Principio De Solidificación

PRINCIPIO DE SOLIDIFICACIÓN

Es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia de líquido a sólido producido por una disminución en la temperatura o por una compresión de este material. Es el proceso inverso a la fusión, y sucede a la misma temperatura. Ejemplo de esto es cuando colocamos en el congelador agua, como la temperatura es muy baja esto hace que se haga hielo, o en pocas palabras, aumenta el volumen al solidificarse, aunque no sucede en todos los casos.

NUCLEACIÓN:

Se llama nucleación a la aparición de una nueva fase estable.

Cada fase posee una energía libre de Gibbs de modo que las curvas de la energía libre se cortan en un punto a una determinada temperatura, dicha temperatura sería la temperatura de la transición. Para la formación de la nueva fase ambas energías libres deben de ser iguales, de modo que a temperaturas menores a la temperatura de transición únicamente existiría fase inicial mientras que a temperaturas mayores existiría la fase final. Es inmediatamente después de la temperatura de transición cuando aparecen las primeras regiones (núcleos) de la nueva fase, no obstante, estas regiones pueden ser estables o no debido a fluctuaciones térmicas, si la región de material es estable, entonces se habría formado un núcleo de la nueva fase y habría sucedido la nucleación de lo contrario, si la región no es estable no sucederá la nucleación y se volvería a la fase inicial.

En los procesos de cristalización, es la formación de nuevos núcleos cristalinos a partir de disoluciones sobresaturadas o en fundidos sobreenfriados. El proceso de nucleación presenta dos contribuciones que determinan la estabilidad de los núcleos formados: la energía libre de solidificación (contribución termodinámicamente favorable), y la energía libre de formación de las nuevas superficies del núcleo (contribución desfavorable).

TIPOS DE NUCLEACIÓN:

La nucleación puede ser de dos tipos: Homogénea o heterogénea. Las cuales dependen del tipo de material así como de la transformación realizada.

Se define la nucleación homogénea como aquel tipo de nucleación que ocurre cuando los átomos o moléculas de la fase inicial son iguales tanto química como energética y estructuralmente.

Se define la nucleación heterogénea como aquel tipo de nucleación que ocurre cuando los átomos o moléculas de la fase inicial no son iguales tanto química como energética y estructuralmente.

A raiz de las definiciones anteriores el tipo de nucleación más común sería la heterogénea pues la mayor parte de los materiales poseen algún tipo de defecto que hace que el material carezca de las mismas propiedades en cada uno de sus puntos; por tanto la existencia de inhomogeneidades e imperfeccciones hacen que la nucleación más frecuente sea la heterogénea, ya que estos lugares la energía requerida para la nucleación es menor y por tanto son sitios preferentes para darse nucleación.

Además la existencia de estas imperfecciones (como pueden ser fronteras de grano, dislocaciones…) hace que la nucleación no sea un proceso aleatorio ya que se nuclea en lugares concretos, mientras que en la nucleación homogénea al ser todo la fase inicial igual este proceso de nucleación era aleatorio. Tras la nucleación aparece el proceso de crecimiento.

CURVA DE ENFRIAMIENTO

Son una representación gráfica de la temperatura (T o Tº) de un material frente al tiempo (t) conforme este se enfría.

Como se habla de "enfriamiento", la temperatura debe disminuir mientras el tiempo avanza por eso se habla de una proporción inversa donde una cantidad disminuye mientras la otra aumenta.

DEFECTOS DE SOLIDIFICACIÓN

Aunque son muchos los defectos que potencialmente se pueden generar durante la solidificación, la contracción y la porosidad merecen mención especial. Si una pieza vaciada contiene poros (agujeros pequeños), esa pieza puede fallar catastróficamente si se usa en aplicaciones de carga.

Contracción.- Casi todos los materiales son más densos en estado sólido que en estado líquido. Durante la solidificación, el material se contrae o encoge hasta un 7%

Frecuentemente la mayor parte de la 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 esos rechupes puede ocasionar problemas.

Contracción interdendrítica.- Consiste en pequeños poros de contracción entre dendritas .Este defecto, también llamado microporosidad, es difícil de evitar usando mazarotas. Las altas velocidades de enfriamiento pueden reducir los problemas de contracción interdendrítica; las dendritas pueden ser más cortas, lo que permitirá que el líquido pase a través de la red de dendritas hacia la interfaz que se está solidificando. Además, cualquier contracción remanente puede ser más fina y estar distribuida más uniformemente.

Sopladuras o Porosidades de gas.- Muchos metales disuelven una gran cantidad de gas cuando están fundidos. Por ejemplo, el aluminio disuelve al hidrógeno. Sin embargo, al solidificarse el aluminio el metal sólido sólo retiene una fracción pequeña del hidrógeno en su estructura cristalina, porque la solubilidad es apreciablemente menor. El exceso de hidrógeno que no puede incorporarse en la estructura cristalina del metal o la aleación sólida forma burbujas que pueden quedar atrapadas en el metal sólido, produciendo porosidades de gas o sopladuras. La cantidad de gas que se puede disolver en el metal fundido se determina con la ley de Sievert:

% de gas = K P gas

Donde P gas es la presión parcial del gas en contacto con el metal, y K es una constante que, para determinado sistema de metal y gas, aumente al aumentar la temperatura. Se puede minimizar las sopladuras en las piezas coladas manteniendo baja la temperatura del líquido o agregando al líquido materiales que se combinen con el gas y formen un sólido, o asegurando que la presión parcial del gas se mantenga baja. Esto último puede lograrse colocando al metal fundido en una cámara de vacío o burbujeando un gas inerte a través del metal. El lavado con gas o burbujeo, es un proceso en el que se inyectan burbujas de un gas, que puede ser inerte o reactivo, en un metal fundido, para eliminar elementos indeseables en él.

EL VACIADO O COLADO.

La colada o vaciado es el proceso que da forma a un objeto al hacer entrar material liquido en un agujero o cavidad formado que se llama molde y dejar que se solidifique el liquido. Cuando el material se solidifica en la cavidad retiene la forma deseada. Después,

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