DIAGRAMA Fe-C

En esta entrada vamos a tratar el diagrama hierro-carbono. Además de clasificar los diferentes acero atendiendo a su porcentaje en carbono, a su enfriamiento y los tratamientos que sufren estos materiales en su fabricación.

CLASIFICACIÓN:

En cuanto a los aceros, los podemos clasificar en: aceros aleados, aceros no aleados, y aceros inoxidables.                   
    1.- Aceros aleados: estos tipos de aceros son aquellos que presentan entre sus componentes encontramos carbono, y otra sustancia (Mn, Cr, Ni...).

   
    2.- Aceros inoxidables: son aquellos aceros que contienen un mínimo del 10.5% en Cromo y un máximo del 1.2% de Carbono. 

   
    3.-Aceros no aleados: Estos son los más importantes para comprender el diagrama hierro-carbono. Este tipo de acero presenta un porcentaje en bajo de elementos aleantes. Dependiendo de la cantidad de carbono encontramos:

• Aceros de bajo carbono (%C < 0.25).
• Aceros de medio carbono (0.25 < %C < 0.55).
• Aceros de alto carbono (0.55 > %C < 2).

CONSTITUYENTES DE LOS ACEROS:

El hierro puro pasa por tres estados a medida que va cambiando la temperatura del hierro. Estos tres estados, son:

• Hasta los 911ºC el hierro se cristaliza en el sistema cúbico centrado en el cuerpo (BCC). En esta fase el hierro recibe el nombre de ferrita.

Este material presenta un bajo con tenido en carbono. Además es un material dúctil  maleable, y ferromagnético, hasta los 770ºC. Esta temperatura a la que pierde el magnetismo, se corresponde con la temperatura de Curie.

• Entre 911 y 1400ºC el hierro se cristaliza en el sistema cúbico centrado en las caras (FCC). Este hierro se denomina austenita.                 

La austenita, al ser muy compacta se deforma fácilmente, y es paramagnética. Esta propiedad la presentan los materiales que son atraídos por los imanes. Además son materiales que se magnetizan fácilmente.

                             

• Cementita, es el carburo de hierro Fe₃C con un contenido en carbono del 6,67%. Este compuesto no tiene propiedades metálicas. Sin embargo la cementita es muy dura y frágil.

• La perlita está compuesta por un 86.5% de ferrita, y un 13.5% de cementita. Este compuesto, es una microestructura, compuesta por capas o laminas alternas de ferrita y cementita. Esto se produce por medio de un enfriamiento lento en el acero.

TRATAMIENTOS TÉRMICOS DEL ACERO:

Estos tratamientos que se aplican en los aceros son muy importantes para conseguir las propiedades de los aceros, o mejorar las que tiene. 
Este tipo de procesos consisten en calentar y posteriormente enfriar el acero. Con estos tratamientos se reducen los rozamientos internos, se mejora la tenacidad, o se crea una superficie dura con un interior dúctil.  La clave de estos tratamientos consiste en las reacciones químicas que se producen en el interior de los aceros durante su calentamiento y enfriamiento.

Para llevar a cabo estos tratamientos es necesario conocer las temperaturas a las que se producen los cambios de fases del carbono y del hierro. Estas temperaturas se representan en el diagrama hierro-carbono.

Los principales tratamientos térmicos, son:

• Temple: En este tratamiento se somete al acero a un aumento de la temperatura, hasta los 900-950º. Posteriormente se produce un enfriamiento del acero en un medio como el agua, aceite,..

Su finalidad es aumentar la dureza y resistencia del acero.

• Revenido:  El revenido es un proceso que se realiza en aceros previamente templados. Se diferencia en el revenido en la temperatura máxima, y la velocidad del enfriamiento.

Su finalidad es reducir la dureza, y la resistencia de los aceros templados.

• Recocido: Este tratamiento consiste en calentar el acero hasta una temperatura de entre 800, y 925º. Posteriormente se le somete a un enfriamiento lento.

Su finalidad es aumentar la elasticidad, y disminuir la dureza.

• Normalizado: Consiste en dejar al acero en un estado normal, eliminando las tensiones internas, y otorgando una distribución uniforme del carbono.

Se emplea como tratamiento previo al temple y el revenido.

Además de las propiedades térmicas, también encontramos tratamientos termoquímicos. Estos tratamientos son similares a los tratamientos térmicos, pero que además de cambiar su estructura, modificamos su composición química hasta una determinada profundidad.
Los tratamientos termoquímicos, son:

• Cementación: Este tratamiento consiste en aumentar la cantidad de cabono, que rodea al acero. Esto se realiza teniendo en cuenta el medio o atmósfera que rodea al acero en su enfriamiento y calentamiento.

El tratamiento consiste en aumentar la cantidad de carbono que rodea al acero, obteniéndose después de temples y revenidos, una gran dureza, resistencia al desgaste, y tenacidad del núcleo.

• Nitruración: La nitruración consiste en aumentar la cantidad de nitrógeno de la superficie de la pieza. Esto se realiza calentando el acero entre 400-525ºC, e introduciendo el acero en una corriente de nitrógeno y amoniaco.

Su finalidad es la de aumentar la dureza superficial del acero. Sin embargo en este proceso se consigue una dureza mayor que en la cementación. 

• Cianuración: Endurecimiento de pequeñas piezas de acero. Se consigue a través de un baño del acero en cianuro, carbonato, y cianato sódico.

• Carbonitruración: En este proceso se introduce el acero en carbono, nitrógeno, hidrocarburos, amoniaco, y monóxido de carbono. Esto se realiza con temperaturas, de 650-850ºC, además es necesario un temple y un revenido posterior.

• Sulfinización: La sulfinización, se produce por un calentando el azufre hasta 565ºC, y posteriormente se realiza un baño del acero en un baño de sales.

DIAGRAMAS DE ENFRIAMIENTO:

En estos diagramas de enfriamiento, se nos muestra como avanza la temperatura, con respecto del tiempo.
El tipo de enfriamiento que se produce está fuertemente ligado con las propiedades finales que va ha tener el acero, así como los constituyentes que presenta el acero en su interior.