Microconstituyentes de una aleación Fe - C

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SALTA 
FACULTAD DE INGENIERIA 
INGENIERIA INDUSTRIAL 
CATEDRA MATERIALES INDUSTRIALES 
AÑO LECTIVO: 2020 
 
MICROCONSTITUYENTES DE LAS 
ALEACIONES HIERRO - CARBONO 
01) AUSTENITA: Es el microconstituyente más denso de los aceros y está formado por 
una solución sólida intersticial de carbono en hierro gamma (), es decir tiene una 
estructura cristalina cúbica centrada en las caras (o sea, FCC) y mucha mayor solubilidad 
sólida para el carbono que la ferrita - . 
Según el diagrama de fases hierro - carburo de hierro (Fe – Fe3C) esta fase es estable en un 
rango de temperaturas entre 910 y 1.401 ºC. 
La solubilidad del carbono en el hierro gamma (γ) es variable, desde el valor máximo 2,0 % 
de C a la temperatura de 1.148 ºC y va disminuyendo progresivamente a medida que 
disminuye la temperatura hasta llegar a un valor mínimo de 0,8 % de C a la temperatura de 
723 ºC. 
La austenita tiene una dureza Brinell del orden de los 300 kg/mm
2
, una resistencia a la 
tracción del orden de los 100 kg/mm
2
 y un alargamiento del orden del 30 %, no presenta 
propiedades magnéticas. 
Es conveniente aclarar que las transformaciones de fase de la austenita que tienen lugar 
para diferentes velocidades de enfriamiento, son muy importantes en los diversos 
tratamientos térmicos de los aceros. 
La austenita no es estable a la temperatura ambiente pero existen algunos aceros 
inoxidables al cromo - níquel denominados austeníticos cuya estructura es austenítica a 
temperatura ambiente. 
La austenita no puede atacarse con nital, se disuelve con agua regia en glicerina 
apareciendo como granos poligonales frecuentemente maclados, puede aparecer junto con 
la martensita en los aceros templados como austenita retenida o residual no transformada. 
Observada al microscopio metalográfico la austenita presenta la apariencia que se muestra 
en la figura siguiente: 
 
 
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Figura 1 – Microestructura de la austenita – fotografía a 450X. 
02) FERRITA (α): Este microconstituyente es una solución sólida intersticial de carbono 
en la red cristalina del hierro alfa (α), o sea tiene una estructura cristalina cúbica centrada 
en el cuerpo (es decir, BCC). 
Como se puede observar en un diagrama de fases hierro – carburo de hierro (Fe – Fe3C), 
esta fase es estable en un rango de temperaturas entre la temperatura ambiente y los 910 ºC. 
El carbono es muy poco soluble en hierro , alcanzando la máxima solubilidad, de un 0,02 
%, a la temperatura de 723 ºC. La solubilidad del carbono en hierro  disminuye hasta un 
valor mínimo de 0,008 % a la temperatura de 0 ºC. 
La ferrita α es el microconstituyente más blando y dúctil de los aceros, tiene una dureza 
Brinell del orden de los 90 kg/mm
2
 y una resistencia a la tracción de aproximadamente 28 
kg/mm
2
, llegando a alargamientos del orden del 40 %. Tiene una densidad del orden de los 
7,86 gr/cm
3
 
En los aceros, la ferrita puede aparecer como cristales mezclados con los de perlita, en los 
aceros de menos de 0,6 % C, forma una red o malla que limita los granos de perlita, 
mientras que en los aceros con un contenido de carbono entre 0,6 a 0,85 % se observa en 
forma de agujas o bandas circulares orientadas en la dirección de los planos cristalográficos 
de la austenita como en los aceros en bruto de colada o en aceros que han sido 
sobrecalentados. 
La ferrita también aparece como elemento eutectoide de la perlita formando láminas 
paralelas separadas por otras láminas de cementita, en la estructura globular de los aceros 
de herramientas aparece formando la matriz que rodea los glóbulos de cementita, en los 
aceros hipoeutectoides templados, puede aparecer mezclada con la martensita cuando el 
temple no ha sido correctamente efectuado. 
La ferrita -  cuando se la observa al microscopio metalográfico tiene un aspecto de granos 
poligonales claros, tal como se muestra en la figura siguiente: 
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Figura 2 - Microestructura del acero al carbono, cristales blancos de ferrita – fotografía a 
450X 
03) FERRITA - δ: Este microconstituyente es también una solución sólida intersticial de 
carbono en la red cristalina del hierro delta (δ), o sea tiene una estructura cristalina BCC (es 
decir, cúbica centrada en el cuerpo) pero con una constante de red algo mayor que la 
correspondiente a la ferrita α y es estable a temperaturas elevadas entre 1401 ºC y el punto 
de fusión del hierro (1535 ºC) hecho por el cual normalmente no tiene interés en ingeniería. 
Como se puede observar en el diagrama de fases hierro – carburo de hierro (Fe – Fe3C), el 
carbono es muy poco soluble en hierro - δ, alcanzando la máxima solubilidad, de un 0,09 
%, a la temperatura de 1495 ºC. 
04) CEMENTITA: Es el compuesto intermetalico formado por hierro y carbono que dan 
lugar al correspondiente carburo de hierro cuya fórmula química es Fe3C, con una 
composición porcentual de 6,67 % de carbono y 93,33 % de hierro, es el 
microconstituyente más duro y quebradizo de las fundiciones y de los aceros al carbono, 
tiene una dureza Brinell del orden de 700 mg/mm
2
 y una dureza Rocwell C del orden de 68. 
Su densidad es del orden de los 7,66 gr/cm
3
 
Desde un punto de vista estricto, la cementita en realidad es una fase metaestable y si se 
calienta hasta temperaturas entre 650 y 700 ºC descompone para dar ferrita α y grafito 
(solución de alto contenido de carbono) en el periodo de años, que permanece al enfriar. 
Por tanto, los diagramas de fases hierro – carburo de hierro (Fe – Fe3C) no son realmente 
diagramas de equilibrio, pero al ser la velocidad de descomposición de la cementita tan 
extremadamente lenta estos diagramas son considerados útiles. 
En los aceros hipereutectoides con más de 0,9 % C aparece como cementita primaria o 
proeutéctica formando una red que envuelve los granos de perlita y también aparece 
formando parte de la perlita como láminas paralelas separadas por otras láminas de ferrita. 
En los aceros hipoeutectoides que no han sido correctamente templados y los aceros de alto 
carbono que han sido sometidos a un recocido de globulización se presenta en forma de 
glóbulos o granos dispersos de cementita en una matriz de ferrita. 
 
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Figura 3 - Microestructura del acero 1 % C, red blanca de cementita 
05) LEDEBURITA: Es el eutéctico que se forma cuando el contenido de carbono de la 
fundición es del 4,3 % y la temperatura es de 1.148 °C y que está constituido por austenita 
(en un 50,75 %) y cementita (en un 49,25 %). 
Es conveniente efectuar la aclaración de que los porcentajes de austenita y cementita antes 
indicados son los obtenidos cuando se considera, en un diagrama hierro – carburo de hierro, 
un contenido de carbono de 2,0 % como el valor límite para diferenciar entre fundiciones y 
aceros para una aleación hierro – carbono y dichos porcentajes pueden variar si se 
considera otro contenido de carbono como valor límite. 
La denominación de eutéctico deriva del griego y quiere decir fácilmente fusible, tiene 
como propiedad fundamental el hecho de ser el punto en el cual esta aleación presenta su 
menor temperatura de fusión. 
Observada al microscopio metalográfico, la ledeburita, presenta el aspecto de un fondo de 
cementita con manchas o lagunas de austenita, tal como se muestra en la figura siguiente, 
donde la parte clara es la austenita y la parte oscura es la cementita: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4– Microestructura de la ledeburita – fotografía a 450X. 
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ResaltarENZO CORTE
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06) PERLITA: Es el eutectoide que se forma cuando el contenido de carbono del acero es 
del 0,80 % y la temperatura es de 723 °C y que está constituida por láminas alternadas de 
ferrita (α) (en un 88,27 %) y cementita (en un 11,73 %). 
Es conveniente aclarar que los porcentajes de ferrita (α) y cementita antes indicados son los 
obtenidos cuando se considera, en un diagrama hierro – carburo de hierro, un contenido de 
carbono de 0,80 % como el contenido de carbono del punto eutectoide y dichos porcentajes 
pueden variar si se considera el punto eutectoide con otro valor del contenido de carbono. 
Esta fase se forma por enfriamiento lento a partir de la condición austenítica cuando la 
velocidad de enfriamiento es lo suficientemente lenta como para permitir que se alcancen 
las condiciones de equilibrio. 
Su dureza Brinell varía de 180 a 300 kg/mm
2
 según que las láminas alternadas de ferrita 
(α) y cementita sean gruesas o finas lo cual a su vez depende de la velocidad de 
enfriamiento utilizada. 
Observada al microscopio metalográfico, la perlita, presenta la apariencia de láminas 
alternadas de ferrita (α) y cementita que se muestra en la figura siguiente, donde la parte 
clara es la ferrita y la parte oscura es la cementita. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5 – Microestructura de la perlita – fotografía a 450X. 
07) MARTENSITA: La martensita es el microconstituyente de los aceros templados, es 
una fase metaestable formada por una solución sólida intersticial sobresaturada de carbono 
en hierro cúbico centrado en el cuerpo (BCC) o hierro tetragonal centrado en el cuerpo 
(BTC). 
La martensita se obtiene por enfriamiento rápido, por ejemplo mediante el templado en 
agua, desde la condición austenítica, hasta la temperatura ambiente, de un acero ordinario 
(de bajo carbono). 
En relación a la temperatura de enfriamiento, utilizando un diagrama de transformación 
isotérmica (TI), es posible distinguir los dos valores siguientes: MS o temperatura de inicio 
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de la transformación de austenita a martensita y MF o temperatura de finalización de dicha 
transformación. 
La microestructura de la martensita depende del contenido de carbono del acero. Si el 
acero contiene menos de 0,6 % de carbono, la martensita presenta aspecto de cintas 
mientras que si el contenido de carbono del acero es superior a 1,0 % la martensita se 
presenta en forma de láminas y para un contenido de carbono entre 0,6 y 1,0 % el acero 
presenta una mezcla de martensita en cintas y martensita en láminas. 
Respecto a lo dicho en el párrafo anterior, es conveniente aclarar que algunos autores 
consideran que la martensita está formada por agujas, en lugar de cintas y láminas, de 
distinto grosor según el contenido de carbono presente en el acero. 
La martensita tiene una dureza Rockwell C del orden de 50 a 68, una resistencia a la 
tracción del orden de 170 a 250 kg/mm
2
 y un alargamiento del orden del 0,5 al 2,5 %, es 
muy frágil y presenta un aspecto acicular formando grupos en zig - zag con ángulos de 60 
grados. 
Los aceros templados suelen quedar demasiado duros y frágiles, inconveniente que se 
corrige por medio del revenido que consiste en calentar el acero a una temperatura inferior 
a la crítica inferior (723 °C), dependiendo de la dureza que se desee obtener, enfriándolo 
luego al aire quieto. 
Observada al microscopio metalográfico, la martensita, presenta la apariencia que se 
muestra en la figura siguiente: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6 – Microestructura de la martensita (X450). 
08) BAINITA: Es una microestructura cristalina intermedia entre la perlita y la martensita 
que consiste en una mezcla de ferrita alfa () y partículas muy pequeñas de cementita 
(Fe3C), producidas por la descomposición isotérmica de la austenita, se obtiene por 
enfriamiento rápido desde la condición austenítica cuando la temperatura del medio de 
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enfriamiento, por ejemplo en un baño de sales fundidas, está comprendida entre los 550 y 
250 °C. 
De acuerdo a la temperatura de enfriamiento se pueden diferenciar dos clases de vainita de 
estructuras diferentes: 
a) La bainita superior que se forma a temperaturas de enfriamiento del orden de los 550 - 
350 °C, es de aspecto arborescente, compuesta por una matriz ferrítica conteniendo 
carburos. 
b) La bainita inferior que se forma cuando la temperatura de enfriamiento está en el rango 
350 - 250 °C la cual tiene un aspecto de acicular similar a la martensita y está constituida 
por agujas alargadas de ferrita que contienen delgadas placas de carburos. 
La bainita tiene una dureza variable del orden de 40 a 60 Rocwell C es decir comprendida 
entre las correspondientes a la perlita y a la martensita. 
Observada al microscopio metalográfico, la bainita, presenta la apariencia que se muestra 
en la figura siguiente: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 7 – (a) Microestructura de la bainita superior formada por una transformación completa de 
un acero eutectoide a 450 ºC. (b) Microestructura de la bainita inferior formada por una 
transformación completa de un acero eutectoide a 260 ºC. Ampliación x15.000. 
09) SORBITA: Es también un agregado fino de cementita y ferrita. Se obtiene por 
enfriamiento rápido, por ejemplo en un baño de plomo fundido, de la austenita con una 
velocidad de enfriamiento bastante inferior a la crítica de temple o por transformación 
isotérmica de la austenita en un rango de temperatura entre 300 y 650 °C, o por revenido a 
la temperatura de 600 °C. 
Entre las propiedades mecánicas de la sorbita tenemos que su dureza Brinell es del orden 
de 250 a 400 kg/mm
2
, su resistencia a la tracción es del orden de 88 a 140 kg/mm
2
, con un 
alargamiento del orden del 10 al 20 %. 
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Observada al microscopio metalográfico con pocos aumentos aparece en forma muy difusa 
como manchas, pero con 1000 X toma la forma de nódulos blancos muy finos sobre fondo 
oscuro, de hecho tanto la troostita como la sorbita pueden considerarse como perlita de 
grano muy fino. 
 
 
 
 
 
 
Figura 8– Microestructura de la sorbita – fotografía a 1000X. 
10) TROOSTITA: Es un agregado muy fino de cementita y ferrita, se produce por un 
enfriamiento rápido de la austenita con una velocidad de enfriamiento ligeramente inferior 
a la crítica de temple o por transformación isotérmica de la austenita en el rango de 
temperatura de 500 a 600 °C, o por revenido a 400 °C. 
Sus propiedades físicas son intermedias entre la martensita y la sorbita, tiene una dureza 
Brinell del orden de 400 a 500 kg/mm
2
, una resistencia a la tracción del orden de 140 a 175 
kg/mm
2
 y un alargamiento del orden del 5 al 10 %. 
Es un constituyente nodular oscuro con estructura radial apreciable a unos 1000 X y 
aparece generalmente acompañando a la martensita y a la austenita. 
La figura siguiente ilustra las diferentes microestructuras que se obtienen según las 
diferentes velocidades de enfriamiento. 
 
 
 
 
 
 
Figura 9 – Microestructuras obtenidas según las distintas velocidades de enfriamiento. 
http://www.utp.edu.co/~publio17/aceros.htm#volver
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