Curva de enfriamiento de un metal

Una curva de enfriamiento es aquella en la cual se muestra cómo varia la temperatura de un material (en este caso un metal puro) con el transcurso del tiempo. El líquido se vierte en un molde a la temperatura de vaciado. La diferencia entre la temperatura de vaciado y la de solidificación es el sobrecalentamiento. El líquido se enfría cuando el molde extrae su calor específico, hasta que llega a la temperatura de solidificación. Si el líquido no está bien inoculado, debe subenfriarse. La pendiente de la curva de enfriamiento antes de que se inicie la solidificación es la velocidad de enfriamiento . Cuando comienza la nucleación, se cede el calor latente de fusión y la temperatura aumenta. Este aumento de temperatura del líquido subenfriado como resultado de la nucleación se llama recalescencia. La solidificación avanza esotéricamente a la temperatura de fusión a medida que el calor latente cedido de la solidificación continua se contrarresta con el calor perdido.

Curva de enfriamiento de un metal puro que no fue bien inoculado. El líquido se enfría al eliminar su calor específico (entre los puntos A y B). Por tanto, es necesario el subenfriamiento (entre los puntos B y C), el calor latente de fusión se desprende, causando un aumento en la temperatura del líquido. A este proceso se le llama recalescencia (del punto C al D). El metal continua solidificándose a temperatura constante (T fusión = T solidificación). En el punto E, la solidificación es completa. La pieza solida continúa enfriándose a partir de ese punto.

Curva de enfriamiento para un metal bien inoculado, pero por lo demás duro. No se necesita subenfriamiento. No se observa la recalescencia. La solidificación comienza en la temperatura de fusión. La región entre los puntos D y E, donde la temperatura es constante, se llama meseta térmica. Se produce cuando el desprendimiento de calor latente de fusión se equilibra con el calor que pierde por el enfriamiento. En el punto E, la solidificación ha finalizado y la pieza solida se enfría desde el punto E hasta la temperatura ambiente.

Si el líquido esta bien inoculado, el grado de subenfriamiento suele ser muy pequeño. El subenfriamiento y la meseta térmica son muy pequeños, y se puede observar en las curvas de enfriamiento solo con mediciones muy cuidadosas. Si se encuentran núcleos heterogéneos eficaces en el líquido, la solidificación comienza a la temperatura de solidificación. El calor latente mantiene el líquido restante a la temperatura de solidificación, hasta que se ha solidificado todo y ya no se puede desprender más calor latente. El incremento en estas condiciones es plano. El tiempo total de solidificación de la pieza es el necesario para eliminar tanto el calor específico del líquido como el calor latente de fusión. Si se mide desde el momento de vaciado hasta que termina la solidificación, este tiempo se determina con la regla de Chvorinov. El tiempo local de solidificación de la pieza es el necesario para eliminar solo el calor latente de fusión en determinado lugar en la fundición; se mide a partir del momento en que comienza la solidificación (y los tiempos totales de solidificación) para los líquidos que se solidifican pasando por subenfriamiento o por inoculación son un poco diferentes.

Con frecuencia usamos los términos “temperatura de fusión” y “temperatura de solidificación” al describir la solidificación. Seria más exacto usar el término “temperatura de fusión” para describir cuando un sólido se convierte por completo en un líquido. Para los metales puros y compuestos (intermetalicos), esto sucede a una temperatura fija (suponiendo una presión fija) y sin sobrecalentamiento.

Bibliografía:

-Ciencia e ingeniería de los materiales - Donald R. Askeland

...