Microestructura y Propiedades de Aleaciones Hierro-Carbono: Eutectoides y Constituyentes

Propiedades y Diferencias: Aleaciones Eutectoides y Eutécticas

Aleaciones Eutectoides

Son constituyentes formados por un agregado finísimo de cristales de las fases sólidas A y B, originado a partir de una fase sólida previa mediante una transformación en estado sólido.

Diferencias Clave entre Aleaciones Eutécticas y Eutectoides

• Formación: La microestructura eutectoide se forma a partir de una fase sólida (transformación sólido → sólido + sólido), mientras que la eutéctica se forma directamente del líquido (transformación líquido → sólido + sólido).
• Morfología: El constituyente eutectoide (como la perlita) suele estar formado por láminas alargadas y alternas de las fases que la componen. Su aspecto al microscopio puede recordar a una huella dactilar. La microestructura eutéctica a menudo presenta subgranos de contorno más redondeado debido a su solidificación desde el estado líquido.
• Disposición: El constituyente eutectoide (p. ej., perlita en aceros hipoeutectoides) suele aparecer como una fase dispersa dentro de otra fase proeutectoide, mientras que el constituyente eutéctico (p. ej., ledeburita en fundiciones) a menudo forma la matriz en la que pueden encontrarse otras fases proeutécticas.

Constituyentes Fundamentales del Diagrama Hierro-Carbono

Austenita (γ)

Es una solución sólida intersticial de carbono (C) en hierro gamma (Fe-γ) con estructura cristalina Cúbica Centrada en las Caras (CCC). La máxima solubilidad de carbono es del 2,11% en peso a 1148 °C. Es inestable a temperatura ambiente en condiciones de equilibrio, pero puede retenerse mediante temple.

Propiedades:

• Alta plasticidad y maleabilidad a temperaturas elevadas, lo que le confiere buena forjabilidad.
• Si se retiene metaestablemente a temperatura ambiente, presenta buena dureza, tenacidad y resistencia.
• No es ferromagnética.
• Relación entre radio atómico (r) y parámetro de red (a_CCC): 4r = a_CCC√2.

Ferrita (α)

Es una solución sólida intersticial de carbono (C) en hierro alfa (Fe-α), con estructura cristalina Cúbica Centrada en el Cuerpo (CC). Tiene una solubilidad máxima de carbono muy baja (0,022% a 727 °C).

Propiedades:

• Es blanda, dúctil y tenaz.
• Baja resistencia a la tracción.
• Es ferromagnética hasta la temperatura de Curie (768 °C).
• Relación entre radio atómico (r) y parámetro de red (a_CC): 4r = a_CC√3.

Cementita (Fe₃C)

Es el carburo de hierro, un compuesto intermetálico de tipo intersticial con fórmula química Fe₃C. Corresponde a un contenido de carbono del 6,67% en peso. No es una solución sólida y tiene una composición fija.

Propiedades:

• Cristaliza en el sistema ortorrómbico (a ≠ b ≠ c).
• Es muy dura y frágil.
• Es ferromagnética hasta aproximadamente 210 °C.
• Es metaestable, tendiendo a descomponerse en hierro (ferrita) y grafito (C) en tratamientos térmicos muy prolongados a alta temperatura, especialmente en presencia de silicio (relevante en fundiciones).
• Como compuesto, no experimenta recristalización o crecimiento de grano del mismo modo que las fases metálicas.

Perlita

Es un microconstituyente eutectoide formado por un agregado laminar (o globular, dependiendo del tratamiento térmico) de ferrita (α) y cementita (Fe₃C). Se forma mediante la reacción eutectoide del diagrama Fe-C a 727 °C cuando la austenita con un 0,77% de C se enfría lentamente.

Propiedades:

• Presenta una combinación equilibrada de propiedades mecánicas.
• Su buena resistencia mecánica y dureza (mayor que la ferrita, menor que la cementita) se deben a la fina distribución de las láminas de cementita (dura y frágil) dentro de la matriz de ferrita (blanda y dúctil), que dificultan el movimiento de dislocaciones.

Ledeburita

Es el microconstituyente eutéctico del diagrama hierro-carbono. Se forma a partir del líquido mediante la reacción eutéctica a 1148 °C con una composición del 4,3% de C.

Formación y Composición:

• Justo después de la solidificación (a 1148 °C), consiste en una mezcla de austenita (γ) y cementita (Fe₃C) (Ledeburita I).
• Al enfriarse por debajo de la temperatura eutectoide (727 °C), la austenita presente en la ledeburita se transforma en perlita.
• Por lo tanto, a temperatura ambiente, la ledeburita (llamada Ledeburita transformada o Ledeburita II) consiste en una mezcla de perlita y cementita (Fe₃C).

Propiedades:

• Las aleaciones que contienen ledeburita (fundiciones blancas) poseen gran fluidez en estado líquido (buena colabilidad), facilitando el llenado de moldes complejos.
• A temperatura ambiente, la ledeburita es muy dura y frágil debido a la alta proporción de cementita, lo que limita su utilidad directa en aplicaciones que requieran tenacidad.