CAPÍTULO I: ALEACIONES LIGERAS 1.1.Definición básica de las aleaciones ligeras: Se denominan aleaciones ligeras a aquellas aleaciones que tienen como elemento base o principal el aluminio. Respecto a los metales de adición, los más empleados son el cobre, silicio, cinc, níquel, hierro, titanio, cromo y cobalto. Estos materiales pueden figurar en las aleaciones juntos o aislados. En general, la proporción total en que forman parte de las aleaciones ligeras, no pasa del 15%. La característica principal de las aleaciones ligeras, es su bajo peso específico, que en algunas de ellas llega a ser hasta de 1/3 del peso específico del acero. Y aún resulta más interesante la relación de resistencia mecánica a peso específico, que algunos tipos de aleaciones ligeras es la más alta entre todos los metales y aleaciones conocidos. Esto las hace indispensables para determinadas aplicaciones, como, por ejemplo, para las construcciones aeronáuticas en las que interesan materiales muy ligeros con una resistencia mecánica mínima. 1 1.2.El aluminio: El aluminio es uno de los principales componentes de la corteza terrestre conocida, de la que forma parte en una proporción del 8,13%, superior a la del hierro, que se supone es de un 5%, y solamente superada entre los metales por el silicio (26,5%). El aluminio no se encuentra puro en la naturaleza, sino formando parte de los minerales, de los cuales los más importantes son las bauxitas, que están formadas por un 62-65% de alúmina (Al2O3), hasta un 28% de óxido de hierro (Fe2O3), 12-30% de agua de hidratación (H2O) y hasta un 8% de sílice (SiO2). 1.2.1 Obtención del aluminio: La obtención del aluminio se realiza en dos fases: Separación de la alúmina (Al2O3) de las bauxitas por el procedimiento Mayer, que comprende las siguientes operaciones: Se calientan las bauxitas para deshidratarlas, una vez molidas; se atacan a continuación con lejía de sosa en caliente y a presión para (Na2O.Al2O3), que se formar separa del aluminato resto sódico de los componentes de la bauxita; después, bajo la influencia de una pequeña cantidad de alúmina que inicia la reacción, se hidroliza el aluminato de sodio, quedando alúmina hidratada e hidróxido de sodio; y por fin, se calcina la alúmina hidratada a 1.200ºC, con lo que queda preparada para la fase siguiente. Reducción de la alúmina disuelta en un baño de criolita 2 de algunas centésimas de micra. Su conductividad eléctrica es un 60% de la del cobre y 3.5 veces mayor que la del hierro. Su peso específico es igual a 2. de electrodos de carbón y 22. 80 kgs. para la soldadura alumino-térmica (Al + Fe2O3). es decir.450ºC. 3 .. Para obtener una tonelada de aluminio son necesarias 4 Tm.2. Cristaliza en red cúbica centrada en las caras (FCC). y aunque parezca un contrasentido.(Fna. de bauxita.87).2. La metalurgia de aluminio es. unido a su punto de ebullición bastante alto facilita su fusión y moldeo. el aluminio es completamente inalterable en el aire. por tanto. A pesar de esto. 1. por electrolisis con electrodos de carbón. El único metal industrial más ligero que el aluminio es el magnesio.74.. para la desoxidación de los baños de acero. Este punto de fusión relativamente bajo. para la fabricación de explosivos. de peso específico 1.000kw-hora. que protege el resto de la masa de la oxidación. por lo que se emplea entre otras cosas. Su punto de fusión es 660ºC y el de ebullición 2. pues se recubre de una delgada capa de óxido. F3AI). que pulido semeja a la plata.3 Propiedades químicas del aluminio: La propiedad química más destacada del aluminio es su gran afinidad con el oxígeno.2 Propiedades físicas del aluminio: El aluminio es un metal blanco brillante. esencialmente electrolítica . etc. 600 kgs.699. de criolita. casi 1/3 del hierro (7. 1. y con cierta cantidad de fundente. hasta de un espesor de 0. que permite forjarlo.5) <0.5 máx. y su gran ductilidad y maleabilidad.03 <0.4 Propiedades mecánicas del aluminio Las propiedades mecánicas del aluminio son más interesantes son su débil resistencia mecánica.7) UNE 38-111 Aluminio L-111 (99. el ataque nítrico concentrado y muchos otros compuestos químicos. A la temperatura de 500ºC se vuelve frágil y se puede pulverizar fácilmente.03 0. es atacado por el ácido sulfúrico.Debido a esta película protectora.5 <0.5) UNE 38-111 4 .2.3 máx. Aluminio L-111 (99.0004 mm (0. trefilarlo en hilos delgadísimos y laminarlo en láminas o panes tan finos como los del oro.3 <0. el nítrico diluido y las soluciones salinas 1.7) <0. resiste también a la acción del vapor de agua. el clorhídrico. según el porcentaje de impurezas admisibles que contiene en las nueve clases que se detallan posteriormente: CALIDADES DE ALUMINIO DE PRIMERA FUSIÓN DESIGNACIÓN Símbolo mpurezas admisibles % Si + Fe Ti Cu + Zn Totales L-111 (99.5 Calidades del aluminio El Instituto Nacional de Racionalización del Trabajo ha normalizado las calidades del aluminio. 1. En cambio. L-111 (99.4 micras).03 <0.05 0.2. 0 <0.. etc. <0.0 máx. L-111 (98) <2.5E) UNE 38-111 Ti + Cr + V <0. Su maleabilidad lo hace útil para la fabricación de papel de aluminio.0 0.5 máx. etc..03 Aluminio L-111 (93) L-111 (93) <7. UNE 38-111 1. cerveza.5 <0.. También se emplea 5 .05 <0. en general..2 2.3 Aplicaciones del aluminio: El aluminio tiene multitud de aplicaciones: su bajo peso específico lo hace útil para la fabricación de aleaciones ligeras.).0 máx.05 0.Aluminio L-111 (99) L-111 (99) <1.. Su resistencia a la corrosión lo hace útil para fabricación de depósitos para ácido acético. automóviles. extensamente empleadas en construcciones aeronáuticas y en general. cada vez más en los vehículos de transporte (automotores.03 <0.1 1.7 máx. UNE 38-111 Aluminio L-111 (98) UNE 38-111 Aluminio L-111 (99. Su elevada conductividad eléctrica lo hace útil para la fabricación de conductores eléctricos de aluminio técnicamente puro o en forma de cables armados con acero galvanizado. TALGO.5E) L-111 (99. para calor..0 <0. Su elevada conductividad calorífica e inalterabilidad lo hacen útil para la fabricación de utensilios aparatos de intercambio de de cocina y. en lo que se emplea actualmente un 10% de su producción total. 04-8 cm Peso específico 2.6 X 10 X ºC Punto de fusión 660ºC Calor latente de fusión 94.8 K. CONSTANTES DEL ALUMINIO Símbolo Al Número atómico 13 Peso atómico 26.en forma de chapas para cubiertas de edificios.200 kg/mm2 Resistencia a la tracción fundido 9-12 kg/mm2 Resistencia a la tracción laminado (duro) 18-28 kg/mm2 Resistencia a la tracción recocido ( blando) 7-11 kg/mm Dureza fundido 24-32 HB Dureza laminado duro 45-60 HB Dureza recocido 15-25 HB Alargamiento fundido 18-25% Alargamiento laminado duro 3-5% Recocido 30-45% Contracción al solidificarse fundido en arena 1.6 m/Ohm.825% 2 -6 6 2 .mm2 Resistividad eléctrica a 20ºC 2.215 cal/g.450ºC Calor de combustión 380.5 calorías/gr Calor específico medio 0.ºC Coeficiente de dilatación lineal de 20ºC a 100ºC 23. ºC Punto de ebullición 2.699 Conductividad eléctrica a 20 ºC 34. Sus propiedades reductoras lo hacen útil para la desoxidación del hierro y de otros metales.cm /cm Conductividad calorífica a 0ºC 0.3354 gr/amp.600% Contracción al solidificarse en coquilla 1.98 Cristalización en la red cúbica centrada en las caras Lado a = 4. y para las soldaduras aluminio-térmicas. Cal/mol Equivalente electroquímico 0.53 cal/cm X S.655 microhms.hora Módulo de elasticidad 7. Y reducido a polvo para la fabricación de purpurinas y pinturas resistentes a la corrosión atmosférica. 7 . silicio (Si). Su utilización está muy extendida: industria eléctrica. Presenta una elevada resistencia a los agentes atmosféricos. Sus características mecánicas son relativamente bajas.1.1 Aleaciones del aluminio puro: También conocido como ALPUR.. cadmio (Cd). hierro (Fe). magnesio (Mg). cromo (Cr) y cobalto (Co). química. son los siguientes: Níquel (Ni). y manganeso (Mn). Aluminio Puro. titanio (Ti). antimonio (Sb) y bismuto (Bi). petroquímica. Sólo en casos especiales se adicionan: Plomo (Pb). 2. cinc (Zn).CAPÍTULO II: ALEACIONES DEL ALUMINIO 2. Y los que pudiéramos considerar como secundarios. una conductividad térmica y eléctrica y una excelente actitud a gran las deformaciones. etc..1 Definición básica Los principales metales empleados para su aleación con aluminio son los siguientes: Cobre (Cu). edificación. menage. decoración. En este diagrama están presentes la fase que es una solución sólida de cobre en aluminio que cristaliza en la red cúbica centrada en las caras. La temperatura eutéctica es 547ºC. que es muy superior al porcentaje máximo empleado en estas aleaciones. 8 . que en general no superan al 15%. La eutéctica está formada por cristales duros de aluminuro de cobre (Al2CU) incrustados en la matriz de cristales. que corresponde a una concentración del 33% de Cu. pues a partir de esta concentración se forman compuestos intermetálicos que hacen frágil la aleación.1.2 Aleaciones de aluminio cobre En la figura anterior se muestra el diagrama de fases Al-Cu hasta un 50% de Cu.2. La solubilidad del cobre en el aluminio varía del 0. El cobre endurece mucho el aluminio. hasta 5. La fase Al-Si. estas aleaciones.3 aleaciones de aluminio. pues no forma más que una solución sólida de silicio en aluminio y una solución sólida de aluminio en silicio. Y en este caso la eutéctica estaría formada por 9 + Si. pero mantienen la buena maquinabilidad y ligereza que posee el aluminio.silicio Estas aleaciones siguen en importancia a las del aluminio-cobre.45% a 300ºC. algunos autores consideran la fase como silicio elemental. Comúnmente son denominadas Cobral.1. El porcentaje de silicio suele variar del 5 al 20%. . Estas aleaciones no pueden ser soldadas más que por técnicas particulares como por ejemplo la soldadura por haz de electrones. que es muy sencillo. 2.7% a 547ºC. En general. por lo que estas aleaciones poseen propiedades mecánicas excepcionales. se caracterizan por una buena resistencia al calor y una menor resistencia a los agentes atmosféricos que las aleaciones sin cobre. lo que se utiliza para el temple de precipitación a que puede ser sometidas estas aleaciones. 1. y concretamente. Esta mejora en la estructura micrográfica se traduce en una notable mejora de las propiedades mecánicas de aleaciones modificadas. 2.cinc 10 .No hay más que un punto eutéctico que corresponde a la proporción de 11. Las propiedades mecánicas de aleaciones aluminio-silicio pueden mejorarse añadiendo a la cuchara de colada de estas aleaciones cloruro sódico o una mezcla de fluoruro y cloruro sódico. tienen un bajo coeficiente de dilatación y una elevada conductividad calorífica y eléctrica. sobre todo.6% de Si y cuya temperatura es 577ºC El silicio endurece al aluminio y. La principal aplicación de las aleaciones aluminio-silicio son la fundición de piezas difíciles. resistencia al choque.4 aleaciones de aluminio. pero son difíciles de mecanizar por la naturaleza abrasiva del silicio. resistencia mecánica e incluso de su resistencia a la corrosión. por su resistencia a la corrosión. Su peso específico es alrededor del 2. Esta operación incorpora una pequeña cantidad de sodio.6% al 13% y bajar la temperatura eutéctica de 577ºC a 570ºC. Las aleaciones Al-Si son muy dúctiles y resistentes al choque. inferior al 0. Pero no se emplean para piezas ornamentales porque ennegrecen con el tiempo. de su ductilidad. aumenta su fluidez en la colada y su resistencia a la corrosión.7. pero buenas cualidades de moldeo. Pero sobre todo las aleaciones Al-Si modificadas con esta adición resultan con un grano extremadamente fino en lugar de las agujas o láminas en que cristaliza el silicio en las aleaciones sin modificar. y la fabricación de piezas para la marina. del 11.01% a la aleación pero suficiente para variar la concentración eutéctica. En la figura posterior queda representado el diagrama Al-Zn.. el magnesio va asociado a otros elementos como el cobre... silicio. etc. formando aleaciones ternarias. y la solución sólida intermedia. la solución sólida de cinc en de aluminio en cinc. que algunos autores identifican con cinc elemental.1. cinc.1 al 1%. Como no se forman compuestos químicos no puede aplicarse a estas aleaciones el temple de precipitación. Las aleaciones de cinc son más baratas que las de cobre a igualdad de propiedades mecánicas. Comúnmente son denominadas zincal.. 11 la aleación conocida como . 2. en las que el magnesio figura con proporciones del 0. En general. es decir. pero menos resistentes a la corrosión y más pesada. en el que están presentes la solución sólida aluminio.En estas aleaciones figura el cinc con un porcentaje máximo del 20%.5 Aleaciones de aluminio magnesio Estas aleaciones contienen magnesio en proporciones inferiores al 10% de Mg. Pongamos por ejemplo. El primero constituido por las aleaciones más cargadas en Mg y Si con adicciones de Mn. etc . Por esto..5% de Mg y la temperatura eutéctica 450ºC. Aluminio. pilares. Ofrecen una buena aptitud a la deformación en frío en estado reconocido. Esta familia está formada por dos grupos de aleaciones.9% a 450ºC.Magnesio-Silicio. ofrece una gran velocidad de estruxión asociada a características menos elevadas. Los elementos de adicción de esta familia son el Magnesio y el Silicio. 2.Simagal.. Cr.4% a 250ºC hasta 14. las aleaciones Al-Mg admiten el temple de precipitación.1. destinadas a aplicaciones estructurales (armazones. puentes. El segundo grupo constituido por aleaciones menos cargadas en Mg y Si.6 aleaciones aluminio manganeso 12 con . Estas aleaciones presentan características mecánicas medias. ventanas.6.). Zn. se mecanizan facilidad y tienen una buena resistencia a la corrosión. amueblamiento y la edificación (puertas. pues su peso específico es alrededor de 2. La solubilidad sólida del magnesio en aluminio varía del 4. etc ) La proporción eutécita es de 34. así como su buen comportamiento ante los agentes atmosféricos y su buena aptitud a la soldadura. presenta las características más elevadas. Poseen buenas propiedades mecánicas. flechas de grúa. Están especialmente destinadas a la decoración. Las aleaciones Al-Mg son más ligeras que el propio aluminio. mejora su resistencia a la corrosión. de aleación con el aluminio. que es 658. A la temperatura ambiente. Los puntos eutécticos de las aleaciones de aluminio con todos estos elementos están por debajo de la proporción del 1%. además de endurecerlas.7 Otros elementos de adición con el aluminio Además de los elementos citados. la resistencia mecánica y la resistencia a la corrosión de las aleaciones de aluminio 2. Al3Fe2. del que forma parte siempre como parte de impureza. se encuentran formando parte de las aleaciones ternarias y cuaternarias el hierro. pasado el punto eutéctico. en general. forma encuentran en las aleaciones Al3Co. aunque sea en pequeñas proporciones. que son insolubles o casi insolubles en la matriz de la aleación.1. Además. Al7Cr. El hierro. el titanio. La concentración eutéctica es de 1.35% a 500ºC a la temperatura eutéctica.5ºC. y hasta un 25% de Mn la aleación está formada por Al + Al6 Mn. el níquel. forma parte de todas las aleaciones incorporado con el aluminio técnico. El titanio se adiciona para refinar el grano en la aleaciones con la mejora consiguiente de las propiedades mecánicas. El cobalto endurece las aleaciones Y el níquel y cromo.95% de Mn. Todos estos elementos se generalmente en de aluminuros. Al3Ni. el cromo. y el cobalto.El manganeso se encuentra en la mayor parte de las aleaciones de aluminio ternarias y cuaternarias. Su solubilidad en el aluminio pasa del 0. la temperatura de iniciación de 13 . El manganeso aumenta la dureza. que son los principales. como podemos observar en el diagrama de fases de Al-Mn de la figura siguiente. Entre las aleaciones normalizadas figuran algunas muy conocidas por su nombre comercial.. Se realizan para dar mayor resistencia a la corrosión del aluminio. ninguno de los elementos citados forma parte de las aleaciones en proporciones superiores al 1%. cuyas composiciones y características son las aceptadas generalmente por los fabricantes y transformadores del aluminio españoles.3 Tratamientos mecánicos y térmicos del aluminio y sus aleaciones. que contienen elementos como el silicio que facilita su fusibilidad. la aleación "Y" (L-315).. El aluminio y sus aleaciones pueden someterse a los siguientes tratamientos: - Tratamientos anticorrosivos. que puede ser templada y adquiere extraordinaria dureza mecánica por maduración natural.5% de Mn. El más empleado es la 14 . el que condujo al descubrimiento del temple de precipitación y maduración natural y artificial. comercialmente denominada duro-aluminio. como la L-311. También normalizadas el anticorodal figuran (L-257).la solidificación asciende rápidamente. 2. Algunas ya han sido expuestas en tablas anteriores. En estas normas se clasifican las aleaciones en aleaciones ligeras de aluminio para moldeo. 2. etc..5% de Mg. que contienen menores porcentajes de aleación que las de moldeo. Por todo esto. entre otras aleaciones el siluminio o alpax (L-252). y Precisamente resistencia fue este endurecimiento natural del duro-aluminio después de haberlo moldeado.2 Aleaciones de aluminio normalizadas las aleaciones de aluminio. 0. y 0. 4 % de Cu. de 95% de Al. y aleaciones ligeras de aluminio para forja. etc. cualquier anormalidad en que se encuentre el material producida por tratamientos mecánicos o térmicos. sobre todo. en las Esto se aprovecha ampliamente aleaciones ligeras para mejorar sus características mecánicas. La intensidad de los recocidos depende. Los tratamientos térmicos que pueden aplicarse al aluminio y sus aleaciones son: El recocido de estabilización. son operaciones de calentamiento y enfriamiento lento para conseguir la constitución y estructura más estable a temperatura ambiente y destruir.oxidación anódica. - Tratamientos mecánicos. el temple de precipitación y la maduración artificial. 2. Los trabajos de forja. que consiste esencialmente en aumentar el espesor de la película superficial de óxido que se produce naturalmente en el aluminio. el recocido de homogeneización.1 y 4. mejorando a veces su aspecto dándole un acabado brillante o tiñéndola en diversos colores. de la temperatura máxima a que se llega en el calentamiento. como podemos observar en la figura posterior.2 de las aleaciones normalizadas. como se indican en los cuadros 4. laminación. Según sea ésta 15 . trefilado. a consecuencia del aumento de acritud adquirido por el material en su deformación. - Tratamientos térmicos. por tanto.4 RECOCIDO DEL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES Los recocidos. No todos los tratamientos citados pueden aplicarse y se aplican al aluminio y sus aleaciones. pues hay algunas de éstas que no endurecen con el temple. el recocido contra acritud. realizados en frío aumentan la resistividad mecánica y dureza del aluminio y de las aleaciones forjables. Si la deformación sólo ha sido moderada. se rompen los granos y constituyéndose los fragmentos en núcleos de recristalización.97 oscilan entre 180ºC y 210ºC. estructura Estas temperaturas varían según las aleaciones. A este fenómeno se le conoce con el nombre de germinación. Las temperaturas de recocido contra acritud dependen de la aleación. ya que la temperatura de recristalización a la que debe superarse oscila 16 . si la deformación ha sido muy intensa. Tiene por objeto eliminar la acritud adquirida por el material al deformarse en frío o a temperaturas inferiores a la recristalización. Tiene por objeto eliminar tensiones residuales que pueden producirse en el mecanizado o en la conformación en frío o en caliente. se produce una nueva estructura granular más fina. las del aluminio de 99. Con este tratamiento no sólo recobran los granos deformados su forma poliédrica. sino que también. no se produce germinación y el material queda con el grano poliédrico. muy lento para evitar la aparición de nuevas tensiones. exceptuando temperatura y el el tiempo de elevación de la de enfriamiento. pero grueso. El tiempo de permanencia a estas temperaturas es de unas 4 horas. Recocido contra acritud. Por ejemplo. oscilando en general entre 300ºC y 400ºC. se practican con el aluminio los siguientes recocidos: Recocido de estabilización. sobre todo éste. que debe ser. La operación se realiza calentando el material a temperaturas inferiores a la de recristalización para que no se modifique su micrográfica.y clasificados con arreglo a la temperatura y de menor a mayor. porque aumentaría siempre el tamaño del grano.entre 200ºC y 300ºC. anulando los efectos de éste y volviéndolas a su estado natural. Recocido de homogeneización y regeneración. Es conveniente pasar con rapidez esa zona de temperaturas de recristalización. como ocurre con el duro-aluminio. Tiene por objeto uniformar la composición química y el grano de las aleaciones de aluminio que son propensas a hetereogeneidad química y estructural.5 APLICACIONES DE LAS ALEACIONES DE ALUMINIO. si las piezas no han sido muy deformadas. y émbolos 17 . A estas temperaturas se facilita la difusión de los elementos y la solución de otros como el silicio. De todas maneras. etc También se emplean para la fabricación de culatas. sobre todo. no deben someterse al recocido contra acritud. a un endurecimiento indeseable de la aleación. por maduración natural. cárters. Con regeneración este de tratamiento las aleaciones se consigue también la endurecidas por el temple. 2. el recocido se realiza a temperaturas comprendidas entre 450ºC y 550ºC durante comprendido entre 15 y un tiempo 60 minutos. si las piezas no han sido muy deformadas. Las aleaciones de aluminio tienen cada día una mayor aplicación. utilizándose extensamente para la fabricación de piezas que deben ser resistentes y al mismo tiempo ligeras para las construcciones aeronáuticas. para evitar un excesivo crecimiento del grano. vagones de ferrocarriles de trenes articulados modernos. El enfriamiento debe ser lo más lento posible para evitar una constitución anormal por un enfriamiento demasiado rápido que dé lugar luego. 2 figuran las aplicaciones generales de cada tipo de aleación. En la edificación se emplean las aleaciones de aluminio para la construcción de puertas y ventanas... molduras. En los cuadros 4.de motores de explosión. etc..1. En las construcciones navales se emplean ampliamente determinadas aleaciones de aluminio por su resistencia a la corrosión marina. y 4. 18 . Este ordenamiento atómico forma un patrón reticular repetitivo que en ciencia de materiales se llama red espacial. En algunos casos como el agua y la mayoría de los polímeros. Las retículas de la red pueden tener una de siete formas llamados estructuras o sistemas cristalinos: Cúbica (la mas sencilla y común). ortorrómbica. En los gases y en la mayoría de los líquidos los átomos y moléculas no cuentan con un arreglo determinado (están distribuidos aleatoriamente). La estructura cristalina de un material es todo lo referente su forma. 19 . En los metales y en algunos cerámicos y polímeros el arreglo o disposición de los átomos es de largo alcance y relativamente Ordenamiento uniforme y se le llama General. existe un ordenamiento de corto alcance consistente solo entre los átomos de la molécula individual que es llamado Ordenamiento Particular. romboédrica. tetragonal.1 Sistemas cristalinos: El arreglo u ordenamiento de los átomos en un material sólido. monoclínica y triclínica. tamaño y ordenamiento atómico dentro de la red. juega un papel importante en la determinación de su microestructura y de sus propiedades. a este fenómeno se le conoce como Desordenación. hexagonal.CAPÍTULO III Estructuras cristalinas 3. En cada una de las esquinas existe un nodo que esta compartido por siete celdas unitarias adyacentes.1 Cúbica centrada en el cuerpo (BCC) Es llamada BCC por sus siglas en ingles ( body – centered cubic) . que es el numero de átomos contenidos en una celda unitaria Cúbica simple. sodio. 3. esta alberga un átomo en el centro de la retina que no es compartido con otra celda.2 celda unitaria: La celda unitaria es la menor subdivisión de una red espacial. Existen 14 tipos de celdas unitarias agrupadas en los siete sistemas cristalinos descritos con anterioridad. solamente ⅛ de átomo en cada esquina pertenece a una celda en particular. una celda unitaria cúbica tiene ocho esquinas. Metales como tungsteno.3. vanadio. que tiene la simetría total del cristal. (una red se constituye por la unión de celdas unitarias idénticas). molibdeno.2. Por ejemplo.2 Cúbica centrada en las caras (FCC) 20 . hierro alfa(α) y hierro delta (δ) cristalizan bajo esta estructura. La gran mayoría de los metales y algunos materiales usados en la en la industria se cristalizan en los sistemas cúbicos y hexagonal. Un número específico de átomos (diagramados como puntos de red o nodos) define a cada una de las celdas unitarias. por eso se hace un énfasis en estos. Partiendo de la celda unitaria cúbica simple (SC). cromo. 3.2. Esto indica que la estructura de la celda BCC contiene dos átomos. si multiplicamos ⅛ de átomo por 8 (numero de equinas de una celda cúbica) el resultado es uno. Como se ve. Aluminio. existe una en el centro de cada cara que es compartido por un solo cubo adyacente. níquel. esta mas densamente poblada por átomos que una BCC. Sistemas cristalinos cúbica simple cúbica centrada en centrada en las caras el cuerpo Tetragonal simple Tetragonal centrada en El cuerpo 21 hexagonal .centered cubic). oro. sumando el átomo compartido en las esquinasen total son cuatro átomos contenidos en celda. en esta celda además de haber un átomo en cada esquina del cubo. no existe átomos en el centro del cubo. El cubo tiene seis caras y en cada una existe un átomo compartido por la mitad(6×½). Figura 1. plomo.Conocida también por FCC (face. plata. platino y hierro gamma (γ) cristalizan bajo esta estructura. cobre. Ortorrómbica simple Ortorrómbica centrada En las bases Ortorrómbica centrada en el cuerpo ortorrómbica centrada en las caras romboedrico monoclínica simple monoclínica centrada triclinica en las bases 3. La base de esta red son dos planos hexagonales regulares con un átomo en cada esquina y uno en el centro. magnesio y cobalto cristalizan formando una red de este tipo. La celda unitaria es un prisma derivado del hexágono. Metales como el titanio.3 Hexagonal compacta ( HCP) Llamada también HCP(hexagonal close-packed) es una forma especial de la red hexagonal (no es una celda unitaria). 22 . zinc.2. además contiene tres átomos ordenados en forma de triangulo en el centro de la distancia entre los dos planos hexagonales. Los índices de Miller un plano se definen como los recíprocos de de las intercepciones de dicho plano sobre el sistema de coordenadas. se dice que este lo intercepta en el infinito. Por 23 . cuando cristaliza a 1538°C es BCC(hierro delta δ) y cambia a FCC(hierro gamma γ) a 1400°C y se transforma de nuevo en BCC(hierro alfaα) a 910°C. Un ejemplo peculiar de este fenómeno es el hierro. 3. y si este fenómeno es reversible entonces se conoce como alotropía. se utilizan tres números llamados índices de Miller. trayendo consecuencias practicas deformación o fractura de un metal sometido a esfuerzo.4.3.3 Poliformismo y alotropía: El poliformismo en un material es la propiedad de poder existir en más de un tipo de red espacial en el estado sólido. Cuando un plano es paralelo a un eje. Los materiales que tienen dicha propiedad se les llama alotrópicos. Esta propiedad es la base de los tratamientos térmicos en el hierro y el titanio. 3.4 Planos cristalográficos Los planos o las capas de átomos ordenados en la estructura de un cristal reciben el nombre de Planos Atómicos o Cristalográficos. Más de quince metales muestran esta propiedad.1 Índices de Miller Para poder identificar la orientación de un plano con respecto a los ejes de la celda unitaria (suponiendo que una esquina de la celda unitaria sea el origen de coordenadas espaciales). A lo largo de estos planos es donde ocurren las fallas como la de un cristal. se dice que este interceptara al eje Z en el infinito(∞).ejemplo. Diagrama del plano con índices de Miller 24 . para un plano paralelo al eje Z y que intercepta a los eje X y Y( suponiéndose en 1). x y z interseccion 1 1 ∞ recipocro 1/1 1/1 1/∞ 1 0 índices de miller 1 Figura 2. Los átomos del resto del líquido se van adhiriendo a los núcleos formando cristales hasta que el líquido se termine. dependen directamente de su tamaño de grano. es formado al azar y tienen entre si diferentes orientaciones (distintos índices de Miller). Al terminar la solidificación. Muchas de las propiedades de un metal o aleación. Cada núcleo al que se le adhieren los átomos en todas direcciones. La cristalización ocurre en dos etapas: 1) Formación de núcleos 2) Crecimiento del cristal. la microestructura del metal o material cristalino esta constituida por muchos cristales contiguos llamados granos. El número de núcleos que puede formar un material en cristalización es indefinido y depende de factores como: tipo de material o aleación y condiciones de enfriamiento. en dicho material el arreglo atómico del cristal de cada grano es el mismo. Un grano es una porción de un material formada por un solo cristal.5 Mecanismo de cristalización: La cristalización de un material cristalino es el proceso de transición desde el estado líquido al sólido. Conforme va disminuyendo la cantidad del líquido. Cuando pequeñas partículas sólidas se forman dentro del material líquido (al enfriarse a temperaturas inferiores a las de cristalización) ocurre la formación de núcleos o Nucleación. pero cada cristal tiene orientación diferente. En el estado liquido (cuando el material es sometido a temperaturas mas altas que la de fusión) los átomos no tienen un orden definido. Mientras que en el estado sólido los átomos tienen un orden regular . y son llamados dendritas. el tamaño de cada dendrita aumenta hasta que el crecimiento es interrumpido entre si por las dendritas vecinas.3. El tamaño de grano en una fundición metálica esta directamente ligado 25 con la rapidez de . un defecto intersticial ocurre cuando un átomo adicional se aloja en la estructura del cristal en lugar donde no es un nodo.1 Defectos puntuales: Estos defectos son discontinuidades de la red que abarcan uno o varios átomos. Se les llama puntuales o de punto porque son causados por átomos individuales Se sabe que durante la solidificación de un material los átomos se alinean ordenadamente. 3. El factor mas importante que afecta la rapidez de nucleación (y por consiguiente el tamaño de grano) es la rapidez de enfriamiento del material fundido.6 Imperfecciones en los materiales cristalinos: 3. Por lo contrario. contrario.Si se logran formar muchos núcleos cuando una fundición esta cristalizando. Cuando un átomo de la red es sustituido en un nodo por un átomo diferente (de otro 26 . También recibe el nombre de defecto Schottky.nucleación y la rapidez de crecimiento del grano. insolubles como En materiales como el acero. pero es normal que algunos átomos no ocupen su respectivo lugar (aproximadamente uno de cada 1. Cuando hace falta un átomo en un nodo de un cristal el defecto se nombra como hueco o vacante. bajo condiciones normales). impurezas el aluminio y el titanio contribuyen a una mejor formación de núcleo. un material será de grano grueso si Por lo durante la cristalización no presenta muchos núcleos.5. el material será de grano fino (formara muchos granos). Los materiales de grano fino cuentan con una mejor tenacidad y son mas duros que los de grano grueso.5 millones. que se definen como una región o plano de átomos cristal.elemento) el defecto se conoce como sustitucional. que distorsiona la simetría de un Los tipos más sencillos y comunes de dislocaciones son: a) Las dislocaciones de filo o de borde. 27 . puede ocurrir por factores como el deslizamiento de una sección de átomos.2 Defectos lineales: Los efectos lineales más conocidos son las dislocaciones. Tanto el defecto sustitucional como el defecto intersticial (cuando el átomo incrustado es de un elemento diferente al del cristal) son considerados impurezas.5. pero el resultado es una sección o borde de un plano de átomos incrustado en el cristal. que pueden ser incrustadas intencionalmente como elementos de aleación. 3. Dislocación de borde Figura 5.b) La dislocación de tornillo o de espiral llamada asi por la superficie formada (en forma de espiral) por los planos atómicos alrededor de la línea de la dislocación. Dislocación de tornillo 28 . Se puede imaginar esta dislocación como un corte parcial del cristal el cual es deslizado paralelamente al corte una distancia atómica. Figura 4. el ordenamiento cristalino permanece en ambos lados del cristal excepto cerca de la línea de dislocación. de una manera amorfa y no cristalina.3. es una zona estrecha donde los átomos se encuentran poco ordenados. Disminuyendo el tamaño de grano se aumenta el número de granos por unidad de volumen. Las propiedades de un metal pueden ser controladas a través del endurecimiento por tamaño de grano. Los bordes de grano es la superficie existente que separa a los granos individuales. 29 . El numero de granos por unidad de área (para la norma ASTM se utilizan pulgadas cuadradas) de un metal se determina por una fotografía del metal amplificada cien veces (x100).7 Defectos de superficie Estos defectos son los límites que seccionan en regiones o granos. incrementándose también los bordes de grano. De esta forma se logra incrementar su resistencia del metal.