Limitación de la solubilidad del carbono: en el acero, el carbono existe principalmente en forma de solución sólida en la red cristalina de hierro. Cuando el contenido de carbono excede un cierto límite, llamado solubilidad crítica, el carbono que excede este límite existirá en forma libre y formará carburos, como Fe3C (cementita). Estos carburos provocan fases quebradizas en las interfaces de los granos, aumentando así la fragilidad del acero.
Efecto fortalecedor del carbono en solución sólida: en el acero con bajo contenido de carbono, el carbono existe principalmente en forma de solución sólida, lo que aumenta la dureza y resistencia del acero. Sin embargo, cuando aumenta el contenido de carbono, el efecto fortalecedor de la solución sólida del carbono se debilita gradualmente y la formación de carburos domina gradualmente, lo que resulta en un aumento de la fragilidad del material.
Formación de carburos: la mayor parte del carbono del acero con alto contenido de carbono existe en forma de carburos, que se forman en los límites de los granos y dentro de los granos. La existencia de estas microestructuras dificulta el deslizamiento de los cristales, lo que se traduce en una reducción de la ductilidad del material, haciendo que el acero sea más frágil.
Endurecimiento por precipitación y fragilidad: en aceros con alto contenido de carbono, demasiado carbono puede hacer que el carbono se endurezca por precipitación durante el tratamiento térmico, aumentando así la dureza del acero. Sin embargo, esto también puede provocar una mayor fragilidad, especialmente a bajas temperaturas.
En general, si bien el aumento del contenido de carbono aumenta la dureza y la resistencia del acero, conlleva un aumento de la fragilidad. En muchas aplicaciones, existen compensaciones entre propiedades como dureza, resistencia y tenacidad, por lo que elegir el contenido de carbono adecuado es una consideración importante en el diseño y preparación del acero.
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