TIPOS DE ESTRUCTURAS

Son comunes tres estructuras de redes cristalinas en los metales:

1.     Estructura cúbica centrada

Formada por un átomo del metal en cada uno de los vértices de un cubo y un átomo en el centro. Los metales que cristalizan en esta estructura son: hierro alfa, titanio, tungsteno, molibdeno, niobio, vanadio, cromo, circonio, talio, sodio y potasio.

2.   Estructura cúbica centrada en el cuerpo

Cada átomo de la estructura, está rodeado por ocho átomos adyacentes y los átomos de los vértices están en contacto según las diagonales del cubo.

3. Estructura cúbica centrada en las caras

Está constituida por un átomo en cada vértice y un átomo en cada cara del cubo. Los metales que cristalizan en esta estructura son: hierro gama, cobre, plata, platino, oro, plomo y níquel.

3.    Estructura cúbica centrada en las caras

Cada átomo está rodeado por doce átomos adyacentes y los átomos de las caras están en contacto.

  Estructura hexagonal compacta

Esta estructura está determinada por un átomo en cada uno de los vértices de un prisma hexagonal, un átomo en las bases del prisma y tres átomos dentro de la celda unitaria. 
Cada átomo está rodeado por doce átomos y estos están en contacto según los lados de los hexágonos bases del prisma hexagonal.
Los metales que cristalizan en esta forma de estructura son: titanio, magnesio, cinc, berilio, cobalto, circonio y cadmio.

Estructura hexagonal compacta

Algunos metales sufren cambio de estructura a diferentes temperaturas como el hierro que se presenta como cúbico centrado a temperatura normal pero cambia a centrado en las caras a 912°C y vuelve a ser cúbico centrado a 1400°C; cuando un metal cambia su estructura de esta manera se dice que es alotrópico.

CRISTALIZACION

El crecimiento de los cristales que se inicia en los centros o núcleos de cristalización en el metal líquido, no puede ser uniforme a causa de los diferentes factores de la composición del metal, la velocidad de enfriamiento y las interferencias que se producen entre ellos mismos durante el proceso de crecimiento.

Modelo de cristalización en la solidificación de metales

La estructura final resultante está constituida por un agrupamiento de granos o cristales de forma irregular pero guardando cada uno una orientación fija y bien determinada.

Estructura granular del acero al carbono, granos poligonales bien definidos.

La distribución atómica en sólidos cristalinos puede describirse mediante una red espacial donde se especifican las posiciones atómicas por medio de una celdilla unidad que se repite y que posee las propiedades del metal correspondiente. 
Existen siete sistemas cristalinos basados en la geometría de las longitudes axiales y ángulos interaxiales de la celdilla unidad, con catorce subretículos basados en la distribución interna de ésta. 
En los metales las celdillas unidad de las estructuras cristalinas más comunes son: cúbica centrada en el cuerpo (bcc), cúbica centrada en las caras ( fcc) y hexagonal compacta (hcp) que es una variación compacta de la estructura hexagonal simple. 

Y = Longitud de onda de los rayos X difractados
a = parámetro de red de la celda unitaria
d = distancia interplanar
Ø = ángulo de difracción de los rayos X difractados
h² + k² + l² = indices de Miller del plano de difracción

 

Las imperfecciones, es decir, los defectos en la red de un material cristalino, son de tres tipos generales: defectos puntuales, defectos de línea o dislocaciones y defectos de superficie.
Las dislocaciones son defectos de línea que se mueven al aplicar una fuerza al material haciendo que se deforme.

El esfuerzo cortante resultante crítico es el esfuerzo requerido para que se mueva la dislocación.

La dislocación se mueve en un sistema de deslizamiento, formado por un plano de deslizamiento y una dirección de deslizamiento. La dirección de deslizamiento, es decir, el vector de Burgers, típicamente es una dirección compacta. El plano de deslizamiento normalmente también es compacto o casi compacto.
En los cristales metálicos, el número y tipo de direcciones de deslizamiento y planos de deslizamiento influye en las propiedades del metal. En los metales fcc, el esfuerzo cortante resultante crítico es bajo y existe un número óptimo de planos de deslizamiento; en consecuencia, los metales fcc tienden a ser dúctiles. En el caso de los metales bc, no hay planos compactos disponibles y el esfuerzo cortante resultante crítico es alto; por lo que los metales bc tienden a ser resistentes. El número de sistemas de deslizamiento en los metales hcp es limitado, haciendo que estos metales se comporten de manera frágil.