Diagrama de Equilibrio

Diagrama de Equilibrio

1. Utilidad del estudio Fe-C

   • Diagrama hierro(Fe) carbono(C): También llamado de equilibrio o de fases Fe-C se emplea para la representación de 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.
   • Polimorfismo en Materiales
     • En ciencia de los materiales y mineralogía, el polimorfismo es la capacidad de un material sólido de existir en más de una forma o estructura cristalina. El polimorfismo se encuentra posiblemente en cualquier material cristalino incluyendo polímeros, minerales y metales, y se relaciona con la alotropía, referida a elementos químicos.
     • Formas Polimorficas y Temperatura
       • El acero al carbono puede presentar diferentes fases o diferentes formas polimórficas, las cuales se describen a continuación. Éstas se obtienen, mediante un proceso lento de enfriamiento.
       • Ferrita
         • Blanda y dúctil, con estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC), estable hasta los 721 °C.
         • Fase Ferrita
           • Consiste en átomos de hierro con estructura cristalina BCC y átomos de carbono en los sitios intersticiales. La cantidad de átomos de carbono presentes en la ferrita es pequeña. La ferrita es una fase muy suave, dúctil y magnética.
       • Austenita
         • La más dúctil de las fases del diagrama Fe-Fe3C, estructura cúbica centrada en las caras (FCC). Difusión con el carbono más rápida, 2.11% a 1148°C y decrece a 0.8% a 723°C. Ésta mayor disolución de los átomos de carbono, justifica el endurecimiento de la mayoría de los aceros.
         • Fase Austenita
           • Consiste en átomos de hierro con estructura FCC y átomos de carbono en los sitios intersticiales. Presenta menor suavidad y ductilidad que la ferrita. Es una fase no magnética.
       • Cementita
         • Es una fase muy frágil del acero al carbono, ya que contiene 6.67%.
         • Fase Cementita
           • (Fe3C). También se llama Carburo de Hierro. Es un compuesto intermetálico. Es una fase muy dura y frágil.
       • Perlita
         • Es una fase en la que se pueden encontrar tanto ferrita, como cementita, en porcentajes de 88% y 12% respectivamente.
         • Fase Perlita
           • Es una fase que resulta de la reacción eutectoide del acero. La reacción eutectoide permite que la austenita en estado sólido se transforme en ferrita y cementita, ambas también en estado sólido. Esta transformación es similar a la reacción eutéctica, por lo que la fase resultante tiene una apariencia similar al sólido eutéctico.
       • Fase Ledeburita
         • La ledeburita no es un constituyente de los aceros, sino de las fundiciones. Se encuentra en las aleaciones Fe-C cuando el porcentaje de carbono en hierro aleado es superior al 25%, es decir, un contenido total de 1.76% de carbono. La ledeburita se forma al enfriar una fundición líquida de carbono (de composición alrededor del 4.3% de C) desde 1130ºC, siendo estable hasta 723ºC, decomponiéndose a partir de esta temperatura en ferrita y cementita.
       • Fases Multiples
         • Ferrita + Perlita
           • Aceros hipoeutectoides. Son aquellos que poseen menos de 0.77% de carbono. La microestructura presente en estos aceros consiste de ferrita y perlita. %  de ferrita = 0.77 - %C x100 0.77 - 0.022 %  de perlita = %C - 0.022 x100 0.77 - 0.022
         • Austenita + Perlita
           • Aceros eutectoides. Son aquellos que poseen exactamente 0.77% de carbono. Su microestructura está formada totalmente por perlita.
         • Perlita + Ferrita
           • Aceros hipereutectoides. Son aquellos que poseen más de 0.77% de carbono. Su microestructura consiste en cementita y perlita. % de cementita=%C - 0.77x100 %  de perlita = 6.67 - %C x100 6.67 - 0.77
   • Diagrama Fe-C

2. Diferencias

   • Diagrama de Hierro Dulce
     • - Es un material de color plateado, de gran permeabilidad magnética, dúctil y maleable. - Admite la forja, por lo que también se le denomina hierro forjado. - Puede obtenerse por procedimientos electrolíticos, a partir de baños de sulfato y cloruro de hierro. - El material que resulta se emplea para conducción eléctrica por su baja resistividad. - Resulta muy poroso, se oxida con gran facilidad y presenta con frecuencia grietas internas que lo hacen poco útil para otras aplicaciones industriales. El hierro dulce es hierro prácticamente puro, su contenido en carbón se encuentra por debajo del 0,1%
   • Acero
     • El término acero sirve comúnmente para denominar, en ingeniería metalúrgica, a una mezcla de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,03 % y el 2,14 % en masa de su composición, dependiendo del grado. Si la aleación posee una concentración de carbono mayor del 2,14 %, se producen fundiciones que, en oposición al acero, son mucho más frágiles y no es posible forjarlas, sino que tienen que ser moldeadas. No se debe confundir el acero con el hierro, que es un metal duro y relativamente dúctil, con diámetro atómico (dA) de 2,48 Å, con temperatura de fusión de 1535 °C y punto de ebullición 2740 °C. Por su parte, el carbono es un no metal de diámetro menor (dA = 1,54 Å), blando y frágil en la mayoría de sus formas alotrópicas (excepto en la forma de diamante). La difusión de este elemento en la estructura cristalina del anterior se logra gracias a la diferencia en diámetros atómicos, formándose un compuesto intersticial. La diferencia principal entre el hierro y el acero se halla en el porcentaje del carbono: el acero es hierro con un porcentaje de carbono de entre el 0,03 % y el 1,075 %; a partir de este porcentaje se consideran otras aleaciones con hierro.
   • Hierro Colado
     • El hierro fundido, hierro colado, hierro triturado, más conocido como fundición gris, es un tipo de aleación cuyo tipo más común es el conocido como hierro fundido gris. El hierro gris es uno de los materiales ferrosos más empleados y su nombre se debe a la apariencia de su superficie al romperse. Esta aleación ferrosa contiene en general más de 2 % de carbono y más de 1 % de silicio, además de manganeso, fósforo y azufre. Una característica distintiva del hierro gris es que el carbono se encuentra en general como grafito, adoptando formas irregulares descritas como “hojuelas”. Este grafito es el que da la coloración gris a las superficies de ruptura de las piezas elaboradas con este material. Las propiedades físicas y en particular las mecánicas varían dentro de amplios intervalos respondiendo a factores como la composición química, rapidez de enfriamiento después del vaciado, tamaño y espesor de las piezas, práctica de vaciado, tratamiento térmico y parámetros micro estructurales como la naturaleza de la matriz y la forma y tamaño de las hojuelas de grafito.

3. Clasificación de Aceros

   • Los aceros al carbono también pueden clasificarse de la siguiente manera: 1. Aceros de bajo carbono. Su porcentaje de carbono es menor a 0.2%. Su microestructura está formada principalmente por ferrita. Son metales muy suaves, dúctiles y de baja resistencia. Son fáciles de deformar plásticamente. 2. Aceros de medio carbono. Su porcentaje de carbono oscila entre 0.2 y 0.5%. Su microestructura está formada por la mezcla de ferrita y perlita. Constituyen la mayoría de aceros al carbono disponibles comercialmente y sus propiedades mecánicas dependen de la cantidad de ferrita y perlita que posean. 3. Aceros de alto carbono. Su porcentaje de carbono es mayor al 05%. Tienen dureza y resistencia elevadas. Su ductilidad y tenacidad son bajas.
   • Usos Principales
     • En la construcción de puentes o de edificios: El acero puede tener múltiples papeles. Sirve para armar el hormigón, reforzar los cimientos, transportar el agua, el gas u otros fluidos. Permite igualmente formar el armazón de edificios, sean estos de oficinas, escuelas, fabricas, residenciales o polideportivos. Y también vestirlos (fachadas, tejados).En una palabra, es el elemento esencial de la arquitectura y de la estética de un proyecto. En el sector de la automoción: Este sector constituye el segundo mercado acero, después de la construcción y las obras publicas.Chasis y carrocerías, piezas de motor, de la dirección o de la transmisión, instalaciones de escape, carcasas de neumáticos,.... el acero representa del 55 al 70% del peso de un automóvil. En lo cotidiano: latas, botes, bidones. Numerosos envases son fabricados a partir de hojas de acero, revestidas en ambas caras de una fina capa de estaño que les hace inalterables. Denominados durante largo tiempo hierro blanco (debido al blanco del estaño), los aceros para envase se convierten en latas de conserva o de bebidas y también en botes de aerosol para laca, tubos para carmín de labios, botes, y latas o bidones para pinturas, grasas, disolventes u otros productos que requieren un medio hermético de conservación. En el corazón de la conservación alimentaria: El acero no aleado, llamado al carbono, requiere una protección contra la corrosión: una capa de zinc y pintura para la carrocerías de automóvil, una capa de estaño y barniz para las latas de conserva o de bebidas. El inox, acero aleado al níquel y al cromo, puede permanecer desnudo: es inalterable en la masa. Platos, cazos, cuberterías.... el acero inoxidable resiste indefinidamente al agua y a los detergentes, es perfectamente sano y no altera ni el sabor ni el color de los alimentos. En la comunicación:Los componentes electrónicos utilizados en la informática o en las telecomunicaciones, así como los elementos funcionales del tubo de los televisores en colero, son piezas delicadas con exigencias particulares: por ello, se fabrican en aleaciones adaptadas a cada coso. En la energía:El petróleo y la industria nuclear requieren infraestructuras, equipos y redes de conductos de fluidos muy específicos. El acero se muestra como un material clave en este mundo que, como la industria química, debe hacer frente a numerosos desafíos: medios altamente corrosivos, altas temperaturas, condiciones mecánicas altamente exigentes.

4. Norma SAE

   • La norma AISI/SAE (también conocida por SAE-AISI) es una clasificación de aceros y aleaciones de materiales no ferrosos. Es la más común en los países de Latinoamérica entre los que se encuentra Colombia. La norma surge por la necesidad de manejar una sola nomenclatura unificada debido a que se manejaba en todos los países nomenclaturas distintas para diferentes aceros. Lo que conllevaba a la confusión e inclusive a la utilización de los aceros en máquinas, vehículos o en otro tipo de estructuras con diferentes características ya que no era el necesario para el dispositivo. De igual manera, cada nomenclatura tiene sus iniciales, la AISI es designado en inglés como American Iron and Steel Institute (Instituto americano del hierro y el acero), mientras que SAE es designado en ingles como Society of AutomotiveEngineers (Sociedad Norteamericana de Ingenieros Automotores).
   • Numero SAE

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