGRAMA ES IMPORTANTE NOTAR QUE NO 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.

6. DIAGRAMA HIERRO-CARBONO

7. DIAGRAMA HIERRO- CARBONO

8. DIAGRAMA HIERRO-CARBONO

9. DIAGRAMA HIERRO- CARBONO

10. 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 AMAGNÉTICO.
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.

11. DIAGRAMA HIERRO-CARBONO
EL FE Y EL C TIENEN SOLUBILIDAD
PARCIAL.
A 721ºC LA SOLUBILIDAD DEL C ES
0,035%. A TEMPERATURA AMBIENTE
LA SOLUBILIDAD BAJA AL 0,008%.
ESTA ZONA SE LLAMA SOLUCION
SOLIDA Α PURA.

12. ANALISIS DEL DIAGRAMA FE –C, PARA UNA COMPOSICION DE
0,20% DE C. COMIENZA DESDE EL LIQUIDO A 1500 ºC, PASA LA
LINEA DEL LIQUIDUS Y COMIENZA SU TRANSFORMACION EN
AUSTENITA,(CUBO A CARA CENTRADA) DE COMPOSICION
INFERIOR AL 20%. EL GRANO SOLIDIFICADO DE AUSTENITA (
CARBURO DE FE EN FEΥ) POSEE MENOS CARBURO DE HIERRO EN
EL NUCLEO QUE EN LA PERIFERIA, DEBIDO A LA DIFICULTAD DE
DIFUSION. DEBAJO DE LA LINEA AE NO EXISTE MAS LIQUIDO, LA
AUSTENITA PROSIGUE ENFRIANDOSE HASTA LA LINEA GO, POR
DEBAJO DE ELLA SUFRE UNA TRANSFORMACION EN SOLUCION
SOLIDA Α ( FERRITA)( CUBO A CUERPO CENTRADO), AL SEGUIR
ENFRIANDO LA AUSTENITA VA GANANDO EN C HASTA QUE A
LOS 721ºC Y 0,9% DE C SE PRODUCE EL EUTECTOIDE Y TODA LA
AUSTENITA RESTANTE SE TRANSFORMA EN LAMINAS PARALELAS
DE FERRITA Y CEMENTITA ( 87% DE FERRITA Y 13% DE
CEMENTITA).
GRANOS EQUIXIALES DE
SOLUCIÓN SOLIDA Y
EUTECTOIDE :FERRITA
EQUIAXIAL Y PERLITA
LAMINAR. ESTRUCTURA
RECOCIDA DE UN ACERO
SAE 1020.
AUMENTO:700 X
ATAQUE: NITAL

13. Ferrita
Perlita

14. 0,9 % DE C, LA AUSTENITA NO SUFRE NINGUNA TRANSFORMACION, PERO AL
DESCENDER LA TEMPERATURA A 721ºC , SE PRODUCE LA TRANSFORMACION EN
EL EUTECTOIDE PERLITA, LAMINAS PARALELAS DE FERRITA Y CEMENTITA.
POR DEBAJO DE ESA TEMPERATURA NO HAY AUSTENITA.
AL PULIR LA PROBETA DE UN EUTECTOIDE, LA CEMENTITA QUE ES UN
COMPONENTE MUY DURO QUEDA POR ARRIBA Y LA FERRITA QUE ES MUY
BLANDO QUEDA POR DEBAJO, Y POR EFECTO DE SOMBREADO SE OBSERVA
NEGRO. CON MUCHOS AUMENTOS SE LOGRAN DISTINGUIR LA LAMINAS
Laminas de Perlita

15. ANÁLISIS DEL DIAGRAMA FE –C, PARA UNA COMPOSICIÓN DE 1,40% DE C. COMIENZA
DESDE EL LIQUIDO A 1400 ºC, PASA LA LÍNEA DEL LIQUIDUS Y COMIENZA SU
TRANSFORMACIÓN EN AUSTENITA,(CUBO A CARA CENTRADA). DEBAJO DE LA LÍNEA AE NO
EXISTE MAS LIQUIDO, LA AUSTENITA PROSIGUE ENFRIÁNDOSE HASTA LA LÍNEA ES, POR
DEBAJO DE ELLA SUFRE UNA TRANSFORMACIÓN EN CEMENTITA (CARBURO DE HIERRO,
CFE3), AL SEGUIR ENFRIANDO LA AUSTENITA VA PERDIENDO C HASTA QUE A LOS 721ºC Y
0,9% DE C SE PRODUCE EL EUTECTOIDE Y TODA LA AUSTENITA RESTANTE SE TRANSFORMA
EN LAMINAS PARALELAS DE FERRITA Y CEMENTITA ( 87% DE FERRITA Y 13% DE
CEMENTITA).
A ESTOS AUMENTOS SE PUEDE OBSERVAR LAS LÁMINAS ALTERNADAS DE FERRITA Y
CEMENTITA, ALGUNAS COLONIAS DE PERLITA Y MUY ESPORÁDICAMENTE CEMENTITA EN
BORDE DE COLONIAS PRESENTA UNA ESTRUCTURA MAYORITARIAMENTE COMPUESTA POR
PERLITA.

16. ANÁLISIS DEL DIAGRAMA FE –C, PARA UNA COMPOSICIÓN DE 1,70%
DE C, A 1145ºC ES EL LIMITE DE LA SOLUBILIDAD DE LA AUSTENITA
EN EL HIERRO, A PARTIR DE ESTE VALOR NO HAY SOLUBILIDAD, UN
MATERIAL CON ESTA COMPOSICIÓN A MEDIDA QUE SE ENFRÍA VA
PERDIENDO CARBURO DE FE( CEMENTITA), HASTA LLEGAR AL
EUTÉCTICO.
ALGUNOS AUTORES DAN COMO LIMITE DE SOLUBILIDAD 2%. ESTE ES
EL LIMITE ENTRE LOS ACEROS Y LAS FUNDICIONES

17. FUNDICIÓN HIPOEUTÉCTICA DE 3% DE C.
CUANDO LA ALEACIÓN PASA LA LÍNEA AC SE CONVIERTE EN
AUSTENITA ( SOLUCIÓN SOLIDA DE CARBURO DE HIERRO EN HIERRO
Υ) AL ENFRIARSE COMIENZA A PRECIPITAR AUSTENITA RODEADA DE
LIQUIDO, ASÍ HASTA LLEGAR A LOS 1145ºC Y 4,3% DE C ESTE ES EL
PUNTO EUTÉCTICO LLAMADO LEDEBURITA Y QUE ESTA FORMADO POR
GLÓBULOS DE AUSTENITA Y CEMENTITA, SIGUE ENFRIANDO Y LLEGA A
LOS 700ºC ENTONCES, COMO DEBAJO DE ESA TEMPERATURA NO
PUEDE HABER AUSTENITA, LOS CRISTALES FORMADOS SE
TRANSFORMAN EN PERLITA, DE LA MISMA MANERA LOS CRISTALES
ESFÉRICOS DE AUSTENITA DEL EUTÉCTICO SE TRANSFORMAN EN
PERLITA, A TEMPERATURA AMBIENTE TENDREMOS: PERLITA
PROVENIENTES DE LA AUSTENITA Y DEL EUTÉCTICO Y POR CEMENTITA
PROVENIENTE DEL EUTÉCTICO.
LA AUSTENITA A 1145ºC POSEE SOLAMENTE 1,7% DE C

18. FUNDICIÓN EUTÉCTICA DE 4,3% DE C, EL LIQUIDO SE
ENFRÍA HASTA LLEGAR A LOS 1145ºC DONDE
CONFLUYEN LAS DOS LÍNEAS DEL SOLIDUS ( PUNTO C),
ALLÍ EN FORMA ISOTÉRMICA PRECIPITAN GRANOS
ESFÉRICOS DE AUSTENITA Y CEMENTITA ( LEDEBURITA),
AL PROSEGUIR ENFRIANDO Y LLEGAR A LOS 721ºC LOS
GRANOS DE AUSTENITA SE TRANSFORMAN EN PERLITA.
A TEMPERATURA AMBIENTE TENDREMOS PERLITA
PROVENIENTE DE LA AUSTENITA DE LA LEDEBURITA Y
CEMENTITA EUTÉCTICA.

19. ALEACIÓN HIPEREUTÉCTICA DE 4,7% C.
AL CRUZAR EL LIQUIDO LA LÍNEA PC
COMIENZA A PRECIPITAR CEMENTITA
PRIMARIA ( PORQUE PROVIENE DEL
LIQUIDO), RODEADA DE LIQUIDO HASTA
LLEGAR A 1145ºC Y 4,3% DE C PRECIPITA
TODO EL LIQUIDO RESIDUAL FORMANDO EL
EUTÉCTICO LEDEBURITA FORMANDO
GLÓBULOS DE AUSTENITA Y CEMENTITA . AL
LLEGAR A LOS 721ºC LA AUSTENITA DEL
EUTÉCTICO SE TRANSFORMA EN PERLITA.
A TEMPERATURA AMBIENTE QUEDA:
CEMENTITA PRIMARIA, PROVENIENTE DEL
LIQUIDO, CEMENTITA PROVENIENTE DEL
EUTÉCTICO Y PERLITA.

21. SI SE DEJA ENFRIAR MUY LENTAMENTE DESDE EL LIQUIDO A LOS 1535ºC COMIENZA A SOLIDIFICAR,
AL CONTINUAR DESCENDIENDO LA TEMPERATURA HASTA 1400ºC ALLÍ SE PRODUCE OTRO
FENÓMENO Y HAY UN DESPRENDIMIENTO INSTANTÁNEO DE CALOR, LUEGO A LOS 898ºC SE
PRODUCE OTRA PARADA, LA ULTIMA SE PRODUCE A LOS 750ºC Y LUEGO SE LLEGA A LA
TEMPERATURA AMBIENTEA LAS TEMPERATURAS QUE SE PRODUCEN ESTOS FENÓMENOS SE LLAMAN
PUNTOS CRÍTICOS Y SE DENOMINAN AR4, AR3, AR2 RESPECTIVAMENTE ,DONDE AR4 CUANDO EL
FEΔ PASA A FE Γ, ES UN CAMBIO ALOTRÓPICO PUES PASA CUBO A CUERPO CENTRADO A CUBO A
CARA CENTRADA.
AR3 ES CUANDO PASA DE FE Γ, FE Α NO MAGNÉTICO.
AR2 ES CUANDO PASA DE FE Α NO MAGNÉTICO A FE Α MAGNÉTICO ( NO HAY TRANSFORMACIÓN
ALOTRÓPICA).
AC4, AC3, AC2 SON LOS PUNTOS CRÍTICOS QUE SE PRODUCEN EN EL CALENTAMIENTO, ENTRE UNO
Y OTROS HAY DIFERENCIAS DE 20º A 30º PRODUCIDAS POR INERCIA TÉRMICA.
SI LOS ENFRIAMIENTOS O LOS CALENTAMIENTOS SE PRODUCEN MUY LENTAMENTE ESA DIFERENCIA
DISMINUYE NOTABLEMENTE