Determinacion De Diagramas De Enfriamiento

Marco teórico

Solidificación

La solidificación es la transformación de un elemento o compuesto desde su fase líquida hacia su fase sólida.
La forma en la que solidifica un cuerpo se puede ver alterada por muchos factores, siendo los principales la extracción calórica del medio en donde solidifica y la composición del cuerpo.
El proceso de solidificación comienza al disminuir latemperatura del medio donde se encuentra el cuerpo en su fase líquida, con lo cual se acerca a su temperatura de fusión.
Al acercase al punto de fusión, los átomos del cuerpo comienzan a aglomerarse, dando lugar a un proceso llamado nucleación.

Nucleación
Consiste en la formación de partículas sólidas del cuerpo, que comienzan a crecer dentro de la fase líquida para finalmente terminar con el cuerpocompletamente sólido.
Cuando la temperatura alcanza el punto de fusión, se forman pequeñas partículas sólidas, las cuales se descomponen y se transforman en líquido nuevamente.
Esto es porque dichas partículas siguen siendo “partículas sub-críticas”, aunque una partícula de mayor tamaño podría crecer ya que en este punto

GL >GS , donde GL : energía del líquido ; GS : energía del sólido.Esta “re-fusión” de las partículas se debe a la energía asociada a la interfaz sólido-líquido de las mismas, ya que la temperatura de fusión de estas pequeñas partículas, o embriones, es menor que el punto de fusión de partículas de mayor tamaño.
Si la temperatura del líquido es solo ΔT por debajo del punto de fusión del embrión, entonces cualquier partícula que quiera transformarse en una“partícula súper-crítica” debe alcanzar un cierto radio mayor o igual al radio crítico r* , donde:

Tf (r*)= Tf - ΔT

Cualquier partícula que disminuya la energía del sistema (volverlo más estable) mediante su crecimiento debe ser lo suficientemente grande como para tener un punto de fusión por sobre
(Tf – ΔT). Si ésta es más pequeña, entonces está por sobre el punto de fusión y simplemente se funde.A la cantidad ΔT se le llama sub-enfriamiento, debido a que el cuerpo permanece líquido aún por debajo de su punto de fusión, hasta que las partículas que se forman alcancen el suficiente tamaño como para comenzar a crecer.
Una vez alcanzado un suficiente ΔT como para que los embriones comiencen a crecer para disminuir la energía del sistema, la temperatura comienza a elevarse nuevamente, debidoal calor liberado por la formación de los enlaces entre los átomos de dichas partículas.
Esta elevación de la temperatura se detiene al alcanzar el punto de fusión de la especie que se encuentra solidificando, ya que el líquido no puede sobrecalentarse debido a que las tensiones superficiales de las interfaces líquido-sólido hacen que no exista una barrera de energía que impida estatransformación.
Luego de que el cuerpo está completamente solidificado, la temperatura continua disminuyendo por la extracción calórica del medio, completando así el proceso de solidificación.

Como se puede apreciar, claramente el proceso de solidificación puede verse fácilmente alterado dependiendo del medio en el que se dé, y de que especie se encuentre solidificando.
En un molde con mayor extraccióncalórica, la solidificación es mucho más rápida, con lo cual el tamaño de los núcleos formados es menor, lo cual da origen a una micro-estructura de granos más finos, y viceversa.
Existen varios fenómenos asociados a la nucleación y solidificación, como lo es el sub-enfriamiento constitucional, que consiste en un sub-enfriamiento producido por una acumulación de soluto en la interfaz sólido-líquidoque se encuentra solidificando, lo cual hace variar los puntos de fusión, provocando un posible avance irregular de la interfaz, dando lugar a unas formaciones en forma de ramas llamadas dendritas, las cuales alteran las propiedades mecánicas de los materiales.
Lo importante de todo esto es que controlando el proceso de solidificación se pueden lograr distintos tipos de materiales partiendo...