Estructura y Propiedades de los Cristales: Factores que Regulan la Solidificación en Metales

Estructura y Propiedades de los Cristales

La estructura y las propiedades de los cristales dependen de varios factores, entre ellos:

• Forma en la que se ha realizado la solidificación.
• Tipo de molde.
• Temperatura inicial y final del proceso.
• Velocidad de enfriamiento.
• Proceso de cristalización.

Proceso de Cristalización

La cristalización es el proceso en el cual los átomos, iones o moléculas se ordenan para formar una red cristalina. Esta puede tener lugar a partir de los siguientes medios:

• A partir de una solución: Esto ocurre con las sales, que depositan sus soluciones formando cristales más o menos perfectos.
• A partir del estado líquido, por solidificación: Este es el caso de los metales y aleaciones.

La ordenación más elemental se llama embrión (es un estado intermedio de metaestabilidad), y el crecimiento del embrión origina un núcleo.

Factores que Regulan el Proceso de Cristalización

• Velocidad de nucleación (Vn): Es el número de núcleos que se forman por unidad de volumen y tiempo.
• Velocidad de cristalización (Vc): Se mide por el aumento de longitud de los cristales por unidad de tiempo. También se mide como el aumento de la masa del núcleo por unidad de tiempo.

Según Tamman, la velocidad de cristalización aumenta al principio con el subenfriamiento, para después alcanzar un máximo aplanado y, por último, disminuir hasta anularse.

Solidificación en Metales Puros

• Dendritas: Formas arborescentes que se forman en la solidificación de metales puros. En ocasiones son visibles a simple vista en las cavidades de los lingotes, quedando al descubierto cuando se interrumpe su crecimiento por algún motivo.
• Macroestructura: Si la observación de la superficie de un metal se produce a simple vista o con lupa, sin ningún tratamiento previo o después de pulida y atacada por reactivos adecuados, pone de manifiesto la configuración y distribución de determinados elementos estructurales.
• Microestructura: Observación de la superficie de un metal pulida y atacada convenientemente mediante un microscopio cuyo aumento no sea inferior a 20 diámetros.

Tamaño de los Granos

El tamaño y la forma de los granos son función del proceso de solidificación o de las transformaciones posteriores. Las propiedades mecánicas dependen del tamaño del grano.

• Enfriamiento lento: Se obtiene grano grueso o de colada.
• Enfriamiento rápido: La estructura es de grano fino. Confiere dureza, resistencia al choque y a la tracción.

Proceso de Solidificación de un Lingote

Periodos característicos de la solidificación:

1. Los cristales son pequeños y pueden moverse libremente en el seno de la fase líquida; por lo tanto, esta fase es continua mientras que la sólida es discontinua, y ambas pueden separarse.
2. Los cristales se han desarrollado lo suficiente para que se establezca contacto entre ellos y se inmovilicen, pero aún quedan espacios por entre los cuales puede circular el líquido; ambas fases son continuas.
3. Los cristales forman tabiques e impiden libremente el desplazamiento del líquido; la fase sólida es continua y la líquida, discontinua.