Imperfecciones En Los Arreglos Atómicos

SOLIDIFICACIÓN E IMPERFECCIONES CRISTALINAS
Cuando se cuelan las aleaciones fundidas, se inicia la solidificación en las paredes del molde a medida que se enfría. La aleación no se solidifica a una temperatura determinada, sino dentro de un intervalo de temperaturas. Mientras la aleación se encuentra en este intervalo, tiene una forma pastosa que consiste en estructuras arborescentes llamadasdendritas y metal líquido. El tamaño y forma de las dendritas depende de la velocidad de enfriamiento. El metal liquido que se encuentra entre estas estructuras tridimensionales dendríticas, finalmente se solidifican formando una estructura completamente sólida que se denomina estructura granular.
SOLIDIFICACIÓN DE METALES
La solidificación de metales y aleaciones es un importante procesoindustrial, dado que la mayoría de metales se funden para moldearlos como productos semiacabados o acabados. En general, la solidificación de un metal o aleación puede dividirse en las siguientes etapas:
1. La formación de núcleos estables en el fundido (nucleación).
2. El crecimiento de núcleos para formar cristales y formación de una estructura granular.

En la figura semuestra la forma de algunos granos reales formados por la solidificación de una aleación de titanio. La forma que adquiere cada grano después de la solidificación depende de muchos factores, entre los cuales es importante el gradiente térmico.
FORMACIÓN DE NÚCLEOS ESTABLES EN METALES LÍQUIDOS
Los dos mecanismos principales por los que tiene lugar la nucleacion de partículas solidas en un metallíquido, son: la nucleacion homogénea y la nucleacion heterogénea.
Nucleacion homogénea, se considera en primer lugar porque es el caso más simple de nucleación. Este tipo de nucleacion tiene lugar en el líquido fundido cuando el metal proporciona por sí mismo los átomos que se requieren para formar los núcleos. Considérese el caso de un metal puro solidificado. Cuando un metal líquido puro seenfría lo suficiente por debajo de su temperatura de equilibrio de solidificación, se crean numerosos núcleos homogéneos mediante el movimiento lento de los átomos que se unen entre sí.
Las energías que participan en a nucleacion homogénea de un metal puro que esta solidificado, son dos tipos de energías de cambio que deben considerarse:
1) La energía libre de volumen liberada por la transformación delíquido a sólido.
2) La energía libre de superficie necesaria para formar las nuevas superficies sólidas de las partículas solidificadas.
Nucleación heterogénea, es la que tiene lugar en un líquido sobre la superficie del recipiente que lo contiene, las impurezas insolubles u otros materiales estructurales disminuyen la energía libre necesaria para formar un núcleo estable. Dado que en lasoperaciones de fundición industrial no se producen grandes subenfriamientos, normalmente varía entre .1 y 10°C, la nucleación es heterogénea.
Para que ocurra este tipo de nucleación, el agente de nucleacion sólido (impureza sólida o recipiente) debe ser mojado por el metal líquido. También el líquido debe de solidificar fácilmente en el agente de nucleación.CRECIMIENTO DE CRISTALES EN UN METAL LÍQUIDO Y FORMACIÓN DE ESTRUCTURA GRANULAR
Después de que se forman los núcleos estables en un metal en solidificación, crecen hasta formar cristales, como se muestra en la figura. En cada cristal los átomos están ordenados en un modelo esencialmente regular, pero la orientación de cada cristal varia. Cuando finalmente concluye la solidificación del metal, loscristales se juntan unos con otros en diferentes orientaciones y forman límites cristalinos en los que los cambios de orientación tienen lugar en una distancia de pocos átomos. Un metal solidificado que contenga muchos cristales se llama policristalino. En el metal solidificado los cristales se llaman granos y las superficies entre ellos límites de granos.
Cuando un metal relativamente puro...