Solidificacion de metales

SOLIDIFICACION

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 ese intervalo, tiene una forma pastosa que consiste en estructuras arborescentes llamadas dendritas y metal liquido. Eltamaño y la forma de las dendritas dependen de la velocidad de enfriamiento. El metal liquido que se encuentra entre estas estructuras tridimensionales dendríticas, finalmente se solidifica formando una estructura completamente solida que se denomina estructura granular. El estudio de las dendritas es importante pues fluye en las variaciones de composición, porosidad y segregación, y, porconsiguiente, en las propiedades del metal salido del molde. La imagen muestra la estructura tridimensional de las dendritas formando durante la solidificación de una superaleacion con base de níquel.

SOLIDIFICACION DE METALES
La solidificación de metales y aleaciones es un importante proceso industrial, dado que la mayoría de los metales se funden para moldearlos como productos semiacabados oacabados.
En general, la solidificación de un metal o aleación puede dividirse en las siguientes 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 ilustración muestra las diversas etapas de la solidificación de metales: a) formación de núcleos; crecimiento de los núcleoshasta formar metales y c) unión de cristales para formar granos y limite de granos asociados.

FORMACION DE NUCLEOS ESTABLES EN METALES LIQUIDOS.
Los dos mecanismos principales por los que se tiene lugar a la nucleación de partículas solidas en un metal líquido, son: la nucleación homogénea y la nucleación heterogénea.
Nucleación homogénea Se considera en primer lugar la nucleación homogéneaporque es el caso más simple de la nucleación. La nucleación homogénea tiene lugar en el liquido fundido cuando el metal proporciona por si mismo los átomos que se requieren para formar los núcleos. Considérese el caso de un metal puro solidificándose. Cuando un metal liquido puro se enfría lo suficiente por debajo de su temperatura mediante el movimiento lento de átomos que se unen entre sí. Lanucleación homogénea suele requerir un nivel alto de subenfriamiento que puede llegar a ser de varios cientos de grados centígrados para algunos metales (vea tabla). Para que un núcleo estable pueda transformarse en un cristal debe alcanzar un tamaño crítico. Una agrupación de átomos enlazados entre sí con un tamaño menor al tamaño crítico, se llama embrión; y otra que sea mayor al tamaño crítico, sellama núcleo. A causa de su inestabilidad, los embriones se forman t 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 esta solidificando deben considerarse dos tipos de cambios de energía: 1) la energía libre de volumen liberada por la transformación de líquidoha solido y 2) la energía libra de superficie necesaria para formar las nuevas superficies sólidas de las partículas solidificadas.

Tabla. Valores para la temperatura de solidificación, calor de fusión, energía de superficie y máximo subenfriamiento para algunos metales seleccionados.
Metal | Temperatura de solidificación°C K | Calor de fusión(J/cm2) | Energía desuperficie(J/cm2) | Máximo subenfriamiento(ΔT[°C]) |
Pb | 327 600 | 280 | 33.3 × 10-7 | 80 |
Al | 660 933 | 1 066 | 93 × 10-7 | 130 |
Ag | 962 1 235 | 1 097 | 126 × 10-7 | 227 |
Cu | 1 083 1 356 | 1 826 | 177 × 10-7 | 236 |
Ni | 1 453 1 726 | 2 660 | 255 × 10-7 | 319 |
Fe | 1 535 1 808 | 2 098 | 204 × 10-7 | 295 |
Pt | 1 772...