carburo de hierro

El carburo de hierro, químicamente Fe₃C, es un compuesto intermetálico que se forma cuando el carbono se disuelve en el hierro a temperaturas elevadas y luego precipita durante el enfriamiento. También llamado cementita, es la principal fase de endurecimiento en prácticamente todas las aleaciones ferrosas, desde los aceros para herramientas hasta los hierros fundidos. En su forma pura, el carburo de hierro es extremadamente duro pero quebradizo, con una dureza de alrededor de 1600 a 1800 HV, dependiendo de su estructura cristalina y microestructura.

La presencia y distribución del carburo de hierro en un acero o hierro fundido determina gran parte de su comportamiento mecánico. En la perlita, una estructura laminar que se forma cuando la austenita se enfría lentamente, las capas de carburo de hierro se alternan con la ferrita. En la martensita, las partículas de carburo de hierro se retienen en una matriz de hierro sobresaturada, creando la alta dureza que hace que el acero templado sea útil para herramientas de corte y matrices. El revenido, el recalentamiento controlado del acero templado, hace que el carburo de hierro precipite en formas más finas, lo que reduce la fragilidad mientras mantiene una dureza útil.

Los hierros fundidos contienen mucho más carburo de hierro que los aceros. En el hierro fundido blanco, el carbono permanece combinado como carburo de hierro en lugar de separarse como grafito, lo que hace que el material sea extremadamente duro pero imposible de mecanizar con herramientas convencionales. El hierro fundido gris contiene escamas de grafito mezcladas con carburo de hierro, un compromiso que permite la maquinabilidad mientras mantiene una dureza moderada. El hierro fundido nodular controla la formación de carburo mediante agentes nodulizantes para que el grafito se forme como esferas en lugar de escamas o redes.

El carburo de hierro es vulnerable a ciertos entornos. A temperaturas muy altas, por encima de aproximadamente 900°C, se vuelve termodinámicamente inestable y se descompone en hierro y grafito. En contacto con oxidantes fuertes o ciertos medios corrosivos, el componente de hierro se oxida preferentemente, dejando un residuo quebradizo. Cuando se somete a ciclos térmicos repetidos, la expansión diferencial entre el carburo y la ferrita puede causar microfisuras, un modo de falla que se observa en herramientas expuestas a cortes interrumpidos o choque térmico.

La forma y el tamaño de las partículas de carburo de hierro controlan la tenacidad y la resistencia a la fatiga. Los carburos gruesos y en bloque hacen que el material sea quebradizo; los carburos finos y dispersos mantienen la resistencia con mayor ductilidad. Por esta razón, los aceros para herramientas siempre se templan en lugar de usarse en el estado de temple: la redistribución de los carburos de una forma martensítica frágil a una dispersión más resistente es esencial para su función. La metalurgia de procesos moderna, que utiliza nodulizantes de tierras raras y velocidades de enfriamiento controladas, permite a los ingenieros diseñar la morfología exacta de los carburos necesarios para aplicaciones específicas.