hierros fundidos
DESCRIPTION
Tipos de hierros fundidos y sus principales caracteristicasTRANSCRIPT
TAREA UNIDAD # 4 – HIERROS FUNDIDOS: CARACTERISTICAS Y SUS MICROCONSTITUYENTESDefinición de HierroEl hierro o fierro (es un elemento químico de número atómico 26 situado en el grupo 8,
periodo 4 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Fe y tiene una masa
atómica de 55,6 u.
Es un metal maleable, de color gris plateado y
presenta propiedades magnéticas;
es ferromagnético a temperatura ambiente y presión
atmosférica. Es extremadamente duro y denso.
Se encuentra en la naturaleza formando parte de
numerosos minerales, entre ellos muchos óxidos, y
raramente se encuentra libre. Para obtener hierro en estado elemental, los óxidos se
reducen con carbono y luego es sometido a un proceso de refinado para eliminar las
impurezas presentes.
Es el elemento más pesado que se produce exotérmicamente por fusión, y el más ligero
que se produce a través de una fisión, debido a que su núcleo tiene la más alta energía
de enlace por nucleón (energía necesaria para separar del núcleo un neutrón o un
protón); por lo tanto, el núcleo más estable es el del hierro-56 (con 30 neutrones).
Presenta diferentes formas estructurales dependiendo de la temperatura y presión. A
presión atmosférica:
Hierro-α: estable hasta los 911 °C. El sistema cristalino es una red cúbica centrada en
el cuerpo (bcc).
Hierro-γ: 911 °C - 1392 °C; presenta una red cúbica centrada en las caras (fcc).
Hierro-δ: 1392 °C - 1539 °C; vuelve a presentar una red cúbica centrada en el cuerpo.
Hierro-ε: Puede estabilizarse a altas presiones, presenta estructura hexagonal
compacta (hcp).
AplicacionesEl hierro es el metal duro más usado, con el 95 % en peso de la producción mundial de
metal. El hierro puro (pureza a partir de 99,5 %) no tiene demasiadas aplicaciones, salvo
excepciones para utilizar su potencial magnético. El hierro tiene su gran aplicación para
formar los productos siderúrgicos, utilizando éste como elemento matriz para alojar otros
elementos aleantes tanto metálicos como no metálicos, que confieren distintas
propiedades al material. Se considera que una aleación de hierro es acero si contiene
menos de un 2,1 % de carbono; si el porcentaje es mayor, recibe el nombre de fundición.
El acero es indispensable debido a su bajo precio y tenacidad, especialmente en
automóviles, barcos y componentes estructurales de edificios.
Las aleaciones férreas presentan una gran variedad de propiedades mecánicas
dependiendo de su composición o el tratamiento que se haya llevado a cabo.
FundicionesEl hierro es obtenido en el alto
horno mediante la conversión de
los minerales en hierro líquido, a través
de su reducción con coque; se separan
con piedra caliza, los componentes
indeseables, como fósforo, azufre,
y manganeso.
Los gases de los altos hornos son fuentes
importantes de partículas y
contienen óxido de carbono.
La escoria del alto horno es formada al reaccionar la piedra caliza con los otros
componentes y los silicatos que contienen los minerales.
Se enfría la escoria en agua, y esto puede producir monóxido de carbono y sulfuro de
hidrógeno. Los desechos líquidos de la producción de hierro se originan en el lavado de
gases de escape y enfriamiento de la escoria. A menudo, estas aguas servidas poseen
altas concentraciones de sólidos suspendidos y pueden contener una amplia gama
descompuestos orgánicos (fenoles y cresoles), amoníaco, compuestos
de arsénico y sulfuros.
Cuando el contenido en carbono es superior a un 2.43 % en peso, la aleación se
denomina fundición. Este carbono puede encontrarse disuelto, formando cementita o en
forma libre. Son muy duras y frágiles. Hay distintos tipos de fundiciones:
Gris
Blanca
Maleable
Esferoidal o dúctil
Sus características varían de un tipo a otra; según el tipo se utilizan para distintas
aplicaciones: en motores, válvulas, engranajes, etc.
1.- HIERRO DULCEEl hierro forjado (o hierro dulce) es un material de hierro que posee la propiedad de poder
ser forjado y martillado cuando está muy caliente («al rojo») y que se endurece
enfriándose rápidamente. Funde a temperatura mayor de 1500 °C, es poco tenaz y puede
soldarse mediante forja.
CaracterísticasSe caracteriza por el bajo contenido de carbono (entre 0,05% y 0,25%), siendo una de las
variedades, de uso comercial, con más pureza en hierro. Es duro, maleable y
fácilmente aleable con otros metales, sin embargo es relativamente frágil, y poco apto
para ser utilizado en la confección de láminas, tales como espadas, etc. El hierro forjado
ha sido empleado durante miles de años, y ha sido la composición más habitual del
"hierro" tal como se ha conocido a lo largo de la historia.
Tradicionalmente, el hierro forjado ha sido obtenido a partir mineral de hierro calentado a
altas temperaturas en una forja. Luego, se procedía a golpearlo, en un proceso en el que
se buscaba eliminar las impurezas y escorias contenidas en el mineral.
Los procesos industriales del siglo XIX permitieron producir hierro forjado en grandes
cantidades, de modo que se pudo utilizar este material en la construcción de grandes
estructuras de arquitectura e ingeniería.
La dificultad de realizar uniones de elementos de hierro forjado mediante soldadura ha
relegado el empleo de este material a usos decorativos o secundarios en la construcción,
tales como enrejados y otras piezas.
2.- PURO (Ferrita)En metalurgia, la ferrita o hierro-α (alfa) es una de las estructuras cristalinas del hierro.
Cristaliza en el sistema cúbico centrado en el cuerpo (BCC) y tiene
propiedades magnéticas. Se emplea en la fabricación de imanes permanentes aleados
con cobalto y bario, en núcleos de inductancias y transformadores
con níquel, zinc o manganeso, ya que en ellos quedan eliminadas prácticamente
las Corrientes de Foucault.
Las ferritas son materiales cerámicos ferromagnéticos (sólo la alfa), compuestos
por hierro, boro y bario, estroncio o molibdeno.
Las ferritas tienen una alta permeabilidad magnética, lo cual les permite
almacenar campos magnéticos con más fuerza que el hierro. Las ferritas se producen a
menudo en forma de polvo, con el cual se pueden producir piezas de gran resistencia
y dureza, previamente moldeadas por presión y luego calentadas, sin llegar a
la temperatura de fusión, dentro de un proceso conocido como sinterización. Mediante
este procedimiento se fabrican núcleos para transformadores, inductores/bobinas y
otros elementos eléctricos o electrónicos.
Los primeros ordenadores estaban dotados de memorias que almacenaban sus datos en
forma de campo magnético en núcleos de ferrita, los cuales estaban ensamblados en
conjuntos de núcleos de memoria.
El polvo de ferrita se usa también en la fabricación de cintas para grabación; en este caso,
el material es trióxido de hierro. Otra utilización común de los núcleos de ferrita es su uso
en multitud de cables electrónicos para minimizar las interferencias electromagnéticas
(EMI). Se disponen en alojamientos de plástico que agarran el cable mediante un sistema
de cierre. Al pasar el cable por el interior del núcleo aumenta la impedancia de la señal sin
atenuar las frecuencias más bajas. A mayor número de vueltas dentro del núcleo mayor
aumento, por eso algunos fabricantes presentan cables con bucles en los núcleos de
ferrita.
Este polvo de ferrita es utilizado también como tóner magnético de impresoras láser,
pigmento de algunas clases de pintura, polvo de inspección magnético (usado
en soldadura), tinta magnética para imprimir cheques y códigos de barras y, a su vez, con
dicho polvo y la adición de un fluido portador (agua, aceite vegetal o mineral o de coche) y
un surfactante o tensoactivo (ácido oleico, ácido cítrico, lecitina de soja) es posible
fabricar ferrofluido casero.
3.- HIERRO FUNDIDO GRISEl hierro fundido, hierro colado, 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 microestructurales como la
naturaleza de la matriz y la forma y tamaño de
las hojuelas de grafito.
Un caso particular es el del grafito esferoidal,
que comienza a utilizarse en los años 1950, a
partir de entonces ha desplazado otros tipos de hierro maleable y hierro gris.
Entre los primeros usos de este material se dieron, en Europa occidental, en el año 1313,
específicamente en la fabricación de cañones, y presumiblemente en la misma época se
comenzaron a utilizar también en la construcción de tuberías. Se tienen registros de que
en 1455 la primera tubería de hierro fundido fue instalada en Alemania, en el Castillo
Dillenberg.
El proceso de fabricación de los tubos de hierro fundido ha tenido profundas
modificaciones, pasando del método antiguo de foso de colada hasta el proceso moderno
por medio de la centrifugación.
EstructurasLa composición típica para obtener una microestructura grafitica es de 2.5 a 4%
de carbono y de 1 a 3% de silicio, el silicio juega un papel importante en diferenciar a la
fundición gris de la fundición blanca, esto es debido a que el silicio es un estabilizador de
grafito, esto significa que ayuda a precipitar el grafito desde los carburos de hierro. Otro
factor importante que ayuda a la formación de grafito es la velocidad de solidificación de la
colada, una velocidad lenta tenderá a producir más grafito y una matriz ferritica, una
velocidad moderada tenderá a producir una mayor matriz perlitica, para lograr una matriz
100% ferritica, se debe someter la fundición a un tratamiento térmico de recocido.
Un enfriamiento veloz suprimirá parcial o totalmente la formación de grafito y en cambio
propiciará la formación de cementita, lo cual se conoce como Fundición Blanca.
Ventajas y DesventajasLa Fundición gris es una aleación común en la ingeniería debido a su relativo bajo costo y
buena maquinabilidad, lo que es resultado de las bandas de grafito que lubrican el corte y
la viruta. También tiene buena resistencia al desgaste, debido a que las "hojuelas"
de grafito sirven de autolubricante. La fundición gris posee una rotura frágil, es decir, no
es dúctil, por lo que no presenta deformaciones permanentes importantes antes de
llevarla a su tensión de rotura: no es tenaz. Al tener una alta tensión de rotura, pero baja
ductilidad, casi toda su curva de tensión alargamiento presente muchas zonas en donde
las tensiones son proporcionales a las deformaciones: tiene mucha resiliencia, es decir,
capacidad de absorber trabajo en el período elástico o de deformaciones no permanentes.
El silicio promueve una buena resistencia a la corrosión e incrementa la fluidez de la
colada de fundición, la fundición gris es considerada, generalmente, fácil de soldar.
Comparada con otras aleaciones de hierro modernas, el hierro gris tiene una baja
resistencia a la tracción y ductibilidad; por lo tanto su resistencia al impacto es casi
inexistente.
4.- HIERRO NODULAR O DÚCTIL.El hierro dúctil o nodular se obtiene mediante la introducción controlada de magnesio en
el hierro fundido, y bajas proporciones de azufre y fósforo.
Se obtiene de este modo una extraordinaria modificación en la micro-estructura del metal,
ya que el carbono se deposita en la matriz ferrítica en forma de esferas al contrario de lo
que ocurre en el hierro gris, en el que el carbono toma la forma de láminas.
El resultado de este importantísimo cambio de estructura, es un hierro mucho más fuerte,
resistente y elástico.
Resistencia a la compresión.
Aptitud al moldeo.
Resistencia a la abrasión.
Maquinabilidad.
Resistencia a la fatiga.
Ventajas Del Hierro Nodular O Dúctil.
Una de las ventajas más
importantes que aporta este
material es la reducción de peso en
las piezas, lo que permite disminuir
las cuadrillas de instalación y
aligerar el transporte.
Para seguir enumerando ventajas,
podríamos mencionar un apreciable
aumento de la resistencia a la
tracción (420 N/mm2) respecto de
las ya elevadas de las fundiciones grises ( 180 a 200 N/mm2); también la capacidad de
alargamiento que rebasa ampliamente el 5%.
Por ello este tipo de fundición, que sigue conservando las excelentes propiedades de
resistencia a la corrosión de las fundiciones de hierro, se comporta desde un punto de
vista mecánico, prácticamente como el acero.
En resumen, aun poseyendo el mismo contenido de carbono que la fundición gris, la
fundición dúctil añade tres características importantes:
Resistencia a la tracción y a los choques.
Alargamiento importante.
Alto límite elástico.
Es un material que tiene características similares al Hierro Gris pero también presenta
propiedades físicas próximas al acero.
En este material podemos citar los repuestos de piezas que requieran resistencia al
desgaste y de alto esfuerzo.
5.- HIERRO BLANCOEl hierro fundido blanco es una aleación dura y quebradiza que contiene grandes
cantidades de Fe3O. Una superficie fracturada de este material aparece blanca y de ahí
su nombre. Se usa un grupo de hierros blancos altamente aleados por su dureza y
resistencia al desgaste abrasivo. Elementos tales como el cromo, níquel y molibdeno se
agregan para que, además de los carburos de aleación formados durante la solidificación,
se forme martensita durante un tratamiento térmico siguiente.
Son aquellos en los cuales todo el carbono está en la forma combinada como cementita.
Todos estos aceros son aleaciones hipoeutéticas.
Este hierro contiene una cantidad de cementita relativamente grande, hace que este sea
resistente al desgaste, pero muy frágil y difícil
de maquinar. Los hierros fundidos
completamente blancos tienen poca aplicación
en Ingeniería debida a las dos últimas razones
anteriores
APLICACIONES: Se usan en donde la
resistencia al desgaste es lo más importante
como:
Mezcladores de cemento. Bolas para
trituración para acería. Boquillas de extrusión
Propiedades Mecánicas.Dureza Brinell 375 A 600
Resistencia Tensil 20000 A 70000 Lbs/Plg2
Resistencia Compresiva 200000 A 250000lbs/Plg2
Módulo De Elasticidad 24 A 28 Millones Lbs/Plg2
6.- HIERRO MALEABLELos hierros maleables son tipos especiales de hierros 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 del carbono está en la forma
combinada de cementita, debido a su estructura la fundición blanca es dura, quebradiza y
muy dificil de maquinar.
Son aquellos en los cuales la mayoría o todo el carbono está sin combinar, en la forma de
pequeñas partículas redondas irregulares, conocidas como carbono revenido, el mismo
que se obtiene realizando un tratamiento térmico al hierro fundido blanco. Hay una
tendencia a que la cementita se descomponga en hierro y carbono, pero en condiciones
normales tiende a persistir indefinidamente en su forma original. En la primera etapa de
recocido, la fundición del hierro blanco se recalienta lentamente a una temperatura entre
898.8 y 954.4°C.
En la segunda etapa del recocido las piezas
fundidas se enfrían lentamente a una rapidez
de -15 a -9.4°C/hr a través del intervalo
crítico en el cual tendría lugar la reacción
eutectoide. El propósito de la
maleabilización, es convertir todo el carbono
combinado presente en el hierro blanco en
nódulos irregulares de carbono revenido
(grafito) y ferrita.
Microestructura de la fundición maleable ferríticaLa fundición blanca se produce en el horno de cubilote, su composición y rapidez de
solidificación separa coladas que se transformarán con tratamiento térmico en hierro
maleable. La fundición blanca también se utiliza en aplicaciones donde se necesita buena
resistencia al desgaste tal como en las trituradoras y en los molinos de rodillos.
Al igual que los aceros, son aleaciones de hierro y carbono. Tienen un porcentaje de 2 a
6.67% Carbono. El alto contenido en carbono los hace muy frágiles. La ductilidad en estos
es muy baja y no se los puede laminar, estirar o trabajarse a temperatura ambiente. Como
la FUNDICIÖN es el único proceso aplicable a estas aleaciones, se las conoce como
HIERROS FUNDIDOS, estos pueden fundirse más fácilmente que los aceros.
Comercialmente tienen un porcentaje de 2.5 a 4% de carbono.
7.-HIERRO COLADO MOTEADOEs una fundición de estructura intermedia entre la fundición blanca y la fundición gris que
presenta fractura moteada. Suele utilizarse para vaciado en templandera.
ALEACIONES HIERRO – CARBONOEn las aleaciones Fe-C pueden encontrarse hasta once constituyentes diferentes, que se
denominan: ferrita, cementita, perlita, austenita, martensita, troostita sorbita, bainita,
ledeburita, steadita y grafito.
FERRITA: Aunque la ferrita
es en realidad una solución sólida de
carbono en hierro alfa, su solubilidad a
la temperatura ambiente es tan
pequeña que no llega a disolver ni un
0.008% de C. Es por esto que
prácticamente se considera la ferrita como hierro alfa puro. La ferrita es el más blando y
dúctil constituyente de los aceros. Cristaliza en una estructura BCC. Tiene una dureza de
95 Vickers, y una resistencia a la rotura de 28 Kg/mm2, llegando a un alargamiento del 35
al 40%. Además de todas estas características, presenta propiedades magnéticas.
En los aceros aleados, la ferrita suele contener Ni, Mn, Cu, Si, Al en disolución sólida
sustitucional. Al microscopio aparece como granos monofásicos, con límites de grano más
irregulares que la austenita. El motivo de esto es que la ferrita se ha formado en una
transformación en estado sólido, mientras que la austenita, procede de la solidificación.
La ferrita en la naturaleza aparece como elemento proeutectoide que acompaña a
la perlita en:
Cristales mezclados con los de perlita (0.55% C)
Formando una red o malla que limita los granos de perlita (0.55% a 0.85% de C)
Formando agujas en dirección de los planos cristalográficos de la austenita.
CEMENTITA: Es carburo de
hierro y por tanto su composición
es de 6.67% de C y 93.33% de Fe
en peso. Es el constituyente más
duro y frágil de los aceros,
alcanzando una dureza de 960
Vickers. Cristaliza formando un
paralelepípedo ortorrómbico de gran tamaño. Es magnética hasta los 210ºC, temperatura a
partir de la cual pierde sus propiedades magnéticas. Aparece como:
Cementita proeutectoide, en aceros hipereutectoides, formando un red que
envuelve a los granos perlíticos.
Componente de la perlita laminar.
Componente de los glóbulos en perlita laminar.
Cementita alargada (terciaria) en las uniones de los granos (0.25% de C)
PERLITA: Es un constituyente compuesto por el 86.5% de ferrita y el 13.5% de
cementita, es decir, hay 6.4 partes de ferrita y 1 de cementita. La perlita tiene una dureza
de aproximadamente 200 Vickers, con una resistencia a la rotura de 80 Kg/mm2 y un
alargamiento del 15%. Cada grano de perlita
está formado por láminas o placas alternadas
de cementita y ferrita. Esta estructura laminar
se observa en la perlita formada por
enfriamiento muy lento. Si el enfriamiento es
muy brusco, la estructura es más borrosa y se denomina perlita sorbítica. Si la perlita
laminar se calienta durante algún tiempo a una temperatura inferior a la crítica (723 ºC), la
cementita adopta la forma de glóbulos incrustados en la masa de ferrita, recibiendo
entonces la denominación de perlita globular.
AUSTENITA: Este es el constituyente más denso de los aceros, y está formado
por la solución sólida, por inserción, de carbono en hierro gamma. La proporción de C
disuelto varía desde el 0 al 1.76%, correspondiendo este último porcentaje de máxima
solubilidad a la temperatura de 1130 ºC. La austenita en los aceros al carbono, es decir, si
ningún otro elemento aleado, empieza a formarse a la temperatura de 723ºC. También
puede obtenerse una estructura austenítica en los aceros a temperatura ambiente,
enfriando muy rápidamente una probeta de acero de alto contenido de C a partir de una
temperatura por encima de la crítica, pero este tipo de austenita no es estable, y con el
tiempo se transforma en ferrita y perlita o bien cementita y perlita.
Excepcionalmente, hay algunos aceros al cromo-niquel denominados austeníticos,
cuya estructura es austenítica a la temperatura ambiente. La austenita está formada por
cristales cúbicos de hierro gamma con los
átomos de carbono intercalados en las aristas
y en el centro. La austenita tiene una dureza
de 305 Vickers, una resistencia de 100
Kg/mm2 y un alargamiento de un 30 %. No
presenta propiedades magnéticas.
MARTENSITA: Bajo velocidades de enfriamiento bajas o moderadas, los átomos
de C pueden difundirse hacía afuera de la estructura austenítica. De este modo, los
átomos de Fe se mueven ligeramente para convertir su estructura en una tipo BCC. Esta
transformación gamma-alfa tiene lugar mediante un proceso de nucleación y crecimiento
dependiente del tiempo (si aumentamos la velocidad de enfriamiento no habrá tiempo
suficiente para que el carbono se difunda en la solución y, aunque tiene lugar algún
movimiento local de los átomos de Fe, la estructura resultante no podrá llagar a ser BCC,
ya que el carbono está “atrapado” en la solución). La estructura resultante denominada
martensita, es una solución sólida sobresaturada de carbono atrapado en una estructura
tetragonal centrada en el cuerpo. Esta
estructura reticular altamente distorsionada
es la principal razón para la alta dureza de
la martensita, ya que como los átomos en la
martensita están empaquetados con una
densidad menor que en la austenita, entonces durante la transformación (que nos lleva a
la martensita) ocurre una expansión que produce altos esfuerzos localizados que dan
como resultado la deformación plástica de la matriz.
Después de la cementita es el constituyente más duro de los aceros. La
martensita se presenta en forma de agujas y cristaliza en la red tetragonal. La proporción
de carbono en la martensita no es constante, sino que varía hasta un máximo de 0.89%
aumentando su dureza, resistencia mecánica y fragilidad con el contenido de carbono. Su
dureza está en torno a 540 Vickers, y su resistencia mecánica varía de 175 a 250
Kg/mm2 y su alargamiento es del orden del 2.5 al 0.5%. Además es magnética.
BAINITA: Se forma la bainita en la
transformación isoterma de la austenita, en
un rango de temperaturas de 250 a 550ºC. El
proceso consiste en enfriar rápidamente la
austenita hasta una temperatura constante,
manteniéndose dicha temperatura hasta la transformación total de la austenita en bainita.
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
DIAGRAMA HIERRO - CARBONOEn el diagrama de equilibrio o de fases hierro-carbono (Fe-C) se representan las
transformaciones que sufren los aceros alcarbono 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. Dicho diagrama
se obtiene experimentalmente identificando los puntos críticos —temperaturas a las que
se producen las sucesivas transformaciones— por métodos diversos.
Microconstituyentes
El hierro puro está presente en tres estados alotrópicos a medida que se incrementa la
temperatura desde la temperatura ambiente:
Hasta los 911 °C (temperatura crítica AC3), el hierro ordinario cristaliza en el sistema
cúbico de cuerpo centrado y recibe la denominación de hierro α (alfa) o ferrita. Es un
material dúctil y maleable responsable de la buena forjabilidad de las aleaciones con
bajo contenido en carbono y es ferromagnético hasta los 770 °C (temperatura de
Curie a la que pierde dicha cualidad; se suele llamar también AC2). La ferrita puede
disolver pequeñas cantidades de carbono.
Entre 911 y 1400 °C cristaliza en el sistema cúbico de caras centradas y recibe la
denominación de hierro γ (gamma) o austenita. Dada su mayor compacidad la
austenita se deforma con mayor facilidad y es paramagnética.
Entre 1400 y 1538 °C cristaliza de nuevo en el sistema cúbico de cuerpo centrado y
recibe la denominación de hierro δ (delta), que es en esencia el mismo hierro alfa pero
con parámetro de red mayor por efecto de la temperatura.
A mayor temperatura el hierro se encuentra en estado líquido.
Si se añade carbono al hierro aumenta su grado de macicez y sus átomos podrían
situarse simplemente en los instersticios de la red cristalina de éste último; sin embargo
en los aceros aparece combinado formando carburo de hierro (Fe3C), es decir, un
compuesto químico definido y que recibe la denominación de cementita de modo que los
aceros aleados al carbono están constituidos realmente por ferrita y cementita.
Transformación de la AustenitaEl diagrama de fases Fe-C muestra dos composiciones singulares:
Un eutéctico (composición para la
cual el punto de fusión es mínimo)
que se denomina ledeburita y
contiene un 4,3% de carbono (64,5 %
de cementita). La ledeburita aparece
entre los constituyentes de la
aleación cuando el contenido en
carbono supera el 2% (región del
diagrama no mostrada) y es la
responsable de la mala forjabilidad
de la aleación marcando la frontera
entre los aceros con menos del 2%
de C (forjables) y las fundiciones con
porcentajes de carbono superiores
(no forjables y fabricadas por moldeo). De este modo se observa que por encima de la
temperatura crítica A31los aceros están constituidos sólo por austenita, una solución
sólida de carbono en hierro γ y su microestructura en condiciones de enfriamiento
lento dependerá por tanto de las transformaciones que sufra ésta.
Un eutectoide en la zona de los aceros, equivalente al eutéctico pero en el estado
sólido, donde la temperatura de transformación de la austenita es mínima. El
eutectoide contiene un 0,80 %C (13,5% de cementita) y se denomina perlita. Está
constituido por capas alternas de ferrita y cementita, siendo sus propiedades
mecánicas intermedias entre las de la ferrita y la cementita.
La existencia del eutectoide permite distinguir dos tipos de aleaciones de acero:
Aceros hipoeutectoides (menor a 0,80% C). Al enfriarse por debajo de la temperatura
crítica A3 comienza a precipitar la ferrita entre los granos de austenita y al alcanzar la
temperatura crítica A1 la austenita restante se transforma en perlita. Se obtiene por
tanto a temperatura ambiente una estructura de cristales de perlita embebidos en una
matriz de ferrita.
Aceros hipereutectoides (mayor a 0,80% C). Al enfriarse por debajo de la temperatura
crítica se precipita el carburo de hierro resultando a temperatura ambiente cristales de
perlita embebidos en una matriz de cementita.
La martensita es el constituyente típico de los aceros templados y se obtiene de forma
casi instantánea al enfriar rápidamente la austenita. Es una solución sobresaturada de
carbono en hierro alfa con tendencia, cuanto mayor es el carbono, a la sustitución de
la estructura cúbica centrada en el cuerpo por tetragonal centrada en el cuerpo. Tras
la cementita (y los carburos de otros metales) es el constituyente más duro de los
aceros.
Velocidades intermedias de enfriamiento dan lugar a la bainita, estructura similar a la
perlita formada por agujas de ferrita y cementita pero de mayor ductilidad y resistencia
que aquélla.
También se puede obtener austenita por enfriamiento rápido de aleaciones con
elementos gammágenos (que favorecen la estabilidad del hierro γ) como el níquel y el
manganeso, tal es el caso por ejemplo de los aceros inoxidables austeníticos.