principios de la solidiicacion

La solidificación
Es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia de líquido a sólido producido por una disminución en la temperatura o por una compresión de este material. Es el proceso inverso a la fusión, y sucede a la misma temperatura. Ejemplo de esto es cuando colocamos en el congelador agua, como la temperatura es muy baja esto hace que se haga hielo, o enpocas palabras, aumenta el volumen al solidificarse, aunque no sucede en todos los casos. También se llama solidificación al proceso de endurecimiento de materiales como el cemento o la arcilla, en esos casos al deshidratarse a temperatura constante. En el diagrama adjunto, faltaría concretar lo que es "licuefacción", que es paso a líquido. Se dice que el azúcar se licúa cuando al calentarse pasa deestado en granos cristalizados a ser un líquido marrón, de alta viscosidad.
Principio de solidificación
Aunque es un sistema material deformable, por ser inextensible, la continuidad mecánica y geométrica permite aceptar que alcanzado el equilibrio cada elemento diferencial de la figura de equilibrio se comporta como un sólido indeformable. En consecuencia ese elemento se encontrará enequilibrio si a las fuerzas exteriores que actúan sobre él se añaden las tensiones de su extremo.
Nucleacion
Es la etapa inicial para la formación de una fase a partir de otra: está asociada con las transformaciones de fase. Es el primer proceso que tiene lugar cuando se produce el cambio de estado de liquido a solido mediante la formación de partículas microscópicas (embriones) que dan lugara los núcleos y su posterior crecimiento hasta consolidar el sólido. La nucleacion del solido cristalino puede ser homogénea o heterogénea.
Tipos de Nucleación
La nucleación homogéneas
Se da en el liquido fundido cuando el metal proporciona por si mismo los átomos para formar los núcleos. Cuando se enfría un metal liquido puro por debajo de su temperatura de de equilibrio de solidificaciónen un grado suficiente se crean numerosos núcleos homogéneos por movimiento lento de átomos que se mantienen juntos. La nucleación homogénea requiere habitualmente un elevado grado de sub-enfriamiento que puede llegar a ser de varios de cientos de grados centígrados para algunos metales. Para que un núcleo estable pueda transformarse en cristal debe alcanzar un tamaño crítico. Un conglomerado deátomos entrelazados entre sí menor que el tamaño crítico se llama embrión, y otro que sea mayor al tamaño crítico se llama núcleo. Debido a su inestabilidad, los embriones se están formando y redisolviendo constantemente en el metal fundido, debido a la agitación de los átomo.
La nucleación heterogénea
Ocurre cuando los átomos o moléculas de la fase inicial no son iguales tanto química comoenergética y estructuralmente. A raíz de las definiciones anteriores el tipo de nucleación más común sería la heterogénea pues la mayor parte de los materiales poseen algún tipo de defecto que hace que el material carezca de las mismas propiedades en cada uno de sus puntos; por tanto la existencia de inhomogeneidades e imperfeccciones hacen que la nucleación más frecuente sea la heterogénea, ya queestos lugares la energía requerida para la nucleación es menor y por tanto son sitios preferentes para darse nucleación.


Tipos particulares de nucleación

Sistema sólido vítreo

Ritmos de enfriamiento muy rápidos.
Tiempo insuficiente para formar núcleos estables.
Congelación del líquido en un sólido desordenado (amorfo o vítreo).
Característico de los polímeros y cerámicas.
En losmetales se precisan ritmos de enfriamiento 106 ºC/s para obtener vidrios metálicos (p.e., cintas 0.04 mm espesor).

Refinamiento del tamaño de grano (inoculación)

Inclusión intencionada de partículas en el líquido (ej. 0.03% Ti y 0.01 %B en las aleaciones de Al.
Las impurezas sirven de puntos adicionales sobre los que permitir la nucleación heterogénea.
Mayor número de núcleos (granos)...