Los patrones de Widmanstätten , también conocidos como estructuras de Thomson , son figuras de cristales largos de níquel y hierro , que se encuentran en los meteoritos de hierro octaedrita y en algunas pallasitas . Consisten en un entrelazado fino de bandas o cintas de kamacita y taenita llamadas laminillas . Comúnmente, en los espacios entre las laminillas, se puede encontrar una mezcla de grano fino de kamacita y taenita llamada plessita . Los patrones de Widmanstätten describen características en aceros modernos, [1] aleaciones de titanio y circonio.
Descubrimiento
En 1808, estas figuras recibieron el nombre del conde Alois von Beckh Widmanstätten , director de las obras de porcelana imperial de Viena . Mientras calienta meteoritos de hierro con llama , [3] Widmanstätten notó la diferenciación de la zona de color y brillo a medida que las diversas aleaciones de hierro se oxidaban a diferentes velocidades. No publicó sus hallazgos, reclamándolos solo a través de la comunicación oral con sus colegas. El descubrimiento fue reconocido por Carl von Schreibers , director del Gabinete de Zoología y Minerales de Viena, quien nombró la estructura en honor a Widmanstätten. [4] [5] : 124 Sin embargo, ahora se cree que el descubrimiento del patrón de cristal metálico debería asignarse al mineralogista inglés William ( Guglielmo ) Thomson , ya que publicó los mismos hallazgos cuatro años antes. [6] [5] [7] [8]
Trabajando en Nápoles en 1804, Thomson trató un meteorito de Krasnojarsk con ácido nítrico en un esfuerzo por eliminar la pátina opaca causada por la oxidación. Poco después de que el ácido hiciera contacto con el metal, aparecieron extrañas figuras en la superficie, que detalló como se describió anteriormente. Las guerras civiles y la inestabilidad política en el sur de Italia hicieron que a Thomson le resultara difícil mantener el contacto con sus colegas en Inglaterra. Esto quedó demostrado en su pérdida de correspondencia importante cuando su portador fue asesinado. [7] Como resultado, en 1804, sus hallazgos solo se publicaron en francés en la Bibliothèque Britannique . [5] : 124-125 [7] [9] A principios de 1806, Napoleón invadió el Reino de Nápoles y Thomson se vio obligado a huir a Sicilia [7] y en noviembre de ese año, murió en Palermo a la edad de de 46. En 1808, el trabajo de Thomson se volvió a publicar póstumamente en italiano (traducido del manuscrito original en inglés) en Atti dell'Accademia Delle Scienze di Siena . [10] Las guerras napoleónicas obstruyeron los contactos de Thomson con la comunidad científica y sus viajes por Europa, además de su temprana muerte, oscurecieron sus contribuciones durante muchos años.
Nombre
Los nombres más comunes para estas figuras son el patrón Widmanstätten y la estructura Widmanstätten , sin embargo, existen algunas variaciones ortográficas:
- Widmanstetter (propuesto por Frederick C. Leonard ) [11]
- Widmannstätten (utilizado, por ejemplo, para el cráter lunar Widmannstätten )
- Widmanstatten (en inglés)
Además, debido a la prioridad de descubrimiento de G. Thomson , varios autores sugirieron llamar a estas figuras estructura de Thomson o estructura de Thomson-Widmanstätten . [5] [7] [8]
Mecanismo de formación de laminillas
El hierro y el níquel forman aleaciones homogéneas a temperaturas por debajo del punto de fusión ; estas aleaciones son taenita . A temperaturas por debajo de 900 a 600 ° C (dependiendo del contenido de Ni), dos aleaciones con diferente contenido de níquel son estables: kamacita con menor contenido de Ni (5 a 15% de Ni) y taenita con alto contenido de Ni (hasta 50%). Los meteoritos de octaedrita tienen un contenido de níquel intermedio entre la norma para kamacita y taenita ; esto conduce, en condiciones de enfriamiento lento, a la precipitación de kamacita y al crecimiento de placas de kamacita a lo largo de ciertos planos cristalográficos en la red cristalina de taenita .
La formación de kamacita pobre en Ni se produce por difusión de Ni en la aleación sólida a temperaturas entre 700 y 450 ° C, y solo puede tener lugar durante un enfriamiento muy lento, alrededor de 100 a 10,000 ° C / Myr, con tiempos de enfriamiento totales de 10 Myr o menos. [12] Esto explica por qué esta estructura no se puede reproducir en el laboratorio.
Los patrones cristalinos se vuelven visibles cuando los meteoritos se cortan, se pulen y se graban con ácido, porque la taenita es más resistente al ácido.
La dimensión de las laminillas de kamacita varía de la más gruesa a la más fina (según su tamaño) a medida que aumenta el contenido de níquel. Esta clasificación se llama clasificación estructural .
Usar
Dado que los cristales de níquel-hierro crecen a longitudes de algunos centímetros solo cuando el metal sólido se enfría a un ritmo excepcionalmente lento (durante varios millones de años), la presencia de estos patrones es la prueba del origen extraterrestre del material y puede usarse para determinar fácilmente si una pieza de hierro proviene de un meteorito . [ cita requerida ]
Preparación
Los métodos utilizados para revelar el patrón de Widmanstätten en meteoritos de hierro varían. Más comúnmente, la rodaja se muele y se pule, se limpia, se graba con un químico como ácido nítrico o cloruro férrico , se lava y se seca. [13] [14]
Forma y orientación
Cortar el meteorito a lo largo de diferentes planos afecta la forma y la dirección de las figuras de Widmanstätten porque las laminillas de kamacita en octaedritas están dispuestas con precisión. Los octaedritas derivan su nombre de la estructura cristalina paralela a un octaedro . Las caras opuestas son paralelas, por lo que, aunque un octaedro tiene 8 caras, solo hay 4 juegos de placas de kamacita . El hierro y el níquel-hierro forman cristales con una estructura octaédrica externa solo en muy raras ocasiones, pero estas orientaciones aún son claramente detectables cristalográficamente sin el hábito externo. Cortar un meteorito octaedrita a lo largo de diferentes planos (o cualquier otro material con simetría octaédrica, que es una subclase de simetría cúbica) dará como resultado uno de estos casos:
- corte perpendicular a uno de los tres ejes (cúbicos): dos conjuntos de bandas en ángulo recto entre sí
- corte paralelo a una de las caras del octaedro (cortando los 3 ejes cúbicos a la misma distancia del centro cristalográfico): tres conjuntos de bandas que se extienden en ángulos de 60 ° entre sí
- cualquier otro ángulo: cuatro conjuntos de bandas con diferentes ángulos de intersección
Estructuras en materiales no meteoríticos
El término estructura de Widmanstätten también se utiliza en material no meteorítico para indicar una estructura con un patrón geométrico resultante de la formación de una nueva fase a lo largo de ciertos planos cristalográficos de la fase madre, como la estructura de tejido de cestería en algunas aleaciones de circonio . Las estructuras de Widmanstätten se forman debido al crecimiento de nuevas fases dentro de los límites de grano de los metales originales, lo que generalmente aumenta la dureza y la fragilidad del metal. Las estructuras se forman debido a la precipitación de una sola fase cristalina en dos fases separadas. De esta manera, la transformación de Widmanstätten se diferencia de otras transformaciones, como una transformación de martensita o ferrita. Las estructuras se forman en ángulos muy precisos, que pueden variar según la disposición de las redes cristalinas. Por lo general, estas son estructuras muy pequeñas que deben observarse a través de un microscopio, porque generalmente se necesita una velocidad de enfriamiento muy larga para producir estructuras visibles a simple vista. Sin embargo, por lo general tienen un efecto grande y muchas veces indeseable sobre las propiedades de la aleación. [15]
Las estructuras de Widmanstätten tienden a formarse dentro de un cierto rango de temperatura y aumentan de tamaño con el tiempo. En el acero al carbono , por ejemplo, las estructuras de Widmanstätten se forman durante el templado si el acero se mantiene dentro de un rango de alrededor de 500 ° F (260 ° C) durante largos períodos de tiempo. Estas estructuras se forman como crecimientos de cementita en forma de agujas o placas dentro de los límites cristalinos de la martensita. Esto aumenta la fragilidad del acero de una manera que solo puede aliviarse recristalizando. Las estructuras de Widmanstätten hechas de ferrita a veces se encuentran en el acero al carbono, si el contenido de carbono está por debajo pero cerca de la composición eutectoide (~ 0,8% de carbono). Esto ocurre como largas agujas de ferrita dentro de la perlita . [15]
Las estructuras de Widmanstätten también se forman en muchos otros metales. Se formarán en latón, especialmente si la aleación tiene un contenido de zinc muy alto, convirtiéndose en agujas de zinc en la matriz de cobre. Las agujas generalmente se formarán cuando el latón se enfríe a partir de la temperatura de recristalización, y se volverán muy gruesas si el latón se templa a 1,112 ° F (600 ° C) durante largos períodos de tiempo. [15] El hierro telúrico , que es una aleación de hierro-níquel muy similar a los meteoritos, también muestra estructuras de Widmanstätten muy toscas. El hierro telúrico es hierro metálico, en lugar de un mineral (en el que generalmente se encuentra el hierro), y se originó en la Tierra y no en el espacio. El hierro telúrico es un metal extremadamente raro que se encuentra solo en unos pocos lugares del mundo. Al igual que los meteoritos, las estructuras de Widmanstätten, muy toscas, se desarrollan muy probablemente a través de un enfriamiento muy lento, excepto que el enfriamiento se produjo en el manto y la corteza de la Tierra en lugar de en el vacío y la microgravedad del espacio . [16] Estos patrones también se han visto en morera , una aleación de uranio ternario, después de envejecer en o por debajo de400 ° C durante períodos de minutos a horas produce una fase ɑ ″ monoclínica . [17]
Sin embargo, la apariencia, la composición y el proceso de formación de estas estructuras terrestres de Widmanstätten son diferentes de la estructura característica de los meteoritos de hierro.
Cuando un meteorito de hierro se convierte en una herramienta o arma, los patrones de Widmanstätten permanecen, pero se estiran y distorsionan. Por lo general, los patrones no pueden eliminarse por completo mediante la herrería, incluso mediante un trabajo extenso. Cuando un cuchillo o herramienta se forja con hierro meteórico y luego se pule, los patrones aparecen en la superficie del metal, aunque distorsionados, pero tienden a conservar algo de la forma octaédrica original y la apariencia de finas láminas entrecruzadas entre sí. [18] Los aceros soldados con patrón , como el acero de Damasco, también tienen patrones, pero son fácilmente discernibles de cualquier patrón Widmanstätten.
El patrón de Widmanstätten observado en Zircaloy 4, los límites de grano de βZr aún son visibles a pesar de que βZr se ha transformado en Widmanstätten.
Micrografía de la sonda anterior
Ver también
- Ferrita acicular
- Conde Alois von Beckh Widmanstätten
- Glosario de meteoritos
- Meteorito
Referencias
- ↑ El meteorito Staunton se encontró cerca de Staunton, Virginia a mediados del siglo XIX. Se localizaron seis piezas de níquel-hierro durante un período de algunas décadas, con un peso total de 270 libras [2].
- ^ Dominic Phelan y Rian Dippenaar: Formación de placas de ferrita Widmanstätten en aceros con bajo contenido de carbono, TRANSACCIONES A METALÚRGICAS Y DE MATERIALES, VOLUMEN 35A, DICIEMBRE DE 2004, p. 3701
- ^ Hoffer, FB (agosto de 1974). "Meteoritos de Virginia" (PDF) . Minerales de Virginia . 20 (3).
- ^ O. Richard Norton. Rocas del espacio: meteoritos y cazadores de meteoritos . Pub de prensa de montaña. (1998) ISBN 0-87842-373-7
- ^ Schreibers, Carl von (1820). Beyträge zur Geschichte und Kenntniß meteorischer Stein und Metalmassen, und Erscheinungen, welche deren Niederfall zu begleiten pflegen [ Contribuciones a la historia y conocimiento de las piedras meteóricas y masas metálicas, y los fenómenos que suelen acompañar a su caída ] (en alemán). Viena, Austria: JG Heubner. págs. 70–72.
- ^ a b c d John G. Burke. Escombros cósmicos: meteoritos en la historia . Prensa de la Universidad de California, 1986. ISBN 0-520-05651-5
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- ^ a b O. Richard Norton. La Enciclopedia de meteoritos de Cambridge . Cambridge, Cambridge University Press, 2002. ISBN 0-521-62143-7 .
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- ^ Thomson, G. (1808). "Saggio di G. Thomson sul ferro malleabile trovato da Pallas en Siberia" [Ensayo de G. Thomson sobre hierro maleable encontrado por Pallas en Siberia]. Atti dell'Accademia delle Scienze di Siena (en italiano). 9 : 37–57.
- ^ O. Richard Norton, Recuerdos personales de Frederick C. Leonard Archivado el 5 de julio de 2008 en la Wayback Machine , Meteorite Magazine - Part II
- ^ Goldstein, JI; Scott, ERD; Chabot, NL (2009), "Meteoritos de hierro: cristalización, historia térmica, cuerpos parentales y origen", Chemie der Erde - Geochemistry , 69 (4): 293–325, Bibcode : 2009ChEG ... 69..293G , doi : 10.1016 / j.chemer.2009.01.002
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|journal=
( ayuda ) - ^ Hierro y acero en la antigüedad por Vagn Fabritius Buchwald - Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskab 2005 Página 26
enlaces externos
- Figuras de Widmannstätten en el meteorito de hierro de Gabaón