Solidificación de metales

“Cuando se cuelan las aleaciones fundidas, se inicia la solidificación en las paredes del molde a medida que se enfrían. 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 llamadas dendritas (cuyo significado es semejantes aárboles) y metal líquido. El tamaño y forma de las dendritas depende de la velocidad”

Resumen del capítulo 4

SOLIDIFICACIÓN DE METALES

La solidificación de metales y aleaciones es un importante proceso industrial, 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 lassiguientes etapas:
1. La formación de núcleos estables en el fundido (nucleación).
2. El crecimiento de núcleos para formar cristales y la formación de una estructura granular.
La mayoría de metales y aleaciones se funden y se moldean en forma semiacabada o acabada. Durante la solidificación del metal en el molde se forman núcleos que se convierten en granos, dando lugar a un metal de fundiciónsolidificado con una estructura de grano policristalina. Para la mayoría de las aplicaciones industriales es preferible que el grano sea de tamaño muy pequeño. El tamaño del grano puede determinarse de manera Indirecta mediante el número de tamaño de grano n de la ASTM o se puede determinar directamente midiendo el diámetro promedio del grano. Los monocristales de gran tamaño rara vez se fabricanen la industria; sin embargo, una excepción son los grandes monocristales de silicio producidos para la industria de semiconductores. Para este material se necesitan condiciones de solidificación especiales y silicio de elevada pureza.


Ilustración esquemática mostrando las diversas etapas en la solidificación de metales: a) formación de núcleos; b) crecimiento de los núcleos hasta formarcristales y c) unión de cristales para formar granos y límites de granos asociados. Nótese que los granos están orientados al azar.

Formación de núcleos estables en metales líquidos
Los dos mecanismos principales por los que tiene lugar la nucleación de partículas sólidas en un metal líquido, son: la nucleación homogénea y la nucleación heterogénea.
Nucleación homogénea Se considera en primerlugar la nucleación homogénea porque es el caso más simple de nucleación. La nucleación homogénea 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 solidificando. Cuando un metal líquido puro se enfría lo suficiente por debajo de su temperatura de equilibrio de solidificación, se creannumerosos núcleos homogéneos mediante el movimiento lento de los átomos que se unen entre sí. La nucleación homogénea suele requerir de un nivel alto de subenfriamiento que puede llegar a ser de varios cientos de grados centígrados para algunos metales. Para que un núcleo estable pueda transformarse en un cristal debe alcanzar un tamaño crítico. Una agrupación de átomos enlazados entre sí con untamaño menor al tamaño crítico, se llama embrión; y otra que sea mayor que el tamaño crítico, se llama núcleo. A causa de su inestabilidad, los embriones se forman y redisuelven constantemente en el metal fundido , debido a la agitación de los átomos.
Energías que participan en la nucleación homogénea En la nucleación homogénea de un metal puro que está solidificando deben considerarse dostipos de cambios de energía: 1) la energía libre de volumen liberada por la transformación de líquido a sólido y 2) la energía libre de superficie necesaria para formar las nuevas superficies sólidas de las partículas solidificadas


Realmente no existen cristales perfectos sino que contienen varios tipos de imperfecciones y defectos, que afectan a muchas de sus propiedades físicas y mecánicas...