laboratorio de solidificaccion



Introducción:
El estudio del comportamiento térmico de los materiales es necesario para comprender su análisis térmico y de esta manera poder medir la propiedad física de un metal respecto a su temperatura; mientras esta está siendo sometida a temperatura controlada.
Todos los objetos metálicos tienen como origen una primera etapa de estar en estado líquido, para después pasar al sólidopor medio de moldes; durante este proceso es necesario tener en cuenta la solidificación de los metales, ya que gracias a esta determinamos la calidad del producto final.
A continuación, en el siguiente informe de laboratorio se va a describir el proceso de solidificación de un metal, dando a conocer los pasos y características más resaltantes del ensayo.

Marco teórico
Solidificación deMetales puros 
Los metales puros, a diferencia de las aleaciones metálicas, poseen una temperatura de fusión bien definida, por lo que, al ser enfriados en equilibrio, toda la masa metálica solidifica a una misma temperatura, .  Esta temperatura se mantiene constante durante el cambio de fase y es seguida de un enfriamiento en estado sólido. Los metales, sin embargo, normalmente son enfriados bajocondiciones de no equilibrio. En estas condiciones, los núcleos sólidos comenzarán a formarse a una temperatura menor que, requiriendo entonces de un sub enfriamiento. La evolución de la temperatura en función del tiempo durante la solidificación se ilustra en una curva de enfriamiento típica en la figura.

Se observa que, luego del sub-enfriamiento representado por , el material sufre un leveaumento de temperatura hasta llegar a la temperatura de fusión. Esto ocurre ya que, cuando existe suficiente sólido formado, éste libera una cantidad apreciable de calor latente de transformación, lo que eleva la temperatura del material hasta. Una vez alcanzada, la temperatura permanece constante durante la solidificación.
El fenómeno de aumento de temperatura después del sub-enfriamiento recibe elnombre de recalescencia.
Los granos de un metal idealmente puro crecen en forma columnar plana –es decir, como un grano alargado- en las zonas inmediatamente aledañas a las paredes de los moldes, en la dirección principal de la transferencia de calor. En las zonas centrales, donde la formación de sólido metálico en las paredes disminuye la conductividad del calor, los granos suelenser equiaxiales, como se muestra en la figura.

Solidificación de Aleaciones
            Las aleaciones metálicas, al estar constituidas por más de un elemento, solidifican en un rango de temperaturas y no a temperatura constante, como los metales puros. Este rango de temperaturas comienza con la temperatura y termina con la temperatura del diagrama de fase de la aleación, para una composición de aleacióndada.
La forma de los bordes de grano en la solidificación de aleaciones generalmente es dendrítica. Esto ocurre porque el gradiente térmico es negativo, es decir, que la temperatura del líquido aledaño a la interfase es menor que la del sólido formado. La negatividad del gradiente térmico se debe a que el líquido frente a la interfase se enriquece de soluto debido a una re-eyección por parte delsólido; de esta forma, el líquido baja su temperatura y se obtiene un crecimiento dendrítico.


 La naturaleza termodinámica de la zona de la interfase, cuestión que determina la forma de crecimiento de grano, queda definida tanto por el gradiente térmico como por la velocidad de solidificación, como se ilustra en la figura

G representa el gradiente térmico y R la velocidad de solidificación(velocidad con que avanza la interfase, directamente relacionada con la velocidad de enfriamiento).
 
En las aleaciones enfriadas bajo condiciones de no equilibrio, se produce una redistribución de soluto durante la solidificación, en que el sólido re-eyecta soluto al líquido que aún no ha solidificado, de esta forma, se tiene un gradiente de concentración de soluto entre las zonas del grano...