3. Estados alotrópicos.
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Y siguiendo con nuestro investigador; su lupa le dice que los metales cambian su estructura dependiendo de las condiciones a las que se encuentren. ¡Qué raro! |
Algunos metales tienen la característica de que cambian de red de cristalización dependiendo de la temperatura a que se encuentren, entonces se dice que el metal es politrópico, y a cada uno de los sistemas en que cristaliza el metal se le llaman estados alotrópicos.
En el hierro puro se distinguen cuatro estados alotrópicos:
Actividad
Hierro alfa. Feα.
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| Imagen 19. Elaboración Propia |
A temperaturas inferiores a los 768ºC, el hierro cristaliza en el sistema cúbico centrado en el cuerpo (BCC). En estas condiciones, no disuelve el carbono y tiene carácter magnético.
A partir de los 768ºC deja de ser magnético.
Mientras se producen estas transformaciones, la temperatura permanece constante y se le llama punto crítico. Los puntos críticos se representan mediante la letra A: Ar, si se trata de un enfriamiento y AC si se trata de un calentamiento.
La máxima cantidad de carbono que pueden disolver el Fea es de 0.025 % y tiene muy poca capacidad para constituir soluciones sólidas ya que los huecos interatómicos disponibles son muy pequeños.
A este microconstituyente
estable se llama ferrita.
Actividad
Hierro beta. Feβ.
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Es muy similar al Fea. Se genera entre 768ºC y 900ºC, cristalizando en el sistema cúbico centrado de cuerpo (BCC). Tiene carácter no magnético, por este motivo en algunos textos al Feb se le llama Fea no magnético. Mecánicamente presenta muy poco interés. |
| Imagen 20. Elaboración Propia |
Actividad
Hierro gamma. Feγ.
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Se forma entre los 900 y los 1400ºC. Cristaliza en el sistema cúbico centrado de caras (FCC). Tiene gran facilidad para formar soluciones sólidas, puesto que dispone de espacios interatómicos grandes, y es capaz de disolver hasta un 2% de carbono. Este microconstituyente estable es llamado austenita. |
| Imagen 21. Elaboración Propia |
Actividad
Hierro delta. Feδ.
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Se forma entre los 1400 y 1539ºC. Cristaliza en red cúbica centrada de cuerpo (BCC). Debido a que aparece a muy elevadas temperaturas, tiene poca trascendencia en el estudio de los tratamientos térmicos y no se emplea en siderurgia. |
| Imagen 22. Elaboración Propia |
Todas estas transformaciones alotrópicas van asociadas a un cambio de volumen.
En la figura se representan gráficamente las transformaciones alotrópicas del hierro.
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| Imagen 23. Isftic. Creative Commons. |
En esta gráfica podemos observar que, si se deja enfriar lentamente una muestra de hierro desde el estado líquido:
- Solidifica a 1535ºC
- Si se continua enfriando se aprecia una irregularidad en su velocidad de enfriamiento hacia los 1400ºC, debido a un desprendimiento espontáneo de calor.
- Ocurre lo mismo a los 898ºC y a los 750ºC.
Estas variaciones en la velocidad de enfriamiento son debidas a las transformaciones estructurales alotrópicas comentadas.
A las temperaturas en que suceden estas transformaciones se les denomina puntos críticos:
- En el punto Ar4 (1400ºC) tiene lugar el cambio alotrópico de Fed a Feγ.
- En el punto crítico Ar3 (898ºC) se produce la transformación de Feγ a Feb.
- En el punto Ar2 (750ºC) se produce la transformación de Feb a hierro Fea.
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| Imagen 24. Elaboración propia |
Durante el proceso de cristalización, el crecimiento de los cristales que se inicia en los centros o núcleos de cristalización en el metal líquido, no puede ser uniforme a causa de diferentes factores, como son: la composición del metal, la velocidad de enfriamiento, la presión a que se ven sometidas las partículas y las interferencias que se producen entre ellos mismos durante el proceso de crecimiento.
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| Imagen 25. Wikimedia. Creative Commons. |
La estructura final resultante se debe al agrupamiento de granos o cristales de forma irregular pero guardando cada uno una orientación fija y bien determinada, que se repite espacialmente.
AV - Pregunta de Selección Múltiple
El hierro alfa, el beta, el gamma y el delta
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Los distintos sistemas en que cristaliza un metal.
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La estructura cristalina del metal, es decir, BCC y FCC.
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El hierro alfa y el beta.
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El hierro alfa y el gamma.
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Todos los estados alotrópicos del hierro: el alfa, el beta, el gamma y el delta.
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Puntos en la gráfica de enfriamiento del metal en que la temperatura se mantiene constante.
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Temperaturas en las que se produce una transformación alotrópica.
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Puntos en que el enfriamiento del metal puede originar defectos.
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