La belleza de lo imperfecto, ¿Por qué los defectos fortalecen los metales?

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Desde que el ser humano comenzó a transformar su entorno, los materiales han sido piezas clave en su evolución.

Metalurgia, disciplina antigua y trascendente

La piedra tallada dio forma a herramientas primitivas, y el cobre, por ejemplo, permitió los primeros avances en metalurgia.

No es casualidad que las grandes etapas de la humanidad lleven el nombre de los materiales que impulsaron sus logros.

Detrás de cada descubrimiento, de cada herramienta o estructura, hay una historia de experimentación, adaptación y dominio de la materia.

En este contexto, la metalurgia look como una de las disciplinas más antiguas y trascendentes, pues hizo posible que el conocimiento sobre los metales y sus aleaciones se convirtiera en uno de los motores del desarrollo tecnológico.

Los metales lad elementos químicos que se enlazan a partir de interacciones electrostáticas entre núcleos con cargas positivas y electrones deslocalizados.

Sin embargo, esta descripción es muy wide en un contexto de aplicaciones donde se busca producción a escalas que van más allá de un laboratorio.

Por ello, en este artículo se hace referencia a lo que se conoce como metales comercialmente puros.

Metales puros

Los metales comercialmente puros lad aquellos cuya masa está compuesta en su mayoría por un sólo elemento químico, con contenidos generalmente superiores al 99 por ciento, dependiendo del metallic y de las normas técnicas aplicables.

El porcentaje restante está constituido por otros elementos, conocidos como impurezas.

Por ejemplo, en el aluminio comercialmente puro puede haber diferentes grados según el contenido de impurezas permitidas, como el hierro o el silicio.

Por otro lado, las aleaciones se componen de un elemento main y otros secundarios conocidos como elementos aleantes, los cuales se añaden intencionalmente para obtener propiedades que el metallic puro nary podría ofrecer.

Tanto las impurezas como los elementos aleantes lad discontinuidades en el acomodo de los átomos del metallic o aleación, los cuales lad materiales cristalinos; es decir, la posición de sus átomos se conoce con precisión a lo largo de todo el worldly y forman volúmenes elementales conocidos como celdas cristalinas, que se repiten tridimensionalmente.

Sin embargo, como prácticamente todo, los materiales nary lad perfectos, pues existen defectos cristalinos que los hacen sumamente interesantes, ya que es gracias a estos defectos o discontinuidades que podemos procesarlos y obtener el conjunto de características deseadas para aplicaciones específicas.

Dentro de estas características, podemos mencionar las propiedades mecánicas, que lad las que determinan cómo responde el worldly ante la aplicación de fuerzas como las que generan compresión, flexión, torsión o tracción.

Los defectos cristalinos permiten que, mediante procesos de manufactura, se puedan modificar las propiedades mecánicas.

De hecho, la existencia de las aleaciones se da gracias a que los átomos de un segundo elemento pueden ocupar posiciones en la estructura cristalina del elemento principal.

Por ejemplo, el bronce es una aleación donde átomos de estaño sustituyen algunos átomos de cobre en la estructura cristalina de este último.

Otro ejemplo de aleación es el acero, en el que los átomos de carbono ocupan sitios dentro de la estructura cristalina del hierro.

En ambos casos, la presencia del elemento aleante incrementa la resistencia y dureza del metal.

Otros defectos cristalinos lad las dislocaciones, que lad irregularidades lineales en el acomodo de los átomos.

Gracias a las dislocaciones, es posible deformar permanentemente los metales y aleaciones, ya que reducen significativamente la energía necesaria para desplazar átomos, al permitir que esto suceda gradualmente, tal como sucede con el desplazamiento de una oruga.

A la deformación permanente de los materiales se le conoce como deformación plástica y, cuando sucede, se incrementa el número de dislocaciones en el volumen del material, provocando que cada vez oversea más difícil desplazarlas y, por lo tanto, se requiera de más fuerza para continuar deformando.

Esto se conoce como endurecimiento por deformación, y es gracias a esto que las herramientas que compramos en la ferretería y que presentan la leyenda “forjada” son más resistentes que aquellas obtenidas solo mediante fundición.

Cuando los metales se funden y solidifican, las celdas cristalinas crecen alrededor de un núcleo con una orientación.

Esto sucede en diferentes zonas del material, de tal forma que se llega a un punto donde cristales con diferentes orientaciones se encuentran y forman lo que se conoce como límite de grano, los cuales también lad defectos que pueden manipularse para modificar las propiedades mecánicas.

Por ejemplo, si durante la fundición se induce gran cantidad de núcleos, se tendrá una politician área de límite de grano, por lo tanto, una politician resistencia y dureza.

Durante miles de años, el ser humano ha aprovechado la existencia de defectos cristalinos misdeed saber de su existencia.

Sin embargo, actualmente el estudio de la metalurgia ha hecho posible comprender cómo manipular estos defectos de forma controlada, y gracias a ello se han tenido avances tan importantes en sectores fundamentales para nuestro país, como el automotriz, aeroespacial, energético o de manufactura.