Aleaciones Ferrosas: Aceros, Fundiciones y Diagramas de Fase Esenciales

Aleaciones Ferrosas: Aceros y Fundiciones de Hierro

Aceros

Los aceros son aleaciones de hierro y carbono, donde el contenido de carbono varía generalmente entre 0.02% y 2%.

Tipos de Acero

Se clasifican principalmente en:

• Aceros Simples (al carbono): Aleaciones de hierro y carbono.
• Aceros Aleados: Contienen otros elementos de aleación además del carbono.
• Aceros de Alta Aleación: Con un porcentaje significativo de elementos de aleación.

Aceros Simples (al Carbono)

Estos aceros se componen principalmente de hierro y carbono (0.02% hasta 2%).

Aplicaciones Comunes

• Estructuras
• Elementos de máquinas
• Tornillos
• Herramientas de mano

Clasificación de Aceros Simples según el Porcentaje de Carbono

• Aceros de Bajo Carbono (0.02% < %C < 0.3%):

  Ejemplos: tornillos, remaches, bujes. Son muy trabajables y económicos.

• Aceros de Medio Carbono (0.3% < %C < 0.65%):

  Ejemplos: piezas de máquinas, ejes, engranajes.

• Aceros de Alto Carbono (0.6% < %C < 1.2%):

  Ejemplos: cinceles, limas, sierras, rieles de ferrocarril. Son muy duros, pero frágiles y difíciles de soldar.

• Aceros de Ultra Alto Carbono (1.2% < %C < 2.1%):

  Ejemplos: sables, cuchillos, espadas.

Nota sobre la designación: La nomenclatura de los aceros a menudo indica la aleación principal, modificaciones del elemento primario y la cantidad de carbono en centésimas (representado por las dos últimas cifras).

Fundiciones de Hierro

Las fundiciones son básicamente aleaciones de hierro y carbono, pero contienen más carbono del necesario, generalmente entre 2% y 6.67%.

Propiedades y Aplicaciones

Se caracterizan por:

• Baja ductilidad.
• Facilidad para trabajar sobre moldes.
• Mayor facilidad de mecanizado en comparación con algunos aceros.

Sus propiedades incluyen:

• Baja resistencia a la tracción.
• Fragilidad.
• Moldeabilidad en caliente.
• Resistencia al desgaste.

Tipos de Fundiciones

• Fundición Blanca:

  Todo el carbono se encuentra combinado bajo la forma de cementita. Son duras y resistentes al desgaste.

• Fundición Gris:

  Son más blandas que las blancas y fáciles de maquinar. Se producen con velocidades de enfriamiento más moderadas.

Diagramas de Fase en Metalurgia

Microestructuras y Procesos

Los diagramas de fase son fundamentales para entender y lograr microestructuras óptimas que confieran las propiedades deseadas a los materiales. Esto se logra regulando diversos procesos:

• Fusión
• Refinación
• Aleaciones
• Conformado
• Tratamiento térmico
• Culminar con la fabricación de la estructura final.

Conocimientos Clave

El estudio de los diagramas de fase permite comprender:

• Cuándo se funde un sólido.
• Cuándo se solidifica un líquido.
• Si el material es de una o multifase.

Definición de Fase

Una fase es un estado homogéneo distinguible de la materia que manifiesta composición y propiedades uniformes. En una aleación, se distingue entre:

• Solvente: El componente en mayor cantidad.
• Soluto: El componente en menor cantidad.

Tipos de Diagramas de Fase Binarios

Existen tres tipos principales de diagramas de fase binarios:

1. Solubilidad total en estado líquido y sólido.
2. Solubilidad total en estado líquido e insolubilidad en estado sólido.
3. Solubilidad total en estado líquido y solubilidad parcial en estado sólido.

Conceptos Clave en Diagramas de Fase

• Línea Solidus: Representa la temperatura por debajo de la cual el material es 100% sólido.
• Línea Liquidus: Representa la temperatura por encima de la cual el material es 100% líquido.
• Intervalo de Solidificación: Es la diferencia de temperatura entre la línea solidus y la línea liquidus, donde coexisten fases sólida y líquida.