Estructura y Propiedades de los Cristales: Solidificación y Microestructura Metálica

Estructura y Propiedades de los Cristales

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

• De una solución: como ocurre con las sales, que se depositan de sus soluciones formando cristales más o menos perfectos.
• 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 metaestable); y el crecimiento del embrión origina un núcleo.

La forma en la que se ha realizado la solidificación, el tipo de molde, la temperatura inicial y final del proceso, la velocidad de enfriamiento y el proceso de cristalización son factores clave que influyen en la estructura y propiedades finales de los cristales.

Factores que Regulan el Proceso de Cristalización

Dos velocidades principales regulan este proceso:

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, o 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 alcanzar después un máximo aplanado y, por último, disminuye hasta anularse.

Solidificación en Metales Puros

Dendritas

Son 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.

Microestructura (Observación Macroscópica)

Si la observación de la superficie de un metal se produce a simple vista o con lupa, sin ningún tratamiento previo o después de ser pulida y atacada por reactivos adecuados, pone de manifiesto la configuración y distribución de determinados elementos estructurales.

Microestructura (Observación Microscópica)

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 directamente del tamaño del grano.

• Enfriamiento lento: Se obtiene grano grueso o de coquilla.
• Enfriamiento rápido: La estructura es de grano fino, lo que 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 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. Aún quedan espacios por entre los cuales puede circular el líquido, y ambas fases son continuas.
3. Los cristales forman tabiques e impiden el libre desplazamiento del líquido. La fase sólida es continua y la líquida discontinua.