Revisión de la teoría del crecimiento cristalino del grafito en aleaciones hierro-carbono

La mayor parte del análisis de la morfología del grafito en aleaciones de hierro fundido y carbono se realiza en muestras enfriadas a temperatura ambiente. Esto plantea la preocupación de que la cristalización del grafito se vea oscurecida por la posterior recristalización y crecimiento en estado sólido. Para aclarar esta cuestión, los autores utilizaron la Microscopía Electrónica de Barrido con Cañón de Emisión de Campo (FEC) en muestras de solidificación interrumpida (templadas) con grabado profundo para revelar la morfología del grafito que crece en contacto con el líquido al inicio de la solidificación.

Para comprender la complejidad de la cristalización del grafito en aleaciones de hierro, el análisis incluyó evidencia de la cristalización de materiales con estructura hexagonal análoga, como copos de nieve y grafito metamórfico, y de la cristalización de cristales de silicio con estructura cúbica de diamante en aleaciones a base de aluminio. También se aprovechó información de investigaciones sobre el grafito producido mediante transformaciones gas-sólido (deposición química de vapor) y sólido-sólido (grafito en acero). La gran variedad de morfologías de solidificación del grafito descritas en este y otros artículos anteriores se debe a la complejidad de su crecimiento facetado durante la cristalización, un proceso de crecimiento cristalino limitado por difusión, en presencia de energía superficial anisotrópica y cinética de adhesión anisotrópica. Se confirmó que los componentes básicos de los agregados de grafito son plaquetas de grafito facetadas hexagonales generadas mediante el crecimiento de capas de grafeno. A medida que avanza la solidificación, las plaquetas se engrosan mediante el crecimiento de capas mediante nucleación bidimensional o por dislocación helicoidal. Dependiendo de la composición aparente, la sobresaturación local y el subenfriamiento, las plaquetas se agregan mediante diversos mecanismos, incluyendo cristales y dendritas en forma de teja y foliados, crecimiento sectorial curvo-circunferencial, cono-hélice, helicoidal (macroespiral) y piramidal poliédrica (o cónica). La forma final de los esferoides de grafito se ve afectada por la cristalografía del núcleo, ya que esta influye en el crecimiento inicial de las plaquetas de grafito.