Diagrama Fe-C

El diagrama de fases ferro-carboni (Fe-C) és una representació gràfica fonamental per entendre com les fases i microestructures de les aliatges de ferro (aceros i fondues) canvien amb la temperatura i la composició de carboni. Aquest diagrama descriu com les diferents fases del ferro i les aliatges ferro-carboni es comporten sota diferents condicions de temperatura i composició de carboni.

Components del Diagrama Fe-C

1. Eixos del diagrama:

• L’eix horitzontal (x) representa la composició en carboni de l’aliatge, que va des del 0 % (ferro pur) fins al 6,67 % de carboni (cementita, ( Fe_3C )).
• L’eix vertical (y) representa la temperatura en graus Celsius (°C), generalment des de 0°C fins a 1600°C.

1. Fases presents al diagrama:

• Ferrita (α): És una solució sòlida de carboni en ferro amb una solubilitat molt baixa de carboni (fins al 0,02 % a temperatura ambient). Apareix a temperatures baixes i és una fase tova.
• Austenita (γ): És una solució sòlida de carboni en ferro amb una solubilitat màxima de 2,11 % de carboni a 1147°C. És una fase més dúctil i tenaz.
• Cementita (Fe₃C): És un compost intermetàl·lic de ferro i carboni, que té una alta duresa però baixa tenacitat. El seu punt de fusió és molt més alt que el de la ferrita o la austenita.
• Perlita: Una mescla de ferrita i cementita que es forma a partir de la austenita al punt eutectoide (0,8 % de carboni) a 723°C. És l’estructura típica en acers al carboni.
• Ledeburita: Combinació eutèctica de austenita i cementita que es forma en aliatges amb aproximadament 4,3 % de carboni a 1147°C.

1. Curves importants:

• Línia de liquidus: Representa la temperatura a la qual comença a solidificar-se el líquid. Aquesta línia està en el rang més alt de temperatures del diagrama.
• Línia de solidus: Representa la temperatura a la qual l’aliatge es solidifica completament. És la línia inferior de la zona líquida.
• Línia eutèctica (1147°C i 4,3 % C): És la línia en què el líquid es transforma completament en una mescla de austenita i cementita (ledeburita) a una temperatura constant de 1147°C.
• Línia eutectoide (723°C i 0,8 % C): Representa el punt en què la austenita es transforma completament en perlita (una mescla de ferrita i cementita) a una temperatura constant de 723°C.

Fases principals del diagrama Fe-C:

• Ferrita (α): Fase amb baixa solubilitat de carboni, present a temperatures per sota de 912°C i en aliatges amb baix contingut de carboni.
• Austenita (γ): Fase que apareix a temperatures altes (fins a 1147°C) i té una major solubilitat de carboni. Es forma principalment a temperatures superiors a 723°C en acers amb contingut de carboni moderat.
• Cementita (Fe₃C): Un compost rígid i trencadís que es troba en aliatges amb alt contingut de carboni, especialment en les fondues.
• Perlita: Es forma a 723°C en un aliatge amb 0,8 % de carboni (composició eutectoide) i és una mescla de ferrita i cementita en forma de làmines.
• Ledeburita: Es forma a temperatures altes (1147°C) en aliatges amb aproximadament 4,3 % de carboni, i és una mescla de austenita i cementita.

Processos clau en el diagrama Fe-C:

• Transformació eutèctica: En aliatges amb 4,3 % de carboni, l’aliatge líquid es transforma en una mescla de austenita i cementita (ledeburita) a 1147°C.
• Transformació eutectoide: En aliatges amb 0,8 % de carboni, la austenita es transforma en una mescla de ferrita i cementita (perlita) a 723°C.
• Transformació peritéctica: En aliatges amb aproximadament 0,53 % de carboni, una mescla de líquid i ferrita es transforma en austenita a una temperatura de 1493°C.

Interpretació del Diagrama Fe-C:

1. Aceros hipoeutectoides (menys de 0,8 % C): Contenen una mescla de ferrita i perlita, i en enfriar-se es transformen progressivament en ferrita i una mescla de perlita.
2. Aceros eutectoides (0,8 % C): Contenen només perlita com a fase dominant, que es forma a 723°C.
3. Aceros hipereutectoides (més de 0,8 % C): Contenen una mescla de cementita i perlita, amb més quantitat de cementita a mesura que augmenta el contingut de carboni.
4. Fondues (més de 2,11 % C): Les fondues amb alt contingut de carboni tenen fases com leddeburita i cementita, amb propietats mecàniques molt diferents als acers degut a la seva alta duresa però baixa tenacitat.