3.1 Transformaciones en estado sólido.

Durante el estudio de metales y estructura cristalina, se destacó que diversos metales pueden existir en más de un tipo de estructura cristalina, dependiendo de la temperatura. El hierro, el estaño, el manganeso y el cobalto son ejemplos de metales que tienen esta propiedad, conocida como alotropía. En un diagrama de equilibrio, este cambio alotrópico se indica por un punto o puntos en la línea vertical que representa el metal puro, tal como se muestra en la figura 6.25. En este diagrama, el campo de solución sólida gamma está anillado. El metal puro A y las aleaciones ricas en A sufren dos transformaciones. Muchos de los diagramas de equilibrio que incluyen hierro, como Fe-Si, Fe-Mo y Fe-Cr, muestran este campo de solución sólida anillado. Como el tipo de hierro que existe en este intervalo de temperatura es hierro gamma, el campo generalmente se llama anillo gamma.

Estos ejemplos corresponden a los diagramas de fase de una aleación soluble totalmente en estado sólido cuando uno de ellos, el hierro en este caso, es alotrópico.
En un enfriamiento lento, las estructuras que se obtienen son las indicadas en el diagrama, habitualmente monofásicas a o g, según las temperaturas de estabilidad del metal. Volveremos sobre algún punto concreto de estas aleaciones en las cuestiones por similitud a la transformación eutectoide. Esta es la transformación que sucede en estado sólido cuando en las fases producidas no existe solubilidad total entre los metales. Se asemeja en cierto modo con la transformación eutéctica por cuanto su diagrama mostraba insolubilidad total o parcial en la zona de fases producto. En la experiencia que se plantea en esta unidad entraremos en la casuística de esta transformación.

3.1.1 ALEACIÓN DE HIERRO-CARBONO, ACEROS
Comentamos esta aleación Hierro-Carbono, la que recibe industrialmente el nombre de acero, por cuanto contiene uno de los metales alotrópicos de mayor importancia industrial. Muy adecuado, por tanto, para asignarle las experiencias de esta unidad.
El hierro es un metal alotrópico, lo que significa, tal como se ha comentado anteriormente, que puede presentarse en diversas variedades de estructuras cristalinas, dependiendo de la temperatura a la que se encuentre. Su curva de enfriamiento es la representada en la figura 6.26.

Figura 6.26. Curva de enfriamiento del hierro.

Al solidificar, a 1537°C, lo hace en la forma d (delta), que pertenece a la red cúbica de cuerpo centrado. Cuando desciende la temperatura, a 1401°C, tiene lugar un cambio de fase reagrupándose los átomos y dando origen a la variedad g (gamma), la cual cristaliza en el sistema de red cúbica de caras centradas y es no magnética. Al proseguir el enfriamiento del metal, se presenta un nuevo cambio alotrópico a 907°C, pasando la estructura del hierro de la variedad g, a la a (alfa), que pertenece a la red cúbica de cuerpo centrado y también es no magnética. Finalmente, a 767°C, aparece un cambio en las propiedades magnéticas del hierro a, el cual pasa de no magnético a magnético, sin que la estructura cristalina sufra variación alguna.

La adición de elementos de aleación al hierro, influye en las temperaturas a que se producen las transformaciones alotrópicas. Entre estos elementos, el más importante es el carbono, el cual al alearse con el hierro lo hace según el diagrama de equilibrio representado en la figura 6.27, cuyas transformaciones en estado sólido, hasta un 2% de carbono, investigaremos en la experiencia.
En realidad, es la parte del diagrama comprendido entre el hierro puro y un compuesto intermetálico, carburo de hierro Fe3C, que contiene el 6.67% en peso de carbono. Como vemos corresponde al diagrama de equilibrio hierro-carburo de hierro.
En el diagrama aparecen tres líneas horizontales, las cuales indican reacciones isotérmicas. Consideremos la parte del diagrama situada en el ángulo superior izquierdo de la figura, esta parte se denomina región delta. La horizontal que corresponde a la temperatura de 1493°C es la típica línea de una reacción peritéctica, la que no analizamos en esta unidad.
Como resultado de esta reacción aparece el hierro g, denominado austenita, con estructura de red cúbica centrada en caras. Su solubilidad máxima en carbono se situa, a 1129°C, con un dos por ciento aproximadamente. La zona de dominio aparece en el diagrama como g.
La siguiente línea horizontal es la situada a 1129°C, en la que tiene lugar la reacción eutéctica, importante para el estudio de las fundiciones. Corresponde al 4.3% de carbono y este eutéctico, compuesto de austenita y cementita, se denomina ledeburita. Esta transformación se analizó en la unidad anterior.
La última línea horizontal se presenta a 723°C. Corresponde a la transformación eutectoide, cuya investigación es el objetivo de esta unidad didáctica.

3.1.2 EL ANÁLISIS DILATOMÉTRICO APLICADO A LA DETERMINACIÓN DE LOS CAMBIOS DE FASE EN ESTADO SÓLIDO.
El análisis dilatométrico tiene como objetivo indicar el inicio y desarrollo de las transformaciones de fase que suceden durante el proceso de enfriamiento de las aleaciones en estado sólido.
El dilatómetro puede resolver el cambio de fase observando las variaciones de longitud de la probeta, la que puede experimentar estas variaciones como consecuencia de que cada fase sólida queda caracterizada por:

	a)	Volumen específico, Ve.
	b)	Coeficiente de dilatación térmica, a.

Cuando se inicia un cambio de fase, el nuevo volumen específico obliga a un cambio de longitud de la probeta. Una vez se ha transformado la nueva fase, el material presenta un coeficiente a diferente, lo que implica un cambio de pendiente en la correlación registrada Dl-q.
Para obtener mayores precisiones, en las indicaciones del cambio de fases, se analiza las variaciones de longitud de la probeta al compararlo con una probeta testigo que no experimenta ningún cambio de fase. Esta es la técnica de dilatometría diferencial.
En la figura 6.28, se observa unas curvas dilatométricas diferenciales para la transformación del hierro fase a al hierro fase g, en la temperatura de transformación alotrópica a 920°C.

Así pues, la diferenciación de fases es consecuencia de:

	A.	Cuando no sucede cambio de fase: Cada estructura o fase dispone de un coeficiente de dilatación lineal característico.
	B.	En el transcurso del cambio de fase: El cambio de fase queda indicado por el cambio de pendiente ais motivado por el diferente volumen específico entre las fase inicial Es y producida Ei, en el campo de temperaturas qi-qs.