Principios de solidificación

Nucleación

n Es la formación de los primeros pequeños cristales de nanotamaño en el material fundido.

n Lo mismo ocurre cuando el vapor de un líquido se condensa, las gotitas de tamaño nanométrico sed denominan núcleos

n Un embrión es una partícula diminuta de sólido que se forma en el líquido cuando se agrupan los átomos.

n El embrión es inestable, puede crecer o redisolverse.

Mecanismo de crecimienton Sabemos que para fundir un sólido debemos

aplicar calor, por ende cuando un cristal se forma de un líquido se libera calor.

n El crecimiento de los núcleos sólidos depende de cómo se elimina el calor del material fundido.

n En el proceso de solidificación, se debe eliminar dos tipos de calor, el calor específico del líquido y el calor latente de fusión

n El calor específico es el necesario para cambiar un grado la temperatura de un peso unitario del material.

n Cuando un cristal sólido se forman en un líquido se genera calor. Este calor se llama calor latente de fusión

Crecimiento planar

n Cuando un líquido bien inoculado se enfría en condiciones de equilibrio, no hay necesidad de subenfriarlo, porque puede presentar nucleación heterogenea.

n Toda pretuberancia que comienza a crecer en la interfaz esté rodeada de líquido a mayor temperatura que la solidificación

Crecimiento dendrítico

n Cuando el líquido no se inocula y la nucleación es mala, se debe subenfriar el líquido para que se forme sólido. Bajo estas condiciones una pequeña pretuberancia llamada dendrita, la cual se forma en la interfaz, puede incrementar su crecimiento, porque el líquido por delante del frente de solidificación está subenfriado.

Tiempo de solidificación y tamaño de dendritan La rapidez con que se efectúa el

crecimiento del sólido depende de la velocidad de enfriamiento, rapidez de extracción del calor.

n Una mayor velocidad de crecimiento produce una solidificación rápida

Estructura de la pieza colada

n En la fabricación de componentes por el proceso de fundición o vaciado, los metales fundidos se vierten en moldes y se dejan solidificar. El molde produce una forma llamada pieza colada o lingote.

n Un lingote requiere extensa deformación plástica para formar un producto terminado

n Los granos crecen con más rapidez en ciertas direcciones cristalográficas. En los metales con estructura cúbica, los granos de enfriamiento rápido tengan una dirección <100> perpendicular a la pared del molde crecen con más rapidez que los granos con orientación menos favorables

Defectos de solidificación

nContracción: casi todos los materiales son mas densos en estado sólido que en estado líquido.

nDurante la solidificación del material este se contrae hasta un 7%.

n La mayor parte de contracción produce cavidades, si la solidificación comienza en todas las superficies de la pieza, o rechupes, si una superficie se solidifica con más lentitud que las demás, la presencia de los rechupes genera problemas.

n Para controlar las cavidades y rechupes se debe colocar una mazarota, que es un depósito de metal adyacente al molde y comunicado con la pieza vaciada.