¿Qué Fases Muestra El Diagrama Hierro Carbono A Temperatura Ambiente?

Mi forma de explicarlo en talleres y foros es sencilla: a temperatura ambiente lo que normalmente me encuentras son ferrita (α) y cementita («Fe3C» como compuesto duro), y la mezcla ordenada de ambas que ves como perlita. Yo suelo señalar que la perlita es típica en aceros al carbono y define su comportamiento mecánico básico.

Si alguien me pregunta por transformaciones no equilibradas, le comento que la martensita y la bainita también pueden estar presentes a temperatura ambiente dependiendo del temple y la velocidad de enfriamiento. En piezas fundidas, además, puede aparecer grafito en lugar de cementita, cambiando la dureza y la tenacidad. Para mí, esa variedad es justo lo que hace interesante el estudio del acero en la práctica.

El diagrama hierro-carbono a temperatura ambiente muestra, en su equilibrio o en microestructuras habituales, varias fases que yo mismo aprendí a distinguir con lupa y etchant. En el equilibrio termodinámico puro, las fases estables a baja temperatura son la ferrita (α, hierro con estructura cúbica centrada en el cuerpo, muy pobre en carbono) y la cementita («Fe3C»), que es un compuesto duro y frágil. Entre ambas aparece la perlita, que no es una fase única sino una microestructura laminar de ferrita y cementita resultante de la transformación eutectoide del acero con ~0,76 % C.

Si consideras tratamientos térmicos y velocidad de enfriamiento, a temperatura ambiente también pueden coexistir estructuras metastables que yo he visto en probetas: la martensita (una fase supersaturada, muy dura, formada por enfriamiento rápido de austenita) y la bainita (microestructura intermedia obtenida a velocidades de enfriamiento moderadas). En aceros con enfriamiento insuficiente aparece además a veces austenita retenida.

En el caso de fundiciones o hierros con alto contenido de carbono, el diagrama de equilibrio puede favorecer la formación de grafito en lugar de cementita; así que a temperatura ambiente puedo encontrar grafito disperso junto con ferrita o perlita, dependiendo de la aleación y del procesamiento. Personalmente, me gusta pensar en el diagrama como un mapa de posibilidades que se concretan según cómo trate el material.

Cuando me pongo a mirar un metal con la lupa siempre pienso en cómo el diagrama se materializa en la microestructura. Yo enumero mentalmente las fases que pueden estar presentes a temperatura ambiente: ferrita (α), cementita («Fe3C») y perlita como mezcla de ambas en capas; además, fases formadas por tratamientos como martensita o bainita que permanecen estables a temperatura ambiente si se han generado por enfriamientos rápidos o controlados.

También procuro recordar que en los hierros grises y otras fundiciones la presencia de grafito es clave y sustituye a la cementita en muchas condiciones de equilibrio. Al final, me quedo con la idea de que el diagrama es muy útil, pero siempre hay que mirar la historia térmica y la composición para entender qué verás realmente bajo el microscopio; esa conexión entre teoría y observación es la que más me motiva.

Mi visión más analítica me hace subrayar la distinción entre fases de equilibrio y microestructuras metas- estables que yo estudio cuando caracterizo muestras. En equilibrio a baja temperatura las fases cristalográficas que aparecen son principalmente la ferrita (α) y la cementita («Fe3C»). La composición eutectoide (≈0,76 % C) se transforma al enfriarse en perlita, una microestructura laminar de ferrita y cementita que a temperatura ambiente es muy común en aceros eutectoides o cercanos.

Ahora bien, si miras procesos fuera del equilibrio termodinámico, la austenita transformada por temple puede dar martensita, una fase que yo he observado al microdureza y que se mantiene a temperatura ambiente aunque no sea la más estable. Entre martensita y perlita se sitúan la bainita y la troostita/tempered structures según tratamientos posteriores. En fundición, además, la competencia entre grafitización y formación de cementita hace que aparezca grafito en muchos hierros, alterando las propiedades mecánicas. Me gusta recordar que el diagrama ofrece el marco, pero el historial térmico cuenta la historia final.

Mientras repasaba un trabajo sobre tratamientos térmicos me di cuenta de lo práctico que resulta identificar las fases del diagrama hierro-carbono a temperatura ambiente. Yo describiría lo esencial así: en condiciones cercanas al equilibrio a temperatura ambiente predominan la ferrita (α) y la cementita («Fe3C»), y su mezcla controlada da lugar a la perlita, que es la combinación laminar de ambas. Esa perlita es la que suele encontrarse en muchos aceros comunes y explica su equilibrio entre dureza y ductilidad.

Desde mi experiencia con probetas y soldaduras, añado que la microestructura real depende mucho del recorrido térmico: un enfriamiento rápido transforma austenita en martensita, que permanece estable a temperatura ambiente aunque sea metaestable desde el punto de vista termodinámico. Si se busca un compromiso entre dureza y tenacidad, aparece la bainita o incluso austenita retenida si el temple no fue completo. En resumen, a temperatura ambiente puedes encontrarte con ferrita, cementita, perlita, bainita, martensita y, en algunos casos, austenita retenida o grafito en hierros fundidos.