Fundamentos de la Ciencia de Materiales: Estructuras, Fases del Hierro y Ensayos Mecánicos

Conceptos Fundamentales de Estructura y Propiedades de Materiales

Estructuras Cristalinas Comunes

• BCC (Body-Centered Cubic): Cúbica centrada en el cuerpo.
• FCC (Face-Centered Cubic): Cúbica centrada en las caras.
• HCP (Hexagonal Close-Packed): Hexagonal compacta.

Parámetros Clave de la Celda Unitaria

• Índice de Coordinación: Número de átomos que rodea a cada átomo.
• Factor de Empaque: Relación entre el volumen de átomos que hay en cada celda unidad y el volumen total de la celda.
• Densidad Volumétrica: Relación entre la masa de la celda unidad y el volumen de la celda unidad.

Alotropía y Fases del Hierro

Alotropía

Indica el cambio que puede sufrir una estructura cristalina al variar la presión o temperatura que le rodea.

Estados Alotrópicos del Hierro Puro

• Hasta 768 ºC: Hierro Alfa (BCC).
• 768 ºC - 910 ºC: Hierro Beta (BCC).
• 910 ºC - 1410 ºC: Hierro Gamma (FCC).
• 1410 ºC - 1539 ºC: Hierro Alfa (BCC).

Ensayos y Propiedades Mecánicas

Propiedades Evaluadas en Ensayos

Cohesión, ductilidad, dureza, elasticidad, fatiga, fragilidad, maleabilidad, plasticidad, resiliencia.

Clasificación de Ensayos

• Según Rigurosidad: Científico, tecnológico.
• Según Naturaleza: Químicos, metalográficos, físicos, mecánicos.
• Según Utilidad: Destructivos, no destructivos.
• Según Velocidad: Estáticos, dinámicos.

Tratamientos de Materiales

• Tratamiento Térmico.
• Tratamientos Termoquímicos: Cementación, nitruración, cianuración, sulfinización.
• Tratamientos Mecánicos.
• Tratamientos Superficiales.

Protección contra la Corrosión

Estrategias clave para prevenir la corrosión:

• Impedir la formación de pilas galvánicas.
• Tratar siempre que el área del ánodo sea mayor que la del cátodo.
• Diseñar recipientes herméticos.
• Evitar hendiduras o grietas entre los materiales armados o unidos.

Microconstituyentes del Acero

• Ferrita: Para temperaturas inferiores a 900 ºC tiene estructura BCC. Dependiendo de la temperatura, es dúctil y magnética.
• Austenita: Con estructura FCC.
• Cementita: Es muy frágil y dura, y a bajas temperaturas es ferromagnética.
• Perlita: Su estructura está constituida por láminas alternativas de ferrita y cementita.
• Martensita: Se obtiene por enfriamiento rápido de la austenita de los aceros.

Reacciones de Fase Eutécticas

• Reacción Eutéctica: Transformación de fases en la cual toda fase líquida se transforma por enfriamiento en dos fases sólidas.
• Temperatura Eutéctica: Temperatura a la cual tiene lugar la reacción eutéctica.
• Composición Eutéctica: Composición de la fase líquida que reacciona para formar dos fases sólidas a la temperatura eutéctica.
• Punto Eutéctico: Punto determinado por la composición eutéctica y la temperatura correspondiente.