El documento trata sobre la alotropía y polimorfismo, que es la capacidad de un material de existir en más de una forma cristalina bajo diferentes condiciones de temperatura y presión. Explica que el hierro cambia su estructura cristalina de BCC a FCC cuando se calienta por encima de 910°C, lo que causa un cambio de volumen. También discute las propiedades térmicas como el calor específico y la conductividad térmica, y su importancia en procesos de manufactura que involucran calentamiento.

2. Todos son carbono, pero
con diferente arreglo de
átomos

3. ALOTROPIA O POLIMORFISMO
Capacidad de un material de existir en mas de una
forma cristalina en diferentes condiciones de
temperatura y presión.
• ALOTROPIA: elementos puros
• POLIMORFISMO: compuestos o materiales en
general
La diferencia en energía entre las estructuras
alternativas suele ser pequeña.
Debido a esto, la estructura cristalina que proporciona la
energía mínima a una temperatura puede no ser la misma
a otra temperatura.

4. -273°C 912°C 1394°C
1539°C
δ Hierro
BCC
Hierro
líquido
α
γ

5. FORMAS CRISTALINAS ALOTROPICAS
METAL ESTRUCTURA CRISTALINA A
TEMPERATURA AMBIENTE
A OTRAS TEMPERATURAS
Ca FCC BCC (> 447°C)
Co HCP FCC ( > 427°C)
Hf HCP BCC ( > 1742 °C )
Fe BCC
FCC (912 – 1394 °C)
BCC (> 1394 °C)
Li BCC HCP (< -193°C)
Na BCC HCP (< -233°C)
Tl HCP BCC ( >294°C)
Ti HCP BCC ( > 883°C)
Zr HCP BCC ( > 872°C)

6. PROBLEMA:
Calcular el porcentaje de cambio de volumen que
sufre el hierro cuando se calienta a mas de 910°C y
cambia de una estructura BCC a FCC.
Asuma que ao (BCC) = 2.863 Å y que ao (FCC) = 3.591
Å

7. PROPIEDADES
TERMICAS
Temperatura: Representa el nivel de actividad térmica.
Calor: Representa la energía térmica.
Expansión térmica, fusión y calor de fusión son
propiedades térmicas porque la temperatura determina el
nivel de energía de los átomos que conduce a los cambios
en los materiales.
Calor específico y la conductividad térmica son
propiedades térmicas adicionales que se relacionan con la
acumulación y flujo del calor en un material.

8. Comportamiento térmico de los materiales
• Un átomo que aumenta en energía
térmica y empieza a vibrar se comporta
como si tuviera un radio atómico mayor.
Por lo tanto se incrementan la distancia
promedio entre los átomos y las
dimensiones generales del material.
• El cambio Δl en dimensiones del
material por unidad de longitud está
dado por el coeficiente lineal de
expansión térmica.
El coeficiente de expansión térmica está relacionado con los
enlaces atómicos ya que para que los átomos se muevan de
sus posiciones de equilibrio debe introducirse energía en el
material.

9. Energía
IAE
Espacio de equilibrio entre átomos
Espaciamiento después de que el calentamiento
incrementa la energía en ∆IAE
Espaciamiento después de que el calentamiento
incrementa la energía en ∆IAE (a mayor separación
se tiene mayor expansión térmica)
distancia
Energía
IAE
De acuerdo al gráfico energía- separación, un pozo profundo
causado por enlaces muy fuertes, es característico de un
material con un bajo coeficiente lineal de expansión.

10. Coeficiente lineal de expansión térmica
material
Coeficiente lineal de expansión térmica
(x 10 -6 por °C)
Al 25.0
Cu 16.6
Fe 12.0
Ni 13.0
Nylon 6,6 80.0
Polietileno 100.0
Al2O3 6.7
ZrO2 estabilizado parcialmente 10.6
Sílice fundido 0.55
Polietileno - 30% fibra de vidrio 48

11. ©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under
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Relación entre el coeficiente lineal de expansión
térmica y la temperatura de fusión

12. ©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.
El coeficiente lineal de expansión térmica del hierro
cambia abruptamente cuando ocurre la transformación
alotrópica

13. CONDUCTIVIDAD TERMICA
Representa el paso del calor a través de los sólidos, éstos
afectan el paso dependiendo de los estados cristalino o
amorfo.
Sus unidades son [cal.cm/°C.s.cm2] o bien
[BTU.plg/°F.h.plg2].
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14. Calor específico: se define como la cantidad de energía calorífica
necesaria para incrementar la temperatura de una unidad de masa del
material en un grado.
Conductividad térmica: capacidad de un material de transferir calor a
través de ella misma, mediante la transferencia de energía térmica de
molécula a molécula únicamente por movimientos térmicos y no ocurre
transferencia de masa.
Tipo material Conductividad térmica K (W/m/K)
metales Cobre 380
Hierro fundido 52
Acero inoxidable 16
cerámicos Alúmina 2.0
Vidrio 1.0
Carburo de titanio 3.0
polímero bakelita 0.23
compuestos Concreto 1.4
madera 0.14

15. En la fundición, tratamiento
térmico y formado en caliente
requieren calentamiento del
material, el calor específico
determina la cantidad de energía
calorífica necesaria para elevar
la temperatura al nivel deseado.
IMPORTANCIA DE LAS PROPIEDADES
TERMICAS EN LA MANUFACTURA

16. En procesos en que la
energía mecánica se
convierte en calor, esta
generación de calor eleva
la temperatura de la
pieza de trabajo, como
en el caso del maquinado
y formado en frío.
IMPORTANCIA DE LAS PROPIEDADES TERMICAS
EN LA MANUFACTURA

17. Una alta conductividad térmica del
metal de trabajo es indeseable en
procesos como la soldadura, ya que
el calor aplicado debe concentrarse
en el lugar de la unión para que el
metal pueda fundirse.
Por esta razón, el cobre es difícil
de soldar, el calor se conduce
rápidamente a través del material
de trabajo desde la fuente de
energía.
IMPORTANCIA DE LAS PROPIEDADES TERMICAS
EN LA MANUFACTURA

18. COMPORTAMIENTO ISOTRÓPICO Y ANISOTRÓPICO
ISOTROPIA: capacidad del material para presentar las
mismas propiedades independientemente de la
orientación en que sea medida.
ANISOTROPIA: característica del material referente a
la variación de sus propiedades en relación a la
orientación en la cual son medidas.

19. ANISOTROPIA:

20. TEXTURA: orientación preferida de granos
(laminar o fibras) que se obtiene tras un proceso
natural (madera) o artificial (deformación o
fabricación)