Aleaciones Ferrosas

FUNDAMENTOS DE SOLIDIFICACION DE METALES Y ALEACIONES


LA SOLIDIFICACION
La solidificación es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia de líquido a sólido. El proceso de solidificación de un metal o aleación es determinante para la calidad del producto final, porque si el material queda defectuoso en esta etapa, será muy difícil efectuar las correcciones en elprocesamiento posterior. La solidificación de metales y aleaciones es un importante proceso industrial ya que la mayoría de los metales se funden para moldearlos hasta una forma acabada o semiacabada. En general, la solidificación de un metal o aleación puede dividirse en las siguientes etapas: 1. Formación de núcleos estables en el fundido (nucleación) 2. Crecimiento del núcleo hasta dar origen acristales, y la formación de una estructura granular. El aspecto que cada grano adquiere después de la solidificación del metal depende de varios factores, de entre los que son importantes los gradientes térmicos. Los granos denominados equiaxiales, son aquellos en que su crecimiento ha sido igual en todas las direcciones. Los dos mecanismos principales por los que acontece la nucleación departículas sólidas en un metal liquido son: nucleación homogénea y nucleación heterogénea. Nucleación homogénea: se considera en primer lugar la nucleación homogénea porque es el caso más simple de nucleación. Esta se da en el líquido fundido cuando el metal proporciona por sí mismo los átomos para formar los núcleos. Nucleación heterogénea: en este caso la nucleación sucede en un líquido sobre lasuperficie del recipiente que lo contiene, impurezas insolubles, u otros materiales estructurales.

4.2 SOLIDIFICACIÓN Y ENFRIAMIENTO
Después de vaciar el metal fundido en el molde, éste se enfría y solidifica. En esta sección examinaremos los mecanismos físicos de solidificación que ocurren durante la fundición.

4.2.1 Solidificación de los metales
La solidificación involucra el regreso del metalfundido al estado sólido. El proceso de solidificación difiere, dependiendo de si el metal es un elemento puro o una aleación. Un metal puro solidifica a una temperatura constante que constituye su punto de congelación o punto de fusión. Los puntos de fusión de los metales puros son bien conocidos. El proceso ocurre en un tiempo determinado como se muestra en la figura, conocida como curva deenfriamiento. La solidificación real toma un tiempo llamado tiempo local de solidificación o intervalo de solidificación, durante el cual el calor latente de fusión del metal escapa fuera del molde. El tiempo total de solidificación va desde el momento de vaciar el metal hasta su completa solidificación. Después que la fundición se ha solidificado completamente, el enfriamiento continúa a una velocidadindicada por la pendiente hacia debajo de la curva de enfriamiento. Debido a la acción refrigerante de la pared del molde, se forma una delgada película inicial de metal sólido en la pared inmediatamente después del vaciado. El espesor de esta película aumenta para formar una costra alrededor del metal fundido que va creciendo hacia el centro de la cavidad conforme progresa la solidificación. Lavelocidad del enfriamiento depende del calor que se transfiere en el molde y de las propiedades térmicas del metal.

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Curva de enfriamiento para un metal puro Es interesante examinar la formación del grano metálico y su crecimiento durante este proceso de solidificación. El metal que forma la película inicial se ha enfriado rápidamente por la extracción de calor a través de la pared delmolde. Esta acción de enfriamiento causa que los granos de la película sean finos, equiaxiales y orientados aleatoriamente. Al continuar el enfriamiento se forman más granos y el crecimiento ocurre en direcciones alejadas de la transferencia de calor. Como el calor se transfiere a través de la costra y la pared del molde, los granos crecen hacia adentro como agujas o espinas de metal sólido. Al...