EL HIERRO Y SUS SOLUCIONES SÓLIDAS INTERSTICIALES

2.0) Aleaciones que son soluciones sólidas. Una aleación es una solución sólida, cuando los átomos del elemento soluto se introducen en la red cristalina del elemento disolvente sin modificar su forma. La microestructura (o sea la vista al microcopio de los granos) de una solución sólida, presenta granos homogéneos también parecidos a los granos del elemento disolvente, y por medio del análisis químico pueden identificarse las diferentes sustancias; por lo tanto las soluciones sólidas son monofásicas ya que solo tienen un tipo de granos. Se tiene dos tipos de soluciones sólidas: Las soluciones sólidas de sustitución, que son aquellas en las que los átomos del elemento disuelto (soluto) ocupan los nudos de los átomos del elemento disolvente en su red cristalina, sin modificarla, siendo ambos casi del mismo tamaño, y las soluciones sólidas intersticiales las cuales son aquellas en las que los átomos del elemento soluto se sitúan en los intersticios, entre los átomos del elemento disolvente, siendo el tamaño de los átomos del elemento disuelto aproximadamente de la mitad del tamaño de los átomos de este último. En la figura 3, se presenta la disposición de los átomos (iones) en la estructura cristalina de los dos tipos de soluciones sólidas: las de sustitución y las intersticiales. Las aleaciones hierro carbono se presentan siempre como soluciones sólidas intersticiales, y ellas son la Ferrita que es hierro a con carbono intersticial y la Austerita, que es hierro ? con carbono intersticial.

2.1. Ferrita De acuerdo con lo explicado líneas arriba, la solución sólida intersticial de carbono en el hierro se llama ferrita. El hierro casi no disuelve carbono, la solubilidad máxima de carbono en el hierro es de 0.025% a una temperatura de 723º C y de 0.0025% a 20º C. La solubilidad del carbono en el hierro d es de 0.1% a 1490º C. La ferrita d es estable únicamente a temperaturas muy elevadas y no tiene significado práctico en la ingeniería. La ferrita es la estructura mas blanda y dúctil de las aleaciones hierro- carbono, es magnética desde la temperatura ambiente hasta 768º C. Las propiedades promedio son: resistencia a la rotura de 28 Kg/mm2, elongación 40% en 2 pulg., de lo 6.2. Austenita La solución sólida intersticial del carbono en el hierro ? se llama austenita. La austenita posee buena ductilidad y por lo tanto buena formabilidad. Esta estructura tiene una solubilidad del carbono de hasta 2.11%C a 1148º C. Gracias a que la estructura cúbica centrada en el cuerpo (f. c .c., por sus siglas en inglés) tiene posiciones intersticiales más amplias que la ferrita, se facilita que se alojen los átomos de carbono y otros como níquel y manganeso, lo que le imparte varias propiedades al acero. Generalmente la austenita no es estable a la temperatura ambiente. Las propiedades promedio son: resistencia a la rotura de 100 Kg/mm2; elongación 10% en 2 pulg.; dureza, de 300 Brinell aproximadamente; y tenacidad alta. No es magnética. 2.2. Austenita La solución sólida intersticial del carbono en el hierro ? se llama austenita. La austenita posee buena ductilidad y por lo tanto buena formabilidad. Esta estructura tiene una solubilidad del carbono de hasta 2.11%C a 1148º C. Gracias a que la estructura cúbica centrada en el cuerpo (f. c .c., por sus siglas en inglés) tiene posiciones intersticiales más amplias que la ferrita, se facilita que se alojen los átomos de carbono y otros como níquel y manganeso, lo que le imparte varias propiedades al acero. Generalmente la austenita no es estable a la temperatura ambiente. Las propiedades promedio son: resistencia a la rotura de 100 Kg/mm2; elongación 10% en 2 pulg.; dureza, de 300 Brinell aproximadamente; y tenacidad alta. No es magnética. 2.3. Cementita Como se había mencionado, el hierro con el carbono forma también una combinación química, el carburo de hierro Fe3 C, llamada cementita. El contenido de carbono en la cementita es de 6.67%. La cementita tiene una red cristalina ortorrómbica compleja. La temperatura de fusión de la cementita no se ha podido establecer con exactitud y se considera aproximadamente igual a 1550º C. A una temperatura inferior a los 217º C la cementita es ferromagnética. La cementita (del latín cementum que significa "astillas de piedra"), también se conoce como carburo. Este carburo no debe ser confundido con otros carburos que se utilizan en dados, herramientasde corte y abrasivos, como el carburo de tungsteno, el carburo de titanio y el carburo de silicio. La cementita es un compuesto intersticial muy duro y frágil, con una dureza de 700 Brinell y tiene una influencia significativa en las propiedades de los aceros, tiene una baja resistencia a la tensión, pero tiene una alta resistencia a la compresión, es la estructura mas dura que se presenta en las aleaciones hierro- carbono. En las micrografías, la cementita se presenta en forma de una red clara alrededor de los granos de la otra fase sólida que exista en la aleación

2.4. Perlita

La perlita es una mezcla mecánica de ferrita y cementita, que contiene 0.8% de carbono, se presenta en el área de los aceros ( los aceros tiene un porcentaje de carbono que va de 0 a 2.14 %)

En todas las aleaciones hierro carbono, debajo de 727ºC a un enfriamiento muy lento, se lleva a cabo la reacción eutectoide (una reacción eutectoide es aquella en la que al enfriarse una fase sólida se transforma en dos fases sólidas nuevas), en la cual, la austenita( una fase sólida) se descompone en una mezcla mecánicamuy fina de láminas estratificadas de ferrita (fase sólida nueva) y cementita ( la otra fase sólida nuieva), llamada perlita , la micrografia de la perlita se presenta en la siguiente figura 10 y como se ve tiene tipo huella dactilar. Las propiedades promedio son: resistencia a la tensión, 80 Kg/mm2; elongación, 20% en 2 pulg; dureza de 260 Brinell.