El acero por si solo no cuenta con una fórmula química específica, esto dependerá del elemento con el cual se realice la aleación, su principal aleación es la del hierro con el carbono, además de estos elementos se pueden incorporar otros elementos químicos los cuales ayudan a mejorar las propiedades del acero.
La estructura del acero se compone de una mezcla de fases, con diversas propiedades mecánicas y químicas.
Fases de equilibrio
Diagrama de fase hierro-carbono (Fe-C), permite visualizar las condiciones de existencia de las fases que conforman el acero.
Estas fases se obtienen a temperatura ambiente mediante el enfriamiento lento de un acero. Las principales fases del acero son la ferrita (α) es blanda y dúctil. Su estructura es cúbica centrada en el cuerpo, es estable hasta los 721 ºC.
La cementita (Fe3C) es un compuesto intermetálico de fórmula Fe3C, con un contenido de carbono de 6,67%.
La Perlita es el microconstituyente eutectoide que se forma a los 727 ºC a partir de austenita con 0.77 % de carbono. Es una mezcla bifásica de ferrita y cementita de morfología laminar.
El Hierro
Es el elemento más utilizado por el ser humano en grandes ramas de la tecnología, industrias, construcciones y elaboración de herramientas, entre otros, a pesar de que no se le utiliza químicamente puro sino necesariamente tiene que estar aleado con el carbono para convertirse en acero.
El hierro es un metal que tiene las propiedades de dureza y tenacidad, con diámetro atómico dA = 24,8 nm (1 nm = 10-9 n = 0.001 mm), con temperatura de fusión de 1535 ºC y punto de ebullición 2740 ºC. El Fe tiene el número atómico Z = 26 (26 protones) y su peso atómico es 56 g/mol (26 protones y 30 neutrones)
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El carbono
El carbono tiene un diámetro mucho más pequeño (dA = 15,4 nm) que el Fe. Tiene las propiedades de fragilidad y maleabilidad. El C tiene el número atómico Z = 6 (6 protones) y su peso atómico es 56 g/mol (6 protones y 6 neutrones).
Los enlaces químicos con que están ligados los átomos, tienen la característica de compartir con los carbonos vecinos los 4 electrones de la capa más externa, la capa de valencia. Este enlace «cooperativo» tiene la capacidad de complementar esta capa con 8 electrones, condición estabilidad química.