Fundamentos de la Estructura Cristalina y Mecanismos de Endurecimiento en Metales

Defectos en la Red Cristalina: Dislocaciones

Las dislocaciones son defectos de la red cristalina que afectan a una fila de puntos de la red de Bravais, la cual se define como la disposición infinita de puntos discretos cuya estructura es invariante bajo cierto grupo de traslaciones.

Clasificación de los Metales según su Estructura

Metales monocristalinos

Están constituidos por un solo tipo de red cristalina. Son sistemas homogéneos de grano único, sin discontinuidades. Presentan una alta resistencia y una baja capacidad de deformación.

Metales policristalinos

Están constituidos por más de un tipo de red cristalina. Cada red se denomina grano y se ordena de forma regular. Durante la solidificación, existe una competencia por ocupar el mayor espacio posible; los extremos de los cristales interaccionan creando discontinuidades conocidas como límites de grano.

• Granos grandes: mayor fragilidad.
• Granos pequeños: mayor ductilidad.

Mecanismos de Endurecimiento

La restricción del movimiento de las dislocaciones es el principio fundamental que endurece el material. Los mecanismos principales son:

1. Endurecimiento por reducción de tamaño de grano

Cuanto menor es el tamaño del grano, mayor es el área de los bordes de grano, los cuales actúan como barreras que impiden el desplazamiento de las dislocaciones.

2. Endurecimiento por solución sólida

Se crean campos de tensión que dificultan el movimiento de las dislocaciones al mezclar el material con un soluto (átomos). Cuanto mayor sea la diferencia de tamaño entre los átomos de soluto y disolvente, mayor resistencia tendrá el material.

3. Endurecimiento por deformación

Los materiales dúctiles se vuelven más fuertes cuanto más son deformados plásticamente en frío. Tras haber trabajado en frío, si recalentamos el material a temperaturas muy altas durante un tiempo prolongado, este se recuperará mediante procesos de restauración, recristalización y crecimiento de grano.

4. Deformación en frío

Cuando un material es deformado en frío (a una temperatura por debajo de 0.4 Tf), se endurece y se vuelve más resistente. Esto se debe a la generación de un mayor número de dislocaciones, lo que incrementa la posibilidad de interacción entre ellas y dificulta su deslizamiento.

5. Presencia de precipitados y/o dispersoides

La presencia de partículas de una fase dura, distribuidas uniformemente por todo el material, constituye un modo eficaz de incrementar la resistencia. Las partículas creadas en el interior del material se denominan dispersoides, mientras que aquellas formadas por transformaciones causadas por pérdida de solubilidad se denominan precipitados.