Aleaciones diagramas

ALEACIONES
DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO

TECNOLOGÍA INDUSTRIAL 2º BACHILLERATO
FRANCISCA VEGA MONDELO

Disoluciones sólidas. Aleaciones
Aleación es todo producto que resulta de la unión de dos o más elmentos químicos,
uno de los cuales tiene carácter metálico. Las propiedades que interesen, como
tencidad, dureza o conductividad, se mejoran en la aleación notablemente respecto
del metal base.

Para que el producto resultante de la unión de dos o más elementos químicos tenga
carácter de aleación se debe cumplir:

a) Que los elementos componentes sean totalmente miscibles en estado líquido,
de tal forma que al solidificarse resulte un producto homogéneo.

b) Que el producto resultante tenga carácter metálico. Los enlaces metálicos deben
permanecer en la aleación.

Disolvente, es el componente que entra en mayor proporción, y soluto es el que lo
hace en menor proporción.
Pero cuando los elementos solubles no posean la misma red cristalina, se considera
disolvente al elemento que conserva la red, aunque se encuentre en menor
proporción.
Concentración: masa de soluto por masa total de aleación en forma porcentual:
C= ms/(ms+mD)

Estructura cristalina de las aleaciones

A. Que los dos metales A y B, sean solubles en estado líquido e insolubles en
estado sólido. En este caso la estructura cristalina de la aleación será una mezcla
mecánica, formándose cristales de A y B por separado.
B. Que los dos metales, A y B, sean solubles en estado
líquido y en estado sólido. En este caso la estructura
cristalina de la aleación será una disolución sólida formada por
granos homogéneos. Existen dos tipos: por inserción y por
sustitución.
C. Que los dos metales sean solubles en estado líquido y
parcialmente solubles en estado sólido. En este caso, la
estructura cristlina será una mezcla mecánica formada por dos
soluciones sólidas. Estas soluciones sólidas α y β pueden
formarse por sustituición o por inserción.
D. Que los dos elementos reaccionen químicamente. En este caso, la relación entre
los átomos de cada elemento concuerda con una proporción estequiométrica, la cual se
puede expresar por una fómula sencilla AmBn.

Tipos de disoluciones sólidas
Las aleaciones metálicas son disoluciones sólidas entre dos o más elementos.
Dependiendo de la disposición de los átomos del disolvente y soluto, se dan dos
tipos de disoluciones:
a) Solución por sustitución: los átomos de disolvente y soluto tienen estructura
cristalina similar y ambos forman parte del edificio cristalino al reemplazarse
átomos del disolvente por átomos del soluto.

b) Solución por inserción: se presenta cuando los átomos de soluto son muy
pequeños comparados con los átomos del disolvente, y se colocan en el interior, en
los intersticios, de la red cristalina del disolvente.
Si los átomos que se sustituyen o
se insertan en la red son de
tamaño superior a los sustituidos
o a los huecos que presenta la
red, esta se deforma. Si en la
aleación de sustitución se coloca
un átomo de menor tamaño
sucede una contracción de la red.
En ambos casos el material
aumenta la carga de rotura pero
se vuelve más frágil.

Cristalización de los metales puros
y las aleaciones
SOLIDIFICACIÓN:
En los metales puros la solidificación se hace a temperatura constante. Realmente, en
determinadas condiciones la masa líquida debe permanecer a una temperatura inferior a
la de fusión (fenómeno de subfusión).

Aquellas aleaciones que se comportan como un metal puro respecto de la solidificación
(solidifican a temperatura constante) se denominan aleaciones eutécticas.
ENERGÍA NECESARIA PARA LLEVAR A UN METAL AL ESTADO LÍQUIDO:
1) Energía necesaria para su fusión desde una temperatura de 25 ºC
Q= m.c.Δt
Donde Q es la energia que se debe aportar para elevar la temperatura hasta la de
fusión. m, es la masa de metal a fundir, y Δt es la variación de temperatura hasta
alcanzar la de fusión.
2) Energía necesaria para el cambio de estado:
Q= m. C
Donde Q es la energía necesaria para el cambio de estado, m es la masa del metal a
fundir, y C es el calor latente de fusión.

y las aleaciones
ETAPAS DE SOLIDIFICACIÓN
En la solidificación de un metal o aleación se dan las siguientes
etapas:
a) Nucleación: o formación de núcleos estables en la masa
fundida. Para ello es preciso un subenfriamiento de forma que los
embriones iniciales de sólido puedan crecer y proporcionar
auténticos núcleos, pues en otro caso el sólido embrionario se
volvería a fundir.
b) Cristalización: o crecimiento del núcleo en las tres
direcciones del espacio, en las denominadas dentritas, para dar
origen a cristales.
c) Formación del grano: los cristales enteriores van dando
origen a una estructura granular que se junta con la que proviene
de otro lugar en los límites de grano. En metalurgia interesa que el
tamaño de estos granos cristalinos sea pequeño ya que se
obtienen mejores propiedades mecánicas.

Durante el enfriamiento, el metal se contrae, y si está en un molde, pueden aparecer
defectos, como los rechupes y las sopladuras, originados por la falta de metal líquido
en la superficie libre del molde o en el interior, respectivamente.

y las aleaciones

Regla de las fases de Gibbs
Componente:Cada una de las sustancias o elementos químicos que forman un
sistema material se denomina componente. Son los elementos o sustancias que
forman el sistema. Por lo tanto un metal puro será un sistema de 1 componente y una
aleación de dos metales será un sistema de dos componentes.
Fase: A cada una de las partes homogéneas de un sistema que se diferencia
físicamente del resto, se le llama fase. En los elementos puros, fase, es sinónimo de
estado. Por ejemplo dentro del sistema agua, pueden existir tres fases: la sólida
(hielo), la fase líquida y la fase gaseosa (vapor de agua).
Grados de libertad: El número de variables que podemos modificar libremente
( temperatura, presión, concentración, etc.) reciben el nombre de grados de libertad.
Es el número de factores externos e internos (temperatura, presión y concentración)
que pueden cambiarse sin variar el número de fases del sistema.
Josiah Willar Gibbs, en sus estudios termodinámicos, obtuvo una ecuación que
permite calcular el número de fases que pueden coexistir en equilibrio dentro de un
sistema material.
REGLA DE LAS FASES DE GIBBS:
F+N= C+2
Donde F es el número de fases que pueden coexistir, N es el número de grados de
libertad o variables de estado, C es el número de componentes del sistema.

Regla de las fases de Gibbs
EJEMPLO: AGUA PURA en el PUNTO TRIPLE

En el punto triple coexisten tres fases: sólido,
líquido y vapor.
Como es agua pura, el número de
componentes es 1.
Se pueden calcular los grados de libertad,
aplicando la regla de las fases de Gibbs:

F+N=C+2
sustituyendo,
3+N=1+2
Por lo tanto, el número de grados de libertad, N
es cero.
Ninguna de las variables, temperatura, presión se
puede modificar. Se dice que el punto triple es
invariante.
En el punto A, coexisten dos fases o estados,
por lo tanto tendremos un grado de libertad. A
una presión determinada, sólo existe una
teperatura en que las dos fases sólido líquido
coexisten.
En el punto B, tenemos una sóla fase, por lo
tanto los grados de libertad serán dos. Se pueden
modificar dos variables (P y T) , y el sistema
permanecerá en una única fase.

Diagrama de equilibrio de fases. Regla
de la palanca
Los diagramas de equilibrio de fases representan la relación entre la estructura, la
composición y el número de fases presentes en el equilibrio, así como las transformaciones
que tienen lugar desde el estado líquido hasta la temperatura ambiente.

En los diagramas generalmente, a
las diferentes fases se les
denomina con letras griegas.
Con el uso de estos diagramas se
puede determinar la composición o
porcentaje de cada fase para una
concentración y temperatura
determinadas de los materiales
que entran en la aleación.

La figura representa una aleación
binaria, a la izquierda se ha puesto
un elemento A y a la derecha un
elemento B. Desde A a B vamos de
una concentración del 0% de B al
100 % de B, en cambio de B a A
iremos de una concentración del
0% de A al 100 % de A.

Diagrama de equilibrio de fases. Regla
de la palanca
Estudiemos una serie de puntos:
P1. En esta zona solamente hay
fase α, así será hasta bajar a la
línea que se denomina línea de
fase α.
P2. Es un punto sobre la línea de
fase α, a partir de aquí comenzará
a aparecer la fase β.
P3. Este punto es el más
interesante del estudio, pues en
esa zona conviven las fases α y β,
con lo que se debe averiguar el
porcentaje de cada una. Para ello
se aplica la denominada regla de la
palanca.
P4. Es un punto sobre la línea de
fase β, desaparece la fase α y a
partir de aquí comenzará a estar
solamente la fase β.
P5. Ahora se está como al
principio, pero con el 100 % de
fase β.

Regla de la palanca
P3. conviven las fases α y β, con lo que se debe averiguar el porcentaje de cada una.

1. En la temperatura T3, correspondiente al punto
de estudio, se traza un segmento horizontal
(isoterma) que corta en los puntos Cα y Cβ a las
líneas de fase α y de fase β. A cada uno de estos
puntos corresponde una concentración, en
nuestro caso son 60% y 25 % las
concentraciones de B en la aleación.

2. La fracción de una fase, por ejemplo la fase α
Se calcula midiendo la longitud del segmento de la isoterma (también denominada
recta de reparto), desde la concentración de la aleación (P3) hasta el límite de la
otra fase, en este caso la β, y dividiéndola por la longitud total del segmento de
isoterma.

Asi:
Fracción de α= P3 Cβ / (Cα Cβ)= (40-25)/(60-25)=15/35 =0,4286.
Por lo tanto, de fase α se tiene un 42,86% en la aleación que se encuentra en las
condiciones del punto P3, es decir, con una concentración del 40% de B y a
temperatura T3.
Para la otra fase se procede de la misma forma.

Diagramas isomórficos binarios. Solubilidad
total en estado líquido y sólido.
Se forma entonces una única fase sólida, constituida por una solución sólida formada
por sustitución. Los dos metales tienen, por lo general, la misma estructura cristalina.
Para obtener el diagrama de fases de una aleación AB de este tipo, se parte de la serie
de curvas de enfriamiento, obtenidas experimentalmente variando las concentraciones
de A y B.

Los puntos TA y TB representan los puntos de solidificación de los metales puros. La
curva obtenida al unir los puntos que indican el comienzo de la solidificación se
denomina línea de líquidus, en tanto que la curva inferior que muestra el final de la
misma, se denomina línea de solidus.
El área que se encuentra por encima de la curva de líquidus es una región unifásica, y
cualquier aleación en esta región consistirá en una solución líquida homogénea.
El área por debajo de la línea de solidus es una región unifásica y cualquier aleación
en esta región consistirá en una solución sólida homogénea.
Entre las líneas de solidus y líquidus existe una región bifásica, y cualquier aleación
en esta región constará de dos fases, una sólida y otra líquida.

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LAS FASES PRESENTES:

Punto 1: una sola fase
(solución líquida homogénea)
de composición química 60A y
40B.

Punto 2: dos fases (líquida y
sólida) de composición química
: líquido X (A%, B%) y sólido Y
(A%, B%)

Punto 3: una sola fase
(solución sólida homogénea) de
composición química 60A 40B.

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LAS FASES PRESENTES:
Para determinar la composición química de las fases
en una región bifásica, se traza una línea horizontal
para la temperatura considerada, llamada “línea de
vínculo o coexistencia”, hasta la intersección con las
líneas de líquidus y sólidus. La proyección e los
puntos de corte sobre el eje de abscisas permite leer
directamente las composiciones de cada fase..

CANTIDADES RELATIVAS DE LAS FASES PRESENTES:
Para determinar las cantidades relativas de cada fase, a una temperatura determinada, en
una región bifásica, se utiliza la denominada regla de la palanca.
Consiste en trazar una línea vertical, que representa la aleación en estudio y otra horizontal,
que representa la temperatura. La línea vertical divide en dos partes a la línea horizontal.
Por lo tanto, la línea de coexistencia queda dividida en dos partes, LO y OS. Aplicando la
regla de la palanca tenemos:
Líquido (%) = (SO/SL).100
Sólido (%)= (OL/SL). 100

PROCESO DE CRISTALIZACION POR ENFRIAMIENTO EN EQUILIBRIO

En la figura podemos
seguir el enfriamiento de
una aleacion de
composición 57A y 43B.
Como puede observarse a
la temperatura T4
solidifica el último líquido,
muy rico en componente
B. La difusión se
encargará de que la
composición final de todos
los granos sea uniforme.

Aplicación a la aleación de Cu-Ni
DESCRIPCIÓN:

En el diagrama de la figura, en
ordenadas se representa la temperatura
y en las abscisas la concentración en
peso.

En la gráfica, el líquido L, es una
solución homogénea compuesta por Cu
y Ni.
La fase α es una solución sólida por
sustitución, de átomos de Cu y de Ni, de
estructura FCC. A temperaturas
inferiores a 1080 ºC el Cu y el Ni son
mutuamente solubles en estado sólido a
cualquier composición.
Las líneas de sólidus y líquidus
interseccionan a derecha e izquierda
con la ordenada temperatura; los puntos
de intersección coinciden con los puntos
de fusión de los componentes puros. En
este caso 1085ºC para el Cu y 1455ºC
para el Ni.

INTERPRETACIÓN GENERAL DEL DIAGRAMA DE FASES CU-NI

NÚMERO DE FASES PRESENTES:

El punto A representa una aleación de
composición 60% en peso de Ni, y 40%
en peso de Cu, a 1100ºC. Se encuentra
en la región monofásica α, por lo que
únicamente estará presente la fase α.

El punto B representa una aleación de
35 % en peso de Ni y 65% en peso de
Cu a 1250ºC, y se encuentra en la
región bifásica α+L, por tanto, estarán
presentes la fase α en equilibrio con la
fase líquida L.

El punto C se encuentra en la zona de
líquido, le sucede como al punto A, el
60% es Ni líquido y el 40% es Cu
líquido.


DETERMINACIÓN DE LA
COMPOSICIÓN DE LAS FASES:
En un sistema monofásico, la
composición de la fase coincide con la
composición total de la aleación.
Ejemplo:
El punto A representa una aleación de
composición 60% en peso de Ni, y 40%
en peso de Cu, a 1100ºC.

En una región bifásica, la solución es
más complicada. Ejemplo
El punto B trazamos la recta de reparto.
Esta línea de reparto corta a la línea de
líquidus para las concentraciones 32%
Ni y 68% de Cu, que es la composición
de la fase líquida.
La intersección de la línea de reparto
con la línea de sólidus se hace para las
concentraciones de 43% de Ni y 57% de
Cu, que corresponde a la composición
de la fase sólida.


DETERMINACIÓN DE LOS PORCENTAJES
DE CADA FASE
En un sistema monofásico, El porcentaje será
del 100 %, ya que solo existe una fase.

En una región bifásica, se calculan los
porcentajes de cada fase mediante la regla de
la palanca.
El punto B determinación del % de cada fase.

% fase líquida = s/(r+s) . 100
% fase sólida = r/(r+s) . 100
También se puede obtener
% fase líquida en funcion de las
concentraciones:
% fase líquida=
WL= (Cα-C)/(Cα-CL) .100
Wα=(C-CL)/(Cα-CL) .100

Aleaciones con solubilidad total en estado
líquido e insolubilidad en estado sólido.
Para obtener el diagrama de fses de una aleación AB de este tipo, se parte igualmente de
una serie de curvas de enfriamiento, obtenidas experimentalmente, y que en este caso
muestran diferente comportamiento.

Nótese que existe una
curva de enfriamiento que
muestra la solidificación a
una temperatura constante,
que es además la más baja
de la serie.
Esta aleación se denomina
eutéctica, y la temperatura,
temperatura eutéctica.
Aun cuando la solidificacion
de esta aleación se parece
ala de un metal puro, no es
una aleación de fusion
conguente, ya que el sólido
está constituido por dos
fases.

El diagrama de fases se puede dibujar representando gráficamente la temperatura frente a
la composición.

ENFRIAMIENTO EN EQUILIBRIO: Aleación 1: es la
composicion eutéctica. Se
enfría desde T0 hasta TE,
intervalo en el cual la aleacion
es una mezcla líquida
homogénea.
A llegar a TE como es la
intersección con la línea de
líquidus y sólidus, comienza y
termina la solidificación a
temperatura constante, dando
lugar a una mezcla de dos
fases, sólido A (punto F) y
sólido B(punto G). Resulta así
una mezcla muy fina de granos
de A y B puros, que se conoce
como mezcla eutéctica. El
cambio de este líquido de
composición E en dos sólidos a
temperatura constante se
conoce como reacción
eutéctica.

ENFRIAMIENTO EN EQUILIBRIO: Aleación 2: es una aleación
hipoeutéctica.
Conserva una solución líquida
hasta T1 y a partir de ese
momento empieza a solidificar
sólido A puro, aumentando la
concentración de B en el
líquido.
En T2, el sólido continúa siendo
A puro y el líquido está
enriquecido en B, y así
sucesivamente hasta llegar a
TE.
La cantidad relativa de cada
fase y a cada temperatura
puede determinarse mediante
la regla de la palanca.
Cuando llegamos al punto TE,
el líquido sufre la reacción
eutéctica solidificando la
mezcla eutéctica (A+B).

ENFRIAMIENTO EN EQUILIBRIO:

Aleación 3: es una aleación hipereutéctica.
Sigue el mismo proceso descrito anteriormente, si bien en este caso el resultado será
una aleación compuesta de sólido B+ mezcla eutéctica..

líquido y solubilidad parcial en estado sólido.

Los puntos de fusión de los
metales puros son Ta y Tb.
La línea de líquidus se forma al
unir los puntos Ta, E y Tb.
La de solidus al unir Ta, F, E, G
y Tb.
Las fases existentes en cada
región están indicadas en la
gráfica.

Se observa en el diagrama que
nunca cristalizan A y B puros,
sino en forma de soluciones α y
β de una sola fase. Estas
soluciones limitadas por los ejes
se denominan soluciones
sólidas terminales.

Aparecen unas curvas nuevas denominadas SOLVUS, que indican las solubilidades
máximas de B en A (solución α) y de A en B (solución β), en función de la
temperatura. Al descender la temperatura, desciende la solubilidad.

ENFRIAMIENTO LENTO DE ALGUNAS ALEACIONES:

Aleación 1: sigue un proceso exactamente igual al de cualquier aleación de
solubilidad total en líquido y sólido.


Aleación 1: a la temperatura T1, la
aleación comienza a solidificar,
formándose cristales de A, y el
líquido se enriquece en B. A la
temperatura T4 termina la
solidificación, siendo el sólido total
una solución sólida α homogénea
que permanece así hasta la
temperatura ambiente.


Aleación 2: es la composición
eutéctica y permanece líquida hasta la
temperatura Te, sufriendo la reacción
eutéctica a temperatura constante y
originando la mezcla eutéctica
formada por dos fases α y β.

Las cantidades relativas de cada fase
pueden calcularse mediente la regla
de la palanca.

Debido al cambio de solubilidad de B
en A y de A en B, dado por las curvas
de solvus, habrá un cambio en las
cantidades relativas de α y de β
cuando se enfríen hasta temperatura
ambiente.


Aleación 3: se encuentra en estado líquido hasta T3, donde empieza a cristalizar la
solución sólida α rica en A.
A medida que la temperatura disminuye, el líquido se hace más rico en B.
Cuando llegamos a Te, el líquido que resta sufre la reacción eutéctica (α y β) de
composición dada por los extremos de la recta FG.
A medida que disminuye la temperatura, precipita algo de β debido al descenso de
solubilidad indicado por la solvus.


Aleación 4: sigue el mismo proceso que la aleación 1. El punto P es una solución
insaturada. En el punto Q la solución se stura de B.
A temperatura ambiente el exceso de B debe salir, pero como A es soluble en B, este
exceso sale como solución sólida β.
A temperatura ambiente, la aleación consiste en granos de α con pequeñas cantidades de β
alojadas en las fronteras de grano. Esta cantidad se puede determinar con la regla de la
palanca.

ALEACIONES HIERRO-CARBONO

El hierro puro tiene muy pocas aplicaciones, pero no ocurre así con las aleaciones
de hierro y carbono, que son las más utilizadas en la industria.
La clasificación de los productos siderúrgicos de acuerdo a la norma UNE-36001
es la siguiente:
Hierro: aleación que contiene menos el 0,008% de carbono.
Aceros: aleaciones hierro-carbono cuyo contenido en este último elemento oscila
entre el 0,008 % y el 1,76%
Fundiciones: aleaciones hierro-carbono cuyo contenido en carbono varía entre
el 1.76% y el 5%.
EL HIERRO. FORMAS ALOTRÓPICAS

El hierro cambia de estructura de cristalización
en función de la temperatura; es decir, se trata de
un material alotrópico.
Como se puede observar en la gráfica, existen
cuatro estructuras critalinas diferentes, que
corresponden a las cuatro formas alotrópica del
hierro conocidas, y se denominan con las letras
griegas α (alfa), β (beta), γ (gamma) y δ (delta).

Hierro α: el hierro cristaliza en esta forma hasta
una temperatura de 768 ºC. La red cristalina es
cúbica centrada (CC o BCC). La distancia entre
los átomos de los vértices es igual a 2,86 A.
Tiene poca capacidad de disolución del carbono,
siendo la solubilidad máxima de 0,02% a 768ºC.
Otra propiedad es el magnetismo.
Hierro β: El hierro cristaliza en esta forma en
un intervalo de temperaturas que oscila entre 768
y 910ºC. La red cristalina que adopta es cúbica
centrada, sin embargo la distancia entre los
átomos de los vértices es algo mayor (2,9 A a
800 ºC y 2,905 A a 900ºC). El aumento de este
parámetro se atribuye a la dilatación por el
aumento de temperatura.
Hierro γ: el hierro cristaliza en esta forma en un
intervalo de temperaturas que oscila entre 910 y
1400 ºC. La red cristalina adoptada en este caso,
es la cúbica centrada en las caras.
Hierro δ: cristaliza en esta forma a partir de
una temperatura igual o superior a 1400 ºC hasta Hierro δ: Cristaliza en BCC, y la
la temperatura de fusión, 1539ºC. distancia entre vértices es de 2,93 A.

ACEROS Y FUNDICIONES
Se definen las aleaciones de hierro-carbono como las sustancias que se obtienen por
fusión del hierro, carbono y otros elementos como el azufre, el fósforo, el oxígeno y el
nitrógeno que entran a formar parte de la aleacion con carácter de impurezas.
CARBONO
Los dos constituyentes fundamentales de los aceros y fundiciones son el hierro y el
carbono. Este último, el carbono, se puede encontrar de tres formas:
Disuelto en hierro α y en hierro γ, formando soluciones sólidas por inserción.
Combinado, formando con el hierro el compuesto intermetálico Fe3C (cementita).
Libre, formándo láminas o nódulos.
ACEROS:
Son aleaciones de hierro y carbono donde el contenido en carbono es inferior al 1,76%.
Los aceros por su parte se clasifican en :
Aceros hipoeutectoides, si el contenido en carbono es inferior al 0,89 %
Aceros eutectoides, si el contenido es del 0,89 % de carbono.
Aceros hipereutectoides, si el contenido en carbono está comprendido entre el 0,89 y
1,76 % de carbono.
FUNDICIONES:
Las fundiciones son aleaciones de hierro y carbono, siendo el contenido en carbono
mayor del 1,76% y menor del 6,67%. Se clasifican en función del % de carbono en:
Fundiciones hipoeutécticas: si el contenido en carbono está entre el 1,76% y 4,3%
Fundiciones eutécticas: si el contenido en carbono es del 4,3%
Fundiciones hipereutécticas: si el contenido en carbono es mayor del 4,3 %

DIAGRAMA DE FASES DE HIERRO-CARBONO
El diagrama de fases del hierro-carbono se representa en el intervalo de concentraciones
que va desde el hierro puro hasta la cementita. Sobre el eje de abscisas se representan
dos escalas: la que indica el contenido en carbono, y la que muestra el contenido en
cementita.
En el diagrama de hierro-carbono cabe destacar:
La línea de líquido, formada por los puntos ABCD, que indica la temperatura de
comienzo de la solidificación de las aleaciones del sistema. Por encima de ella todas las
aleaciones se encuentran en estado líquido.

La línea de sólido, formada
por los puntos AHNBECF,
indica la temeratura final de la
solidificaicón de las aleaciones
del sistema.
La línea de enfriamiento del
hierro, formada por los puntos
ANG.
El punto G (910ºC)
corresponde a la temperatura
de equilibrio del hierro β y el
hierro γ.


A
L

1495ºC
δ+L
δ
δ+γ
γ+L
γ
N

0,09 % C 0,17 % C 0,53% C

El punto A corresponde a la temperatura de solidificación del hierro, 1539ºC;
El punto N corresponde (1400 ºC) es la temperatura de equilibrio de hierro δ y hierro γ.

El punto C define la aleacion eutéctica, con el 4,3 % de Carbono, formándose la ledeburita
(mezcla de austenita y cementita).
El punto E corresponde a la máxima solubilidad de carbono en hierro γ y corresponde a
una proporción de carbono del 1,76%.
El punto P define la aleación eutectoide, con el 0,89% de carbono. La austenita se
transforma en perlita(mezcla de ferrita y cementita).

K
P

La línea GP define las temperaturas de transformación de la austenita en ferrita, en función
del porcentaje de carbono.
La línea PE define las temperaturas de transformación de la austenita en cementita en
función del porcentaje de carbono.
La línea PK define las temperaturas de transformación de la austenita en perlita.
El punto D está en el límite del diagrama 6,67% de carbono, que corresponde a la
cementita pura.

CONSTITUCIÓN DE LAS ALEACIONES
DE HIERRO CARBONO
FERRITA(α o β): está formada por una solución sólida por inserción de carbono en
hierro α o hierro β, siendo la solubilidad del carbono 0,008% a temperatura ambiente.
Por ello se suele considerar hierro puro.
Es el constituyente más blando y maleable de los aceros.

Ferrita Ferrita Cementita(los bordes blancos)

CEMENTITA: es un compuesto químico, un carburo de hierro (Fe3C) que contiene
un 6,67% de C.
Es el constituyente más duro y frágil de los aceros y fundiciones. Cristaliza en redes
ortorrómbicas.

DE HIERRO CARBONO
PERLITA: está formada por la mezcla eutectoide de ferrita y cementita, y contiene un
0,8 % de C. La perlita es un constituyente que se forma por láminas alternativas de
ferrita y cementita, de estructura muy fina, semejante a las huellas dactilares. Sus
propiedades mecánicas son intermedias entre las de la ferrita y la cementita.

PERLITA: está formado por un 86,5% de ferrita y 13,5% de cementita. Tiene una
dureza de 200 HB.
Presenta estructura laminar si el enfriamiento ha sido lento = PERLITA LAMINAR.
Estructura más borrosa si el enfriamiento es más brusco= PERLITA SORBÍTICA.
Si la perlita laminar la calentamos hasta una temperatrua de 723 ºC, la cementita
adquiere forma de glóbulos incrustados en masa de ferrita= PERLITA GLOBULAR.

CONSTITUCIÓN DE LAS ALEACIONES DE HIERRO
CARBONO
AUSTENITA: está formada por una solución sólida por inserción de carbono en hierro γ.
Tan solo es estable a temperaturas altas, desdoblándose por reaccion eutectoide a
temperaturas inferiores, en ferrita y cementita. La proporción de carbono disuelto varía
desde el 0 al 1,76%.
Es el constituyente más denso de los aceros. No es magnética.

LEBEDURITA: está formada por una mezcla eutéctica de austenita y cementita, y
contiene un 4,3% de carbono. Se origina al terminar la solidificacion de las fundiciones a
1145ºC. En las fundiciones ordinarias no aparece a temperatura ambiente, ya que se
descompone en perlita y cementita.

MARTENSITA: tras la cementita, es el constituyente más duro de los aceros. La
martensita es una solución sólida sobresaturada de carbono en hierro α.
Se obtiene por enfriamiento rápido de la austenita de los aceros, después de haber sido
calentada para conseguir una constitución austenística.

Austenita Martensita Martensita

DE HIERRO CARBONO
TROOSTITA: constituyente intermedio de la martensita y sorbirta. Se produce mediante una
transformacion isotérmica de la austenita entre las temperaturas de 500 a 600 ºC. Se enfría
rápidamente la austenita hasta el intervalo 500-600ºC, y posteriormente se mantiene la
temperatura constante, hasta que toda la austenita se convierte en troostita. Se presenta
en forma de nódulos de láminas radiales de cementita sobre ferrita. Es un constituyente
nodular oscuro y aparece generalmente acompañando a la martensita y a la austenita.

SORBITA: se produce también por transformación isotérmica de la austenita a temperatura
comprendida entre 600 a 650 ºC. El procedimiento es similar al anterior.
Se presenta formando láminas más finas que las de troostita y similares a las de perlita.

BAINITA: también se produce por una transformación isotérmica de la austenita, en el
intervalo de temperaturas que va desde 250 a 550ºC. La bainita se produce en un temple
defectuoso, llamado isotérmico o bainítico. Su fin no es transformar la austenita en
martensita (temple clásico), sino que es la transformación total de la austenita en bainita.

Troostita nodular Sorbita MIcroestructura de una bainita

TRANSFORMACIONES POR
ENFRIAMIENTO LENTO EN LOS ACEROS
ACERO HIPOEUTECTOIDE ALEACIÓN I:
%C < 0,89% Por encima del punto 1 existe una fase
líquida.
En el punto 1 empiezan a formarse los
granos de austenita, es decir, una solución
sólida por inserción de carbono en hierro γ.
Entre los puntos 1 y 2 existen dos fases,
una sólida y otra líquida. La fase sólida
corresponde a la austenita.
En el punto 2 se produce toda la
transformación de la fase líquida en
austenita.
Entre los puntos 2 y 3 existe una sola
fase sólida formada por austenita.
En el punto 3 comienza la transformación
de la austenita en ferrita en los bordes de
los granos de austenita.
Entre los puntos 3 y 4 existen dos fases
sólidas, una solucion sólida de ferrita y otra
de austenita.
En el punto 4, se produce el cambio
alotrópico del hierro y la reaccion
eutectoide, cuyo resultado es la formacion
de la perlita.

ACERO EUTECTOIDE ALEACIÓN II:
%C=0,89% Por encima del punto 1 existe una fase
líquida.
austenita.
En el punto 3 toda la austenita se
transforma en perlita.

En resumen, la estructura final de los
aceros eutectoides está formada solo por
perlita.
En cambio, en el caso anterior, los aceros
hipoeutectoide, la estructura final de los
mismos está formada por granos de perlita
rodeados de ferrita.

Aleacion I, acero hipoeutectoide

Aleacion II, acero eutectoide

ACERO HIPEREUTECTOIDE ALEACIÓN III:
%C > 0,89% Por encima del punto 1 existe una fase
líquida.
austenita.
En el punto 3 comienza la transformación
de la austenita en cementita en los bordes
de los granos de austenita.
Entre los puntos 3 y 4 existen dos fases
sólidas, cementita y austenita.
En el punto 4, se produce el cambio
alotrópico del hierro y la reaccion
eutectoide, cuyo resultado es la formacion
de la perlita a partir de la austenita.

Aleacion III, acero hipereutectoide

En resumen, la estructura
final de los aceros
hipereutectoides está
formada por granos de perlita
rodeados de cementita.

ESTUDIO DE LA COMPOSICIÓN Y DE LA
CONCENTRACIÓN DE LOS ACEROS.
Temperatura
G
Austenita
Ferrita +
Cementita +
T m austenita o austenita

M P
Ferrita + Cementita +
perlita perlita

Composición
0,89 %C

Composición de Composición de
Ferrita austenita
Para determinar la composición de una aleación que se encuentra a una temperatura T,
se traza una línea paralela al eje de abscisas a la altura de dicho punto T. Esta línea corta
a las líneas de transformación GM y GP en dos puntos, m y o , respectivamente.
El punto m indica la composición de ferrita y el punto o, la composición de austenita.
Para determinar la concentración relativa de cada constituyente a la temperatura T, se
usará la regla de la palanca.

TRANSFORMACIONES POR ENFRIAMIENTO
EN LAS FUNDICIONES
Las fundiciones se diferencian de los aceros en la composición (poseen más cantidad de
carbono) y en la forma en que el carbono se une al hierro. Se puenden distinguir así:
FUNDICIÓN BLANCA: cuando el carbono se encuentra en forma de cementita Fe3C.
FUNDICIÓN GRIS: cuando el carbono se encuentra en forma de grafito laminar o
esferoidal.
Las fundiciones son aleaciones férreas con un porcentaje de Carbono superior al 2,1 %. En
la práctica las fundiciones contienen entre el 3 y el 4,5 % de carbono. Funden a
temperaturas inferiores a los aceros, que varían entre 1150 ºC y 1300 ºC, por lo que se
moldean con facilidad.
La tendencia que tienen las fundiciones a la grafitización (formación de grafito) se regula
mediante la composición y la velocidad de enfriamiento.

Fundición blanca Fundición gris laminar Fundición gris nodular

EN LAS FUNDICIONES
FUNDICIÓNES BLANCAS
HIPOEUTÉCTICAS
ALEACION I (%C < 4,3%)
Por encima del punto 1 existe una fase
líquida.
En el punto 1 comienzan a formarse
granos de austenita.
Entre los puntos 1 y 2 hay una fase
líquida y otra sólida de austenita.
En el punto 2 la fase líquida residual se
transforma en ledeburita, que es el
constituyente eutéctico de las fundiciones.
Entre los puntos 2 y 3, al ir
descendiendo la temperatura, la austenita
que está presente en la ledeburita va
segregando cementita proeutéctica hasta
llegar al punto 3.
En el punto 3, la austenita restante se
convierte en perlita.
En resumen, las fundiciones
hipoeutécticas están formadas grandes
cristales de perlita derivados de la
austenita primaria rodeados de cementita.

EN LAS FUNDICIONES
FUNDICIÓNES BLANCAS EUTÉCTICAS
ALEACION II ( %C= 4,3%)
líquida.
En el punto 1 se produce la
transformación de la fase líquida en la
fase sólida ledeburita.
descendiendo la temperatura, parte de la
austenita que está presente en la
ledeburita segrega cementita, y el resto se
transforma en perlita.

En resumen, las fundiciones blancas
eutécticas están formadas por granos de
cementita y perlita.

EN LAS FUNDICIONES
FUNDICIÓNES BLANCAS
HIPEREUTÉCTICAS
ALEACION III ( %C >4,3%)

líquida.
En el punto 1 comienzan a formarse
granos de cementita.
Entre los puntos 1 y 2 hay una fase
líquida y otra sólida de cementita.
En el punto 2 la fase líquida residual se
transforma en ledeburita, que es el
constituyente eutéctico de las fundiciones.
descendiendo la temperatura, la austenita
que está presente en la ledeburita va
segregando cementita hasta llegar al
punto 3.
En el punto 3, la austenita restante se
convierte en perlita.
En resumen, las fundiciones
hipoeutécticas están formadas por granos
de cementita y perlita.

EN LAS FUNDICIONES

1

2
1 – Fundición blanca hipoeutéctica
2 – Fundición blanca eutéctica
3 3 – Fundición blanca hipereutéctica.

FUNDICIONES
FUNDICIÓN GRIS:
El carbono varía entre el 2,5 y el 4%. Generalmente, el grafito aparece en forma de
escamas o láminas.
Mecánicamente son fŕagiles y poco resistentes a la tracción. La resistencia a la
compresión y la ductilidad son muy elevados.
Son muy efectivas en el amortiguamiento de vibraciones, por eso se suelen construir las
bancadas de las máquinas con este tipo de fundiciones. Tienen una alta resistencia al
desgaste.

FUNDICIONES
FUNDICIÓN ESFEROIDAL:
Se forma con pequeñas adiciones de magnesio y/o ceso a la fundición gris, que modifican
su microestructura, resultando que el grafito, en vez de escamas, presenta forma
esferoidal.
Son más reistentes y más dúctiles que las grises de grafito laminar, y tienen propiedades
mecánicas similares a las del acero. Estas fundiciones se utilizan para fabricar cuerpos de
bomba, pistones, cigüeñales, etc..

FUNDICIONES
FUNDICIÓN BLANCA :
Partiendo de fundiciones bajas en carbono, que contengan menos e 1 % de Si, y
aumentando considerablemente la velocidad de enfriamiento, la mayoría de carbono se
convierte en cementita en lugar de grafito, obteniendo la denominada fundicion blanca,
porque su superficie de rotura presenta este color.
A causa de la gran cantidad de cementita que presenta, la fundición blanca es
extremadamente dura y muy frágil, hasta el punto de no poderse mecanizar. Se aplicación
se limita a componentes de gran dureza y resistencia al desgaste y sin ductilidad, como
los cilindros de laminación.

FUNDICIONES
FUNDICIÓN MALEABLE:
Calentando la fundición blanca hasta temperaturas comprendidas entre 800 y 900 ºC
durante largo tiempo y en atmósfera inerte (para prevenir la oxidación), la cementita se
descompone y forma grafito en forma de racimos o rosetas.
La microestructura es similar a la de la fundición esferoidal, por lo que presenta una
resistencia relativamente alta y apreciable ductilidad y maleabilidad. Sus aplicaciones se
encuentran en engranajes de transmisión, cajas de diferencial, etc.

CLASIFICACION DE LOS ACEROS
1) EN FUNCION DEL PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN
Se clasifican en aceros Bessemer, Thomas, Siemens, eléctricos, al crisol y hierros
pudelados (aceros de bajo contenido en carbono).
2) EN FUNCIÓN DEL % DE CARBONO
Aceros hipoeutectoides, aceros eutectoides, aceros hipereutectoides ( en funcion de si el %
de carbono está por debajo, es igual, o está por encima de 0,89% de carbono
respectivamente.)
3) EN FUNCIÓN DE SU CONSTITUCIÓN INTERNA
Esta clasificación es válida para aceros calentados hasta austenización completa y
enfriados al aire.
- Aceros perlíticos: constituidos después del enfriamiento por perlita y ferrita o perlita y
cmentita, dependiendo de si el porcentaje de carbono es menor o mayor al eutectoide. Son
los aceros normales, los aceros al carbono y los aceros de baja y media aleación.
- Aceros martensíticos: formados en su mayor parte por martensita. En realidad son
aceros perlíticos, cuya velocidad de temple es muy lenta, y son templados después del
enfriamiento al aire. Aceros inoxidables.
- Aceros austeníticos: constituidos por austenita a temperatura ambiente. Entre ellos
destacan los aceros al cromo níquel y los inoxidables de 18% de cromo. No son atraídos
por un imán.
- Aceros ferríticos: están formados por ferrita a cualquier temperatura. No se pueden
templar porque no alcanzan el estado austenítico por calentamiento y por lo tanto el
martensítico en el enfriamiento. Aceros de bajo contenido en carbono.
- Aceros con carburo: contienen un porcentaje de carburos de elementos de aleacion
muy superiores al que se considera como normal en los aceros. (carburos: son compuestos
muy duros que se forman al combinarse los elementos ferrita, cementita, austenita, etc con
el carbono.

CLASIFICACION DE LOS ACEROS
4) EN FUNCIÓN DE SU COMPOSICIÓN
- ACEROS AL CARBONO: están formados por hierro y carbono, y el porcentaje de otros
elementos no debe superar los preestablecidos según las normas.
- ACEROS ALEADOS: además de carbono e impurezas, contienen elementos de aleación
voluntaria, como cromo, níquel, molibdeno, etc. Estos elementos aleados modifican las
propiedades de los aceros, aumentando o disminuyendo la templabilidad, la dureza, etc.

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