Formas alotrópicas del hierro y sus combinaciones con el carbono

2. Estructuras en que cristalizan los metales
3. Alotropia o polimorfismo.
4. Cristalización secundaria
5. Análisis de la curva de formas alotrópicas del hierro puro.
6. Aleaciones
7. Caracteristicas de las estructuras que se forman en un enfriamiento lento de las aleaciones hierro carbono
8. Transformación martensítica
9. Bibliografia

Resúmen

Se describen las caracteristicas de las estructuras cristalinas en las que solidifica el hierro puro a diferentes temperaturas durante un enfriamiento lento, y las combinaciones que forman las mismas con el carbono. Se analiza también la transformación martensítica durante un enfriamiento rápido, se hacen ver las razones por las que la martensíta es la estructura básica del acero templado. La utilidad de estos conocimientos esta en que son fundamentales para la comprensión y aprovechamiento del diagrama de estado Fe-Fe3C y para la impartición de materias tales como: Procesos metalurgicos, Materiales en Ingenieria, Procesos de fabricación, Instalaciones mecánicas y materias afines.

1.- ESTRUCTURAS EN QUE CRISTALIZAN LOS METALES

Cuando los metáles solidifican desde el estado fundido al estado sólido, los átomos se ordenan a si mismos de una manera peculiar para cada metal. A este arreglo se le llama red espacial. En 1912, Max Von Laue, descubrió que la disposición de las partículas (iones) en un sólido podía determinarse mediante rayos X, con esto se descubrió que: en la mayoría de los sólidos, las partículas que los componen se disponen en forma muy ordenada. Un sólido que posee sus partículas individuales dispuestas de esta manera se denomina "sólido cristalino"; los metáles son sólidos cristalinos, este tipo de sólidos poseen también un punto de fusión bien definido (para el hierro, este es de 1539°C)

Los metáles solidifican en seis estructuras reticulares principales:

1.- Cúbica centrada en el cuerpo (b.c..c)

2.- Cúbica centrada en las caras (f.c.c.)

3.- Hexagonal compacto (c.p.h.)

4.- Cúbica

5.- Tetragonal centrado en el cuerpo

6.- Romboédrica

Sin embargo, la mayor parte de los metales puros en estado sólido forman una de las siguientes redes cristalinas simetrícas: cúbica centrado en el cuerpo, cúbica centrada en las caras y hexagonal compacta.

En la figura 1, se dan las representaciones convencionales de las redes cristalinas mencionadas y los esquemas del empaquetamiento de los átomos ( iones ), que dan una idea clara de cada estructura:

2.- ALOTROPIA O POLIMORFISMO.

Algunos metales, dentro de los cuales se encuentra el hierro, al enfriarlos lentamente, adquieren según la temperatura a la que estén, distintas estructuras en sus redes cristalinas y, por consiguiente, poseen propiedades distintas. Este fenómeno se denomina alotropía o polimorfismo. Estas formas alotrópicas se suelen representar por las letras del alfabeto griego (, (, (, (; etc.

La transformación de una variedad alotrópica del metal en otra, va acompañada de una absorción de calor al calentarse, y por un desprendimiento de calor latente al enfriarse, verificándose estos procesos a temperatura constante y, solo se modifica la temperatura, cuando hubo un cambio total de fase. Lo mismo sucede con el agua: cuando la tenemos en forma de hielo a 0 ° C y le damos calor lentamente, veremos que la temperatura del hielo no aumenta y en lugar de eso cambia de fase al derretirse; sólo sigue aumentando la temperatura después de que se derritió todo el hielo (cambio total de fase). También, cuando le quitamos calor al agua a punto de solidificar a cero grados centígrados, veremos que no baja su temperatura, sino que empieza a formar hielo , y sólo seguirá bajando la temperatura cuando toda haya cambiado a hielo. Lo anterior, para el caso del hierro, se ve en la curva térmica de transformación en coordenadas temperatura- tiempo del artículo siguiente. En esta curva se observa que en cada transformación, durante un cierto tiempo no cambia la temperatura; a estas partes de la curva se les llama "puntos críticos".

3.- CRISTALIZACIÓN SECUNDARIA

La transformación alotrópica del metal ya sólido, representa en sí una cristalización secundaria del mismo, que es análoga al proceso de su cristalización primaria, a partir del estado líquido (veremos que en cada cambio alotrópico, el nuevo cristal que se produce, tiene distinta forma). Al igual que en el agua, al enfriar un metal para que se inicie la transformación alotrópica, se requiere quitarle aún más calor cuando llega a la temperatura de transformación, o lo que es lo mismo, hay que enfriarlo más; con lo que se inicia la formación de unos cuantos granos nuevos ya con la nueva estructura cristalina. El número de estos granos se va luego incrementando conforme se vaya enfriando más el metal.