La Figura 1 muestra el diagrama Fe-Fe3C. Realmente, lo que se muestra es sólo una porción, la zona rica en hierro que se interrumpe en la composición del 6.69% C.
Figura 1
El diagrama Fe-Fe3C se denomina metaestable porque en él se recoge una fase metaestable; es decir, una fase que, con el tiempo, tiende a evolucionar a otras verdaderamente estables. Concretamente, la fase metaestable que aparece es la cementita (Fe3C); un compuesto estequiométrico con un porcentaje relativamente alto de carbono, concretamente del 6.69% en masa, justo por donde se interrumpe el diagrama.
Como corresponde a los compuestos estequiométricos, para los cuales las composiciones de los componentes son fijas, la cementita aparece representada en el diagrama de fases por una línea recta vertical. Si, además, el compuesto es de fusión congruente, como es el caso, entonces es posible dividir el diagrama por dicha línea, seleccionando únicamente con una porción de él. En el caso que nos ocupa, como los aceros tienen un porcentaje de carbono inferior al 2.11%, en lugar de usar el diagrama metaestable completo, se trabaja con la porción que comprende desde el 0 hasta el 6.69% de carbono. Obsérvese que aunque el diagrama se denomine Fe-Fe3C, los componentes del sistema son el hierro y el carbono (no la cementita), por tanto, los porcentajes indicados en el eje X se refieren al contenido de carbono, y no de Fe3C. El eje de ordenadas de la izquierda es, por tanto, el que señala la evolución del Fe puro, y el de la derecha es el correspondiente al Fe3C.
Ahora bien, ¿tiene algún sentido usar un diagrama en el que se recoge una fase que tiende a desaparecer para estudiar la microestructura de aceros con los que vamos a construir piezas que esperamos duren mucho tiempo? La respuesta es afirmativa. La cementita, por ser metaestable, tiende a evolucionar hacia las fases estables ferrita (α) y carbono (en forma de grafito, C(gr)), esto es: Fe3C → α + C(gr)
No obstante, pese a haber tendencia termodinámica para que se produzca esta descomposición, la cinética de la transformación es tremendamente lenta; tanto que, a efectos prácticos, puede tratarse a la cementita como si fuese una fase perfectamente estable. La situación cambia notablemente a medida que aumenta la proporción de carbono; entonces la cementita se vuelve cada vez más inestable en beneficio del grafito.