La cementita (Fe3C) es un compuesto metaestable y, en algunas circunstancias, puede disociarse o descomponerse para formar α-ferrita y grafito, según la reacción:
Fe3C → 3Fe (α) + C (grafito)
El tiempo de descomposición es largo y llevará mucho más tiempo que la vida útil de la aplicación a temperatura ambiente. Algunos otros factores (altas temperaturas y adición de ciertos elementos de aleación, por ejemplo) pueden afectar esta descomposición ya que promueven la formación de grafito.
La cementita en su forma pura es una cerámica y es dura y quebradiza, lo que la hace adecuada para el refuerzo de aceros. Sus propiedades mecánicas están en función de su microestructura, que depende de cómo se mezcle con la ferrita.
En el sistema hierro-carbono (es decir, aceros al carbono y fundiciones) es un componente común porque la ferrita puede contener como máximo un 0,02% en peso de carbono no combinado. Por lo tanto, en los aceros al carbono y los hierros colados que se enfrían lentamente, una parte del carbono se encuentra en forma de cementita.
La cementita se forma directamente de la masa fundida en el caso de la fundición blanca . Con un contenido de silicio más bajo (que contiene menos de 1.0% en peso de agente de grafitación de Si) y una velocidad de enfriamiento más rápida, el carbón en el hierro fundido precipita fuera de la masa fundida como la fase metaestable de cementita, Fe3C , en lugar de grafito. El producto de esta solidificación se conoce como hierro fundido blanco (también conocido como hierros refrigerados).
En el acero al carbono , la cementita se precipita de la austenita a medida que la austenita se transforma en ferrita al enfriarse lentamente, o de la martensita durante el revenido. Una mezcla íntima con ferrita, el otro producto de la austenita, forma una estructura laminar llamada perlita.
En los hierros fundidos, la formación de grafito es favorecida por la presencia de silicio en concentraciones superiores a aproximadamente el 1% en peso. Además, las velocidades de enfriamiento más lentas durante la solidificación favorecen la grafitización (la formación de grafito).
Otras Fases Comunes en Aceros y Hierros
El tratamiento térmico de aceros requiere una comprensión tanto de las fases de equilibrio como de las fases metaestables que ocurren durante el calentamiento y / o enfriamiento. Para los aceros, las fases de equilibrio estable incluyen:
- Ferrita . La ferrita o α-ferrita es una fase de estructura cúbica de hierro centrada en el cuerpo que existe por debajo de temperaturas de 912°C para bajas concentraciones de carbono en el hierro. La α-ferrita solo puede disolver hasta un 0,02 por ciento de carbono a 727°C. Esto se debe a la configuración de la red de hierro que forma una estructura cristalina BCC. La fase principal del acero con bajo contenido de carbono o acero dulce y la mayoría de los hierros fundidos a temperatura ambiente es el α-Fe ferromagnético.
- Austenita . La austenita, también conocida como hierro en fase gamma (γ-Fe), es una fase de estructura cúbica de hierro no magnética centrada en la cara. La austenita en las aleaciones de hierro y carbono generalmente solo está presente por encima de la temperatura eutectoide crítica (723°C) y por debajo de 1500°C, dependiendo del contenido de carbono. Sin embargo, puede conservarse a temperatura ambiente mediante la adición de aleaciones como níquel o manganeso. El carbono juega un papel importante en el tratamiento térmico, ya que amplía el rango de temperatura de estabilidad de la austenita. Un mayor contenido de carbono reduce la temperatura necesaria para austenitizar el acero, de modo que los átomos de hierro se reorganizan para formar una estructura de celosía fcc. La austenita está presente en el tipo de acero inoxidable más utilizado, que es muy conocido por su resistencia a la corrosión.
- Grafito . Agregar una pequeña cantidad de carbono no metálico al hierro cambia su gran ductilidad por una mayor resistencia .
- Cementita . La cementita (Fe3C) es un compuesto metaestable y, en algunas circunstancias, puede disociarse o descomponerse para formar α-ferrita y grafito, según la reacción: Fe3C → 3Fe (α) + C (grafito). La cementita en su forma pura es una cerámica y es dura y quebradiza, lo que la hace adecuada para el refuerzo de aceros. Sus propiedades mecánicas están en función de su microestructura, que depende de cómo se mezcle con la ferrita.
Las fases metaestables son:
Pearlita . En metalurgia, la perlita es una estructura metálica en capas de dos fases, que se componen de capas alternas de ferrita (87,5% en peso) y cementita (12,5% en peso) que se encuentra en algunos aceros y fundiciones. Se llama así por su parecido con el nácar.- Martensita . La martensita es una estructura metaestable muy dura con una estructura cristalina tetragonal centrada en el cuerpo (BCT). La martensita se forma en los aceros cuando la velocidad de enfriamiento de la austenita es tan alta que los átomos de carbono no tienen tiempo para difundirse fuera de la estructura cristalina en cantidades suficientemente grandes para formar cementita (Fe3C).
- Bainita . La bainita es una microestructura en forma de placa que se forma en los aceros a partir de la austenita cuando las velocidades de enfriamiento no son lo
suficientementerápidaspara producir martensita, pero aún lo son lo suficiente para que el carbono no tenga tiempo suficiente para difundirse y formar perlita. Los aceros bainíticos son generalmente más fuertes y duros que los aceros perlíticos; sin embargo, exhiben una combinación deseable de resistencia y ductilidad.
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