Solidificación En Fundición

MECÁNICA AVANZADA DE MATERIALES SOLIDIFICACIÓN
1. INTRODUCCIÓN La solidificación es una transformación de fase (de líquido a sólido) que resulta familiar a todos, aún cuando la única experiencia con este fenómeno consista en la formación de hielo. La manufactura de casi todos los objetos creados por el hombre involucra a la solidificación en algún momento. Los metales, los polímeros y el vidriose forman en general por solidificación del material fundido. Normalmente la solidificación de polímeros y vidrios no involucra cristalización ya que los átomos no alcanzan a producir una estructura ordenada antes del final de la solidificación. Por otro lado hay muchas sustancias, incluidos los metales, que si bien presentan una estructura cristalina en condiciones normales de solidificación,pueden solidificar sin un orden atómico si la velocidad de enfriamiento es suficientemente rápida, proceso que es llamado “vitrificación”. El vidrio puede llegar a cristalizar espontáneamente un tiempo después de que el enfriamiento terminó. Algunos polímeros también pueden llegar a cristalizar con bajas velocidades de enfriamiento y ciertos controles sobre la solidificación o bien con la aplicaciónde tensiones direccionales. 2. MICROESTRUCTURA La estructura de un sólido que puede verse con elevados aumentos en un microscopio (microscopio óptico operando con aumentos de entre 100 y 1000 veces), es llamada microestructura, mientras que en los casos en que la estructura del material puede verse a simple vista o bajo microscopio de baja potencia es llamada macroestructura. Existe una infinitavariedad de microestructuras y un mismo material puede presentar diferentes tipos bajo condiciones distintas. Existe una estrecha relación entre la microestructura de un material y sus propiedades. Según sea el material, diferentes procesos son los que originan su microestructura. En el caso de los materiales obtenidos por solidificación, ésta es la que determina las características de susmicroestructuras y, por lo tanto, tiene una influencia decisiva sobre las propiedades físicas de los mismos. 2.1 Microestructura de los metales y aleaciones metálicas Los metales son materiales muy empleados en la construcción y la industria. Aunque las propiedades son muy diversas de unos a otros, concuerdan en algunos aspectos característicos. Todos los metales poseen en mayor o menor grado altoscalores específicos, buena conductividad térmica y eléctrica, alta densidad, un brillo característico (brillo metálico), y la más interesante propiedad, la de ser capaces de deformarse ampliamente y con carácter permanente sin rotura. La mayoría de las propiedades características de los metales se deben a una configuración especial de los átomos metálicos. Los metales no están formados por una masa desustancia

homogénea y continua, sino que existe una arquitectura o estructura en su seno por la que toda la masa metálica está formada por un conjunto de partículas o granos íntimamente unidos entre sí. Estos granos son de diversos tamaños y formas irregulares, aproximadamente equiaxiales y unidos por finos contornos, ver Figura 1. Al ser todos los granos de un mismo material parece extraño quese destaquen unos de otros. Un estudio más profundo del problema revela que cada grano posee a su vez una estructura o arquitectura propia en la que los átomos tienen una ordenación espacial geométrica que es característica de cada metal. Esta particular ordenación espacial atómica, característica de los cuerpos cristalinos, nos revela que los metales poseen carácter cristalino y que los granosque forman el metal son verdaderos cristales irregulares o fragmentarios, cuyos contornos se forman debido a las interferencias mutuas que impiden un desarrollo correcto de los cristales. Estando formados estos granos por átomos idénticos y ordenaciones geométricas iguales, sólo se diferencian unos de otros por la diferente orientación de las agrupaciones atómicas que los constituyen. En la...