Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola

MATERIALES Y MANUFACTURA

PRESENTA:

M.I PEDRO CRUZ MEZA Chapingo, Edo de México marzo de 2015

1.7 Alotropía (polimorfismo) de los metales

ObjetivoObjetivo

Al termino de la clase, el estudiante debe ser capaz de:

Enumerar las particularidades de los metales y explicar en qué consiste la alotropía.

Alotropía de los metalesAlotropía de los metalesLa existencia de un metal dado en dos o más estados estables, pero con estructuras cristalinas diferentes en dependencia de la temperatura, presión, etcétera, se llama alotropía o polimorfismo. La esencia de la transformación alotrópica consiste en que los átomos de un sólido se reordenan de una forma cristalina diferente, o sea, forman una nueva red cristalina.

Las modificaciones alotrópicas estables del hierro a baja temperatura, se designan con la letra griega (alfa).

La letra griega (beta) se utiliza para designar a una forma alotrópica del mismo material estable, a temperaturas algo mayores; la letra griega (gamma) identifica otra forma alotrópica del material estable a temperaturas superiores, etcétera. Otros metales presentan comportamientos similares como el níquel, el cromo, el manganeso, etcétera.

Fe líquido

Ti líquido

γ Fe (FCC)

δ Fe (BCC)

α Fe (BCC)

β Ti (BCC)

α Ti (CPH)

Figura 1 Algunos metales presentan más de una estructura cristalina. Los ejemplos más importantes de polimorfismo son el hierro y el titanio (Ashby and Jones, 1994).

Alotropía de los metales (cont.)Alotropía de los metales (cont.)

La transformación de una forma alotrópica del metal en otra, va acompañada de una absorción de calor durante el calentamiento, o de un desprendimiento del calor latente al enfriarse dicho metal.

Las transformaciones alotrópicas pueden presentarse en el diagrama T-t (temperatura - tiempo) de la misma forma que se presentan los cambios de estado de los metales puros (figura 2).

Desde el punto de vista físico, la transformación alotrópica no es más que una cristalización secundaria del metal, similar a su proceso de cristalización primaria, desde el estado líquido; pero que ocurre en el estado sólido. El comienzo de la transformación alotrópica también requiere cierto grado de subenfriamiento, que promueva la formación de los núcleos de la nueva forma alotrópica.

Alotropía de los metales (cont.)Alotropía de los metales (cont.)

La alotropía del hierro tiene una importancia de primer orden, por ser este el metal más utilizado en la construcción de máquinas.

En la figura 2 se muestra la curva de enfriamiento del hierro puro indicando además sus transformaciones alotrópicas. La cristalización primaria del hierro tiene lugar a 1 535° C. Entre 1 535 y 1 390° C el hierro presenta una red espacial cúbica, centrada en el cuerpo con un parámetro de la red de 2.93 A y se denomina hierro delta (δ). A 1 390° C tiene lugar la primera transformación alotrópica (en el enfriamiento) al pasar el hierro de la estructura con red espacial cúbica centrada en el cuerpo a la red cúbica centrada en las caras, con un parámetro igual a 3.65 A, o sea, la transformación del hierro δ en hierro gamma (Fe ) en el intervalo 1 390 a 910° C.

Alotropía de los metales (cont.)Alotropía de los metales (cont.)

A 910° C la red cúbica centrada en las caras del Fe , se transforma en la red cúbica centrada en el cuerpo, con el parámetro 2.90 A, denominado hierro alfa (Fe ).

A 788° C tiene lugar una transformación de carácter magnético y no estructural. A temperaturas superiores a 768° C el hierro no tiene propiedades magnéticas mientras ocurre lo contrario a temperaturas inferiores.

Los cambios estructurales dan lugar a modificaciones de algunas propiedades físico-químicas, como es por ejemplo la capacidad del hierro para disolver carbono, lo cual tiene gran importancia técnica.

El hierro δ prácticamente no disuelve carbono, el hierro disuelve hasta 0.1% de carbono, mientras que el hierro disuelve hasta 2.06%.

Figura 2 Curva de enfriamiento del hierro puro (Malishev et al., 1989).

(BCC)

(FCC)

(BCC)

(BCC)

Muchas Gracias