Estructuras cristalinas, propiedades de los cristales y fases del hierro

Estructuras Cristalinas de los Metales

• Red Cúbica Centrada (CC): El número de átomos por celda unitaria es 2.
  • 1 átomo en el centro.
  • 8 x 1/8 átomos en los vértices.
• Red Cúbica de Caras Centradas (CCC): El número de átomos por celda unitaria es 4.
  • 6 x 1/2 átomos en las caras.
  • 8 x 1/8 átomos en los vértices.
• Red Hexagonal Compacta (HC): El número de átomos por celda unitaria es 6.
  • 12 x 1/6 átomos en los vértices.
  • 2 x 1/2 átomos en las bases.
  • 3 átomos en la base intermedia.

Propiedades de los Cristales

• Deformabilidad o fragilidad: Depende de la dirección en la que se aplique la deformación.
• Polimorfismo: Fenómeno que permite a un material poseer más de una estructura cristalina.
• Alotropía: Capacidad de cristalizar en formas diferentes, designadas con letras (alfa, beta, gamma y delta) en orden creciente de temperatura.
• Anisotropía: Las propiedades varían según la dirección en la que son medidas.
• Isotropía: Las propiedades son idénticas en todas las direcciones del cristal.

Tipos de Cristales

• Cristales iónicos: Presentan dureza y fragilidad, funden a elevada temperatura y tienen una conductividad eléctrica mediana.
• Cristales covalentes: Poseen elevada dureza y fragilidad, considerándose indeformables. Son malos conductores de la electricidad.
• Cristales metálicos: Son blandos, fácilmente deformables, opacos y buenos conductores del calor y la electricidad.

Fases del Hierro y Aceros

• Ferrita: Es la fase más blanda y dúctil. Se considera hierro alfa puro. Máxima solubilidad del carbono: 0.02% a 723 ºC. Dureza: 90 Brinell, resistencia (σr): 28 kg/mm² y un alargamiento del 35-40%. Es magnética.
• Cementita: Fase brillante (Fe₃C), contiene 6.67% de carbono y 93.33% de hierro. Es más dura y frágil. Dureza: 700 Brinell. Es magnética hasta los 210 ºC.
• Perlita (Ferrita + Cementita): Estructura laminar compuesta por 86.5% de ferrita y 13.5% de cementita. Dureza: 200 Brinell, resistencia (σr): 80 kg/mm² y un alargamiento del 15%.
• Austenita: Fase más densa. Contiene de 0 a 1.76% de carbono, con máxima solubilidad a 1130 ºC. En aceros inoxidables (cromo-níquel), la estructura permite la inserción de átomos de carbono. Dureza: 300 Brinell, resistencia (σr): 100 kg/mm² y un alargamiento del 30%. No es magnética.
• Martensita: Se obtiene mediante temple y enfriamiento rápido; presenta una estructura en forma de agujas. Está sobresaturada de carbono (máximo 0.89%), lo que aumenta su dureza, resistencia y fragilidad. Dureza: 50-68 Rc, resistencia (σr): 175-250 kg/mm², alargamiento: 2.5-0.5%. Es magnética.