Faces del acero

2. Estructuras cristalinas

En un metal sólido, los átomos se agrupan en el espacio en arreglos regulares, ordenados, repetitivos, periódicos. Forman estructuras tridimensionales. Grupos de átomos pueden ordenarse para formar planos que poseen distinto arreglo geométrico. En la figura 1 se ilustran dos posibilidades de arreglo atómico para formar planos. Nótese que el plano de la figura 2aprovee una ocupación más eficiente del espacio.

Fig. 1: Arreglos planares de átomos iguales.

Se muestran dos posibilidades. Los sólidos cristalinos pueden adoptar alguna o algunas de las 14 estructuras posibles. En la figura 3 se muestran estas 14 redes de Bravais (“bravé”). Afortunadamente, salvo escasas excepciones, los metales cristalizan en solo tres estructuras: la estructura cúbicacentrada en el cuerpo, la estructura cúbica centrada en las caras y la estructura hexagonal compacta. Por brevedad y comodidad, es común referirse a estas estructuras mediante las siglas bcc, fcc y hcp. Estas siglas provienen de los nombres en ingles “body centered cubic” (bcc), “face centered cubic” (fcc) y “hexagonal close packed” (hcp).

Fig. 2: Las 14 celdas de Bravais.

En la Figura 2 seobservan las 14 celdas unidad convencionales de Bravais agrupadas por sistemas cristalinos. Las esferas indican puntos reticulares que cuando están situados en las caras o en los vértices están compartidos por otras celdas unidad reticulares idénticas. (Según W. G. Morffatt, G. W. Pearsall y J. Wulff, >, volumen 1).

Estas estructuras tienen la característica de ser muy compactas, es decir, permitenaprovechar eficientemente el espacio dejando pocos huecos. En las estructuras fcc y hcp, 74% del espacio está ocupado por átomos y el resto, 26%, es espacio vacío. En la estructura bcc esta eficiencia o “factor de empaquetamiento” es de 68%, con 32% de espacio vacío. Las estructuras fcc y hcp son más densas o compactas que la bcc. Naturalmente, todo lo expresado en este párrafo es válidoúnicamente para los metales puros.
Red cristalina de los metales

3. Redes de Bravais o redes cristalinas de los metales

En los metales los átomos se ordenan formando redes tridimensionales, ocupando posiciones de equilibrio en los vértices de determinadas formas geométricas. A la agrupación elemental de átomos se la conoce como celda unitaria, y a la agrupación de éstas formaciones se lasdenomina redes cristalinas y se definen en cristalografía por tres vectores concurrentes en un origen y los tres ángulos que forman éstos entre ellos.

3.1. Tipos de redes
Los metales de uso industrial más frecuente se cristalizan en tres redes:
 Red cúbica centrada (c.c.): hierro alfa, cromo, titanio, molibdeno, etc.
 Red cúbica de caras centradas (c.c.c.): hierro gamma, cobre, aluminio, oro,plomo, níquel, etc.
 Red hexagonal compacta (e.c.): magnesio, cinc, cadmio, etc.

También se emplea la abreviatura inglesa para designar las redes cristalinas:
 Red cúbica centrada BCC.
 Red cúbica de caras centradas FCC.
 Red hexagonal compacta HCP.

3.1.1. Red cúbica centrada
Los átomos se hallan dispuestos en los vértices y en el centro del cubo.
 Átomos por celdilla: 2 (1 en elcentro más otro que comparte con los ocho vértices).
 Índice de coordinación: 8 átomos (el átomo central equidista de los 8 vértices).
 Arista de la celda unitaria: a = 4r/√3.
 Factor de empaquetamiento: 0,68 (el 68% del volumen de la celda unitaria está ocupada por átomos).

Fig. 3: Red cúbica centrada.

3.1.2. Red cúbica centrada en las caras
Los átomos están dispuestos en losvértices y en los átomos de las caras del cubo.
 Átomos por celdilla: 4
 Índice de coordinación: 12 átomos.
 Arista de la celda unitaria: a = 4r/√2
 Factor de empaquetamiento: 0,74 (el 74% del volumen de la celda unitaria está ocupada por átomos, por tanto los metales que cristalizan según esta red poseen mayor densidad y son más resistentes que los anteriores).

Fig. 4: Red cúbica...