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Principios de solidificación
De todas las técnicas de procesamiento que se usan en la manufactura de los materiales, es posible que la de solidificación sea la más importante.
Durante la solidificación de los materiales que cristalizan, el arreglo atómico de los materiales cristalizados cambia de un orden de corto alcance a uno de largo alcance. La solidificación de los cristalinos requieredos pasos: en el primero, se forman en el líquido pequeños cristales ultrafinos, llamados núcleos de la fase solida. En el segundo paso, que puede traslaparse con el primero, los pequeños cristales comienzan a crecer a medida que los atamos en el líquido se adhieren a los núcleos, hasta que ya no queda liquido.

Hoy, miles de años después, aun se considera que la solidificación es uno de losprocesos de manufactura más importantes. En la industria se usa también el proceso de solidificación como paso de procesamiento primario para producir lingotes. A continuación, los lingotes se trabajan en caliente o en frio, en el procesamiento secundario, para obtener formas útiles. La solidificación se aplica también cuando se unen materiales metálicos con técnicas como soldadura, latonado yestañado. También se usa para procesar vidrios inorgánicos.
Por lo anterior, la solidificación es una tecnología extremadamente importante para controlar las propiedades de productos derivados de la fusión y también como medio para fabricar materiales modernos diseñados.

El nucleación indica la formación de los primeros pequeños cristales de nano tamaño en el material fundido. Cuando un vapor secondensa en un líquido, las gotas de líquido, aparecen cuando comienza la condensación y se llaman núcleos. Lo interesante en estas transformaciones es que, en la mayoría de los materiales diseñados, muchas de ellas se efectúan cuando el material esta en estado solido, es decir, no interviene la fusión. Se espera que un material se solidifique cuando el liquido se enfría justo abajo de su temperaturade solidificación, porque la energía asociada con la estructura cristalina del solido es menor que la energía del liquido.
Un embrión es una partícula diminuta de solido que se forma en el liquido cuando se agrupan los atamos. Es inestable, y puede crecer y formar un núcleo estable o redisolverse. La formación de embriones es un proceso estadístico. Se forma y se redisuelven muchos embriones. Sipor casualidad se forma un embrión que tiene un radio mayor, el crecimiento posterior hace que la energía libre total disminuya. Entonces, el nuevo solido es estable y sustentable, porque ha sucedido la nucleación.
Si la temperatura disminuye con respecto a la de equilibrio de solidificación, la fase liquida que debería haberse transformado en solido viene a ser cada vez mas inestabletermodinámicamente. Como el líquido esta debajo de la temperatura de solidificación de equilibrio, se considera subenfriado. El subenfriamiento es la temperatura de equilibrio de solidificación menos la temperatura real del liquido. Este fenómeno se puede ver en muchas otras transformaciones de fase.
La nucleación homogénea se presenta cuando el subenfriamiento es lo suficientemente grande como para causarla formación de un núcleo estable.
La nucleación en las superficies prexistentes se llama nucleación heterogénea. Se requiere un subenfriamiento mucho menor para alcanzar el tamaño crítico, y la nucleación se lleva a cabo con más facilidad. Este proceso depende del angulo de contacto entre la fase que nuclea y la superficie donde sucede la nucleación.
La velocidad de nucleación se define comola cantidad de nucleos formados por unidad de tiempo, y es una función de la temperatura.

Cuando se solidifica una pieza metálica vaciada, las impurezas en el material fundido y en las paredes del molde en el que se hace la solidificación actúan como sitios de nucleación heterogénea. A veces se introducen intencionalmente partículas nucleantes en el liquido. A esas practicas se les llama...