Solidificacion e imperfecciones cristalinas

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Capitulo 4 Solidificacion e imperfecciones cristalinas
4.1 Solidificacion de metales
La solidificación de un metal se divide en las siguientes etapas
1.-La formación de nucleos estables en el fundido (nuclescion)
2.-El crecimiento de nucleos para formar cristales y la formación de una estructura granular
4.1.1 Formacion de nucleos estables en metales liquidos
Los mecanismos principalespor lo que tiene lugar la nucleación de partículas en un metal liquido son : nucleación homogénea y heterogenea
La nucleación homogénea
Tiene lugar en el liquido fundido cuando el metal proporciona por si mismo los atomos que se requieren para formar los nucleos.
La nucleación homogénea suele requerir cientos de altos de niveles de subenfriamiento que pueden llegar a ser de varios cientos degrados centígrados para algunos metales. Para que un nucleo estable pueda transformase en un cristal debe alcanzar un tamaño critico y a esto se le llama embrión y otra que sea mayor al tamaño critico se le llama nucleo.
Energias que participan en la nucleación homogénea
En la nuecleacion homogénea deben considerarse dos tipos de cambios de energia
1) La energia libre de volumen (liberada por laformación de liquido a solido
2) La energia libre de superficie (necesaria para formar las nuevas superficies solidas de las partículas solidificadas

Nucleación heterogénea
La nucleación heterogénea es la que tiene lugar en un líquido
Sobre la superficie del recipiente que lo contiene, las impurezas insolubles u otros materiales estructurales disminuyen la energía libre necesaria paraformar un núcleo estable Para que ocurra la nucleación heterogénea, el agente de nucleación sólido (impureza sólida o recipiente) debe ser mojado por el metal líquido. También el líquido debe solidificar fácilmente en el agente de nucleación.

La nucleación heterogénea ocurre sobre el agente de nucleación porque la energía superficial para formar el núcleo estable es inferior a que si el núcleo seformara en el propio líquido puro (nucleación homogénea)

4.1.2 Crecimiento de cristales de un metal líquido y formación de una estructura granular

Después que se forman los núcleos estables en un metal en solidificación, crecen hasta formar cristales en cada cristal los átomos están ordenados en un modelo esencialmente regular, pero la orientación de cada cristal varía Cuando finalmenteconcluye la solidificación del metal, los cristales se juntan unos con otros en diferentes orientaciones y forman límites cristalinos en los que los cambios de orientación tienen lugar en una distancia de pocos átomos. Un metal solidificado que contenga muchos cristales se llama policristalino. En el metal solidificado los cristales se llaman granos y las superficies entre ellos, límites de grano.Cuando un metal relativamente puro se moldea en un molde fijo sin utilizar afinadores de grano, se producen normalmente dos tipos de estructuras de grano principalmente:
1. Granos equiaxiales
2. Granos columnares granos equiaxiales se encuentran normalmente junto a la pared del molde frío Un gran enfriamiento cerca de la pared crea una elevada concentración de núcleos durante la solidificación,una condición necesaria para producir una estructura de granos equiaxiales.

Los granos columnares son alargados, delgados y burdos, y se forman cuando un metal se solidifica muy lentamente en presencia de un fuerte gradiente de temperaturas. Relativamente pocos núcleos están disponibles cuando se producen los granos columnares.
Los

4.1.3 Estructura granular de las fundiciones industrialesEn la industria, los metales y aleaciones se moldean en varias formas. Si el metal va a ser trabajado después de la fundición, se obtienen primero grandes coladas de forma sencilla para después fabricar el producto semiacabado Por ejemplo, en la industria del aluminio, las formas más habituales para las operaciones posteriores son los planchones de corte transversal rectangular, y los lingotes...
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