Solidificacion

Reduca (Recursos Educativos)
Serie Química de Materiales. 4 (3): 211-284, 2012
ISSN: 1989-5003

Diagramas y transformaciones de fase
6. Solidificación
Mª Concepción Merino Casals
Departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica.
Facultad de Ciencias Químicas. Ciudad Universitaria 28040 Madrid
cmerinoc@quim.ucm.es

Resumen: Se estudian las características de lanucleación de sólidos en líquidos, tanto
la nucleación homogénea como la nucleación heterogénea. Una vez producida la
nucleación el proceso de solidificación continúa mediante el crecimiento de sólidos en
líquidos. Las características del crecimiento de los metales están controladas por que la
solidificación se produzca bajo un determinado tipo de gradiente de temperaturas. Se
establece que formasde crecimiento adoptan tanto los metales puros como los no
metales. Para poder justificar las formas de crecimiento de las aleaciones hay que
establecer las condiciones de enfriamiento de una aleación monofásica. Los lingotes
son unas piezas de elevada sección que condicionan las formas de los cristales así
como los defectos que se producen en ellos. Continuamos con la solidificacióneutéctica, el crecimiento de eutécticos tanto facetados como no facetados y laminares
y el efecto de las impurezas en los eutécticos. Se explica también la zona de
crecimiento cooperativo de eutécticos, los eutécticos divorciados y las aleaciones de
composición fuera del eutéctico. La otra forma común de solidificar una aleación es
por reacción peritéctica, donde además de las características deestas
transformaciones vemos las diferencias entre las estructuras eutécticas y peritécticas.
Palabras clave: Nucleación de sólidos en líquidos. Crecimiento de sólidos en líquidos.
Enfriamiento de una aleación monofásica. Solidificación de lingotes. Solidificación
eutéctica. Solidificación peritéctica.

INTRODUCCIÓN

La solidificación es una transformación en la que un líquido que no tieneestructura cristalina, pasa a un sólido con estructura cristalina. Dentro de los procesos
que incluyen la solidificación están los procesos de colada ya sea en moldes, lingoteras
o por colada continua. También en los procesos de soldadura está presenta la
solidificación, así como en el crecimiento de monocristales (semiconductores) o en la
fabricación de composites.
Podemos ver en la tabla 1las diferencias fundamentales entre las propiedades
de la fase sólida y la fase líquida. Como se observa en la tabla la primera diferencia
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fundamental es que sea o no una fase cristalina y que la ordenación atómica sea de
largo o corto alcance. Este hecho está relacionado con que laestructura cristalina no
se altere o lo haga de forma más o menos lenta, que está en contraposición con el
cambio constante de la fase líquida. Las propiedades de los sólidos están
condicionadas por el tipo de enlace (metales, cerámicos y polímeros) y en el caso de
los líquidos por los defectos. En cuanto a la conductividad es la misma independiente
de que sea fase líquida o sólida.
PropiedadTipo de fase
Ordenación atómica
Movilidad atómica
Facilidad cambio estructura
Fluidez
Propiedades
Número de coordinación
Conductividad eléctrica
Conductividad térmica

Fase líquida
No cristalina
Corto alcance
Alta
Cambio constante
Sí
Similares f (defectos)
Aproximadamente constante
Similar
Similar

Fase sólida
Cristalina
Largo alcance
Baja
No se altera
No
Diferentes f(enlace)
Diferente
Diferente
Diferente

Tabla 1. Propiedades de la fase sólida y la fase líquida.

LA NUCLEACIÓN DE SÓLIDOS EN LÍQUIDOS

La solidificación es una transformación que se produce de forma discontinua. Es
necesaria la presencia simultánea de las fases sólida y líquida y se produce por la
nucleación y crecimiento de un sólido en el seno de un líquido. Cuando la presión es...