Metalurgia Física: La Microestructura de los Granos

Estructura Cristalina

• La estructura cristalina de un material se refiere al tamaño, forma y ordenamiento atómico dentro de la red.
• La celda unitaria es la mínima expresión de ordenamiento de los átomos, para llegar a construir la red cristalina, la cual es tridimensional, repetitiva y de largo alcance.
• Existen 7 tipos de sistemas cristalinos y 14 redes de Bravais, por lo tanto, 14 celdas unitarias diferentes.

Formación de Granos

• El número de núcleos o inicios de granos formados determina que la estructura cristalina granular de los metales sea fina o gruesa.
• El enfriamiento lento permite la formación de granos grandes y el enfriamiento rápido permite la formación de los granos más pequeños.
• El grano crece hacia fuera para formar el cristal dendrítico hasta que se encuentra con otro cristal dendrítico que también está creciendo.
• Los lugares en los cuales se encuentran estos granos se denominan límites de grano.

Límites de Grano

• Conforme las estructuras cristalinas crecen en todas direcciones, puede verse que en los límites de granos los átomos están apiñados en un patrón desajustado.
• Los límites de granos tienen únicamente uno o dos espaciamientos atómicos de amplitud, pero su condición altamente deformada hace que sea diferente el ataque químico en ellos.

Tamaño de Grano

• Cada red cristalina tiene la misma estructura pero diferentes orientaciones.
• El grano es una red cristalina con idéntico ordenamiento interno, pero cada grano tiene su propia orientación del arreglo atómico o estructura cristalina.

Alotropía

• La alotropía se refiere a la capacidad de un material para tener más de una estructura cristalina.
• Los materiales que tienen más de una estructura cristalina se denominan alotrópicos y se caracterizan porque pueden volver a su cristalización inicial.

Polimorfismo

• El polimorfismo se refiere a la capacidad de un material para cristalizarse en varias formas.
• El cuarzo es un ejemplo de material que cristaliza en varias formas, como HC, FCC, BCC, CS.

Propiedades Direccionales

• Al someter a un metal a deformación en frío (o caliente), los granos se alargan en la dirección de la deformación.
• Esto hace que puedan soportar mayores esfuerzos en la dirección de la fibra y menores en la dirección perpendicular.

Recristalización

• Si un metal es calentado hasta una temperatura lo suficientemente alta, después de haber sido trabajado en frío, se forman nuevos granos equiaxiales con sus planos atómicos en posición normal.
• La recristalización permite deformar en forma indefinida el material, eliminando la dureza por deformación en frío.

Tipos de Granos

• Los granos van a tener la configuración cristalina dependiendo de la forma en que entran en combinación con otro metal.
• Existen 3 tipos de cristales: mezclas simples, combinación química y solución sólida.

Fracturas de los Metales

• La fractura por cizalladura ocurre a lo largo de los planos de deslizamiento.
• La fractura por clivaje se refiere a la separación de los granos, por ejemplo, en metales que se rompen por alta temperatura por trabajo en caliente.

Temperatura de Recristalización

• La temperatura de recristalización es la temperatura a la cual la recristalización (granos equiaxiales) ocurre en exactamente 1 hora.
• Para metales puros, la temperatura de recristalización es aproximadamente 0,3 x Tºfusión (ºK), y para aleaciones, hasta 0,7 x Tºfusión (ºK).