Propiedades y Comportamiento de los Vidrios

Vidrio de Sílice

• Temperatura de transición vítrea (Tg) alta: aproximadamente 1200 °C.
• Punto de ablandamiento alto.
• Resistente a la desvitrificación.
• Alta transparencia a la luz UV-Vis.

Si la temperatura (T) aumenta, se produce la desvitrificación y la superficie se vuelve turbia. La adición de cal baja el punto de ablandamiento de 1600 °C a 730 °C. Si baja S (componente no especificado), aumenta la desvitrificación.

La incorporación de óxidos del tipo RO por sustitución del SiO₂ en vidrios binarios de silicato sódico da lugar a una fuerte disminución de la viscosidad como consecuencia de la apertura de nuevos puentes de oxígeno. En el intervalo de elevadas viscosidades, este efecto se invierte en el caso de algunos cationes. Especialmente conocido es el comportamiento de los iones de Ca y Zn, donde si la temperatura (T) aumenta, la viscosidad (η) disminuye, y viceversa, acortando, por lo tanto, el intervalo de trabajo de los vidrios.

La temperatura de trabajo debe facilitar la deformación plástica:

• El vidrio de sosa y cal es sensible a los cambios de temperatura.
• Sin embargo, el vidrio de borosilicato tiene una mayor resistencia química que el vidrio común, una gran resistencia al calor y a los cambios de temperatura.

Cinética de Transformación de Fases Sólidas (F.S.) con la Temperatura

Las curvas TTT (tiempo-temperatura-transformación) son las empleadas para el estudio de estos cambios. La cinética depende de las velocidades de nucleación (que aumenta con la temperatura) y de difusión (que disminuye con la temperatura).

Las regiones de transformación de las fases ferrita, perlita y vainita en el diagrama tiempo-temperatura (t-T) son válidas solo para condiciones de temple rápido desde la temperatura de cristalización a la temperatura elegida para la transformación y luego mantenimiento a dicha temperatura. Esta es la forma en que se produce el diagrama de transformación isotérmica.

Procedimiento de Austenizado y Transformación Isotérmica

1. El procedimiento consta de un calentamiento en la fase austenítica para producir austenita homogénea. Este proceso se denomina austenizado y determina el tamaño de grano y la disolución de carburos.
2. Una vez completado el austenizado, se produce un enfriamiento rápido hasta una temperatura de transformación isotérmica.
3. Se mantiene a esa temperatura hasta que finalmente son templadas a temperatura ambiente.

Las probetas mantenidas por los tiempos más cortos transformarán completamente a martensita (M) durante el enfriamiento. Esto se debe a que el tiempo de mantenimiento a temperaturas es insuficiente para cualquier transformación controlada por difusión. La austenita en las probetas mantenidas a temperatura por mayores periodos de tiempo transformará a ferrita, cementita, perlita y/o vainita, dependiendo de la temperatura y composición del acero.

Si el enfriamiento se realiza a velocidades muy lentas, el tamaño de grano será mayor cuanto más lento haya sido el enfriamiento. Si el enfriamiento se realiza a velocidades altas, pero se mantiene la temperatura durante un tiempo por debajo de la «nariz» de la curva, se forma la estructura intermedia de perlita (P) y martensita (M). Al someter un enfriamiento extremadamente rápido, se forma martensita (M).

Características de la Transformación Martensítica

La transformación martensítica no sigue el mecanismo de nucleación y crecimiento como el resto de transformaciones, sino que tiene algunas características especiales:

• Tiene lugar a bajas temperaturas y no se produce difusión.
• El proceso de transformación solo depende de la temperatura (T) y no del tiempo (t).

Tratamientos Térmicos: Recocido y Normalizado

• En el recocido total se obtiene el constituyente proeutectoide y perlita gruesa por ablandamiento.
• En el normalizado no hay tiempo para formar el constituyente proeutectoide; la perlita es más fina que en el recocido.

Velocidad de Crecimiento de Núcleos y Solidificación

La velocidad a la que crecen los núcleos depende de la movilidad de los átomos en la interfase sólido-líquido (S-L), es decir, del coeficiente de difusión.

• Si la solidificación se produce con un enfriamiento continuo y lento, favorece las transformaciones a alta temperatura, formando un grano basto.
• A grandes velocidades de enfriamiento, no da tiempo a que ocurran las transformaciones a alta temperatura, solidificando con grandes subenfriamientos y formando grano fino.

Tipos de Fractura en Materiales

1. Fractura Dúctil

   Se caracteriza por una deformación plástica significativa.

   • Generación de pequeñas cavidades en el cuello donde se concentra la deformación.
   • Reunión de las cavidades para formar una grieta.
   • Propagación de la grieta perpendicular al eje de tensión y luego en un ángulo cercano a 45º.
   • Curvatura de la punta de la grieta.

2. Fractura Frágil

   Se caracteriza por poca deformación plástica.

   • Tensión en la punta de la grieta sin deformación plástica.
   • Propagación de la grieta perpendicular a la dirección del esfuerzo.
   • Transmisión intergranular (propagación a través de los límites de grano) o transgranular (descohesión de planos cristalográficos) de la grieta.

Temperaturas Características en Vidrios

Las temperaturas y puntos característicos de los vidrios se definen por su viscosidad, medida en Poise (P):

• Punto de Fusión: 10⁰ P
• Punto de Trabajo: 10⁴ P
• Punto de Ablandamiento: 4 x 10⁷ P
• Punto de Recocido: 10¹³ P
• Temperatura de Vitrificación (Tg): 10¹⁷ P

Al enfriar, el vidrio se hace cada vez más viscoso de forma continuada a medida que la temperatura disminuye, hasta que se produce un ligero cambio en la pendiente de la curva de viscosidad: la temperatura de transición vítrea (Tg). A altas temperaturas del vidrio, por encima de Tg, la viscosidad disminuye y se facilita el flujo viscoso.

La secuencia de puntos de viscosidad es la siguiente:

Punto de Deformación < Punto de Recocido < Punto de Ablandamiento < Punto de Trabajo < Punto de Fusión

El intervalo de trabajo se encuentra entre los puntos de trabajo y ablandamiento. La temperatura de transición vítrea se encuentra por encima del punto de deformación.

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