1. Diagrama Hierro-Carbono
1.1. Transformaciones Alotropicas del Hierro
Al enfriar una probeta de hierro puro, se producen transformaciones alotrópicas detectables por variaciones dimensionales y desprendimientos de calor:
- A 1538°C: El hierro líquido solidifica, formando hierro delta (estructura BCC; parámetro de red cristalina: ao = 29,3 nm).
- A 1394°C: El hierro delta se transforma en hierro gamma (estructura FCC; parámetro de red cristalina: ao = 36,5 nm).
- A 910°C: El hierro gamma se transforma en hierro alfa (estructura BCC; parámetro de red cristalina: ao = 29,0 nm).
Al calentar la probeta, se verifican los mismos cambios a temperaturas ligeramente superiores debido a la histéresis térmica. Esta histéresis es mayor con velocidades de enfriamiento/calentamiento rápidas.
4. Diagrama de Equilibrio de Aleaciones Eutécticas
Una aleación eutéctica se forma cuando una composición química específica posee alta estabilidad en estado líquido, solidificando a una temperatura menor que sus componentes puros.
El diagrama de fases de dos metales insolubles en estado sólido que forman una aleación eutéctica (75% A, 25% B) muestra que la aleación permanece líquida hasta el punto eutéctico (menor temperatura de solidificación que A y B). En este punto coexisten las fases sólidas A y B con la fase líquida, sin grados de libertad, solidificando a temperatura constante.
La solidificación comienza con la formación de un núcleo de A, seguido de otro de B, restaurando la composición líquida inicial. Este proceso se repite, manteniendo la temperatura constante.
La estructura del sólido eutéctico presenta las fases A y B en láminas entremezcladas.
Las aleaciones a la izquierda del punto eutéctico son hipoeutécticas, y las de la derecha, hipereutécticas.
1.2. Velocidad de Solidificación
La solidificación comienza con la formación de gérmenes o núcleos estables, cuyo crecimiento determina la velocidad de solidificación. Esta velocidad es el producto de la velocidad de nucleación (núcleos/tiempo) y la velocidad de crecimiento (aumento de peso/tiempo).
La solidificación se inicia al alcanzar la temperatura de equilibrio, donde la energía del líquido iguala a la del sólido. A temperaturas superiores, la fase líquida es más estable; a temperaturas inferiores, la sólida es más estable.
Etapas de la Solidificación
La solidificación se divide en dos etapas:
- Nucleación: Formación de núcleos estables en el líquido.
- Crecimiento: Los núcleos crecen hasta formar la estructura granular del metal.
El estudio de la solidificación se realiza mediante curvas de enfriamiento (temperatura vs. tiempo). Es un proceso industrial crucial, ya que la mayoría de los objetos metálicos se fabrican a partir del estado líquido. Las propiedades del material dependen en gran medida de cómo se lleva a cabo la solidificación.