solidificación ( definición, etapas del proceso)
La solidificación es un proceso que se logra de modo inverso a la fusión, y que se produce por el enfriamiento de los líquidos. El punto de fusión que es aquella temperatura por la cual el sólido pasa al estado líquido, es el mismo punto en que se produce el proceso inverso de solidificación. En el agua ocurre a 0º C.
Al sustraerse calor al líquido éste irá disminuyendo su temperatura, las partículas que lo componen tendrán cada vez menos movimiento, hasta que se ordenan, tomando una posición en la estructura cristalina. Ese es el momento en que se opera la solidificación, y el líquido perderá su capacidad de fluir. En pocas palabras, la solidificación es un cambio de estado.
Etapas de la solidificación:
1) Formación de núcleos estables (nucleacion)
En esta etapa existe la nucleación homogénea y la nucleación heterogénea.
La nucleacion homogénea es cuando el fluido proporciona por si mismo los átomos para poder formar los núcleos. Cuando baja la temperatura de un liquido por debajo de su punto de fusión se comienza a formar núcleos (conjunto de átomos con menor velocidad que se mantienen juntos). Se requiere un alto grado de subenfriamiento, (descenso de la temperatura por debajo de su punto de fusión) hasta varios cientos de grados en algunos metales.
La nucleacion heterogénea tiene lugar sobre la superficie del recipiente o de un sustrato solido. Se requiere menor subenfriamiento para poder producir un núcleo estable por nucleacion heterogénea.
2) Crecimiento de núcleos hasta dar origen a los cristales
El principal factor que puede afectar a la formación de granos son los gradientes térmicos.
Los núcleos crecen hasta que se puedan dar cristales, un liquido solidificado que tiene en su interior muchos cristales se le considera policristalino. Cuando ya la solidificación termina, los cristales se juntan pero con diferentes orientaciones los cuales dan lugar a los limites cristalinos en los que los cambios de orientación tienen lugar a una distancia de unos pocos átomos.
3) unión de cristales para formar granos
Los cristales en el liquido se le llaman granos y a las superficies entre ellos limites de grano. El numero de lugares para nuclear disponibles en un liquido en su proceso de enfriamiento, afectara a la estructura granular del liquido solido. Si hay pocos puntos de nucleacion durante la solidificación, se produce una estructura de grano gruesa. Pero si hay muchos lugares, se produce un grano fino.
Cuando se entra a la parte de ingeniería de los materiales, se desean estructuras de grano fina para poder tener mas resistencia y uniformidad en productos metálicos terminados.
Cuando un metal se solidifica sin refinadores de grano (material agregado para obtener granos finos), se producen normalmente dos tipos de estructuras de grano:
Granos equiaxiales: Es cuando los cristales pueden crecer en todas las direcciones y se encuentran justamente en la pared del recipiente que se encuentre a menor temperatura. Esto produce la formacion de muchos nucleos.
Granos en columnas, son alargados, delgados, se producen cuando hay pocos nucleos disponibles. Esto es cuando el metal solidifica relativa lentitud en presencia de un excesivo gradiente termico.
Al sustraerse calor al líquido éste irá disminuyendo su temperatura, las partículas que lo componen tendrán cada vez menos movimiento, hasta que se ordenan, tomando una posición en la estructura cristalina. Ese es el momento en que se opera la solidificación, y el líquido perderá su capacidad de fluir. En pocas palabras, la solidificación es un cambio de estado.
Etapas de la solidificación:
1) Formación de núcleos estables (nucleacion)
En esta etapa existe la nucleación homogénea y la nucleación heterogénea.
La nucleacion homogénea es cuando el fluido proporciona por si mismo los átomos para poder formar los núcleos. Cuando baja la temperatura de un liquido por debajo de su punto de fusión se comienza a formar núcleos (conjunto de átomos con menor velocidad que se mantienen juntos). Se requiere un alto grado de subenfriamiento, (descenso de la temperatura por debajo de su punto de fusión) hasta varios cientos de grados en algunos metales.
La nucleacion heterogénea tiene lugar sobre la superficie del recipiente o de un sustrato solido. Se requiere menor subenfriamiento para poder producir un núcleo estable por nucleacion heterogénea.
2) Crecimiento de núcleos hasta dar origen a los cristales
El principal factor que puede afectar a la formación de granos son los gradientes térmicos.
Los núcleos crecen hasta que se puedan dar cristales, un liquido solidificado que tiene en su interior muchos cristales se le considera policristalino. Cuando ya la solidificación termina, los cristales se juntan pero con diferentes orientaciones los cuales dan lugar a los limites cristalinos en los que los cambios de orientación tienen lugar a una distancia de unos pocos átomos.
3) unión de cristales para formar granos
Los cristales en el liquido se le llaman granos y a las superficies entre ellos limites de grano. El numero de lugares para nuclear disponibles en un liquido en su proceso de enfriamiento, afectara a la estructura granular del liquido solido. Si hay pocos puntos de nucleacion durante la solidificación, se produce una estructura de grano gruesa. Pero si hay muchos lugares, se produce un grano fino.
Cuando se entra a la parte de ingeniería de los materiales, se desean estructuras de grano fina para poder tener mas resistencia y uniformidad en productos metálicos terminados.
Esta es una imagen de granos grandes debido al poco espacio para la nucleacion.
Granos equiaxiales: Es cuando los cristales pueden crecer en todas las direcciones y se encuentran justamente en la pared del recipiente que se encuentre a menor temperatura. Esto produce la formacion de muchos nucleos.
Granos en columnas, son alargados, delgados, se producen cuando hay pocos nucleos disponibles. Esto es cuando el metal solidifica relativa lentitud en presencia de un excesivo gradiente termico.
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