Solidificacion

6.1 Solidificación de los metales

Los metales sólidos son materiales cristalinos que se caracterizan por su enlace metálico, fuerza, ductilidad razonable y principalmente, por su conductividad eléctrica. Por ejemplo: el hierro y el cobre.

El proceso de solidificación comprende desde el vertido del metal fundido hasta la solidificación total y tiene dos etapas a considerar:

• La primera etapa, la contracción, va seguida de la velocidad de extracción o disipación del calor.

• La segunda etapa, estructura de grano, es donde se emplean técnicas de solidificación dirigida, sobretodo en regiones donde el metal no conviene que permanezca mucho tiempo en estado líquido, y en la que la estructura de grano se define en el sólido.

Un aspecto de gran importancia es la estructura de grano de la pieza fundida, ya que define sus propiedades finales.

Contracción

La contracción ocurre, durante el proceso de solidificación, en tres etapas: la contracción líquida (durante el enfriamiento anterior a la solidificación), la contracción asociada (al paso de líquido a sólido) y, finalmente, la que se produce durante el enfriamiento hasta la temperatura ambiente.

Contracción líquida Contracción asociada Enfriamiento a temperatura ambiente

En la primera etapa se produce una disminución de la altura de la columna de líquido, aproximadamente en un 0.5% en volumen.

Proceso de solidificación sobre un molde cilíndrico

Por este motivo, los fabricantes de los modelos deben considerar la contracción que se produce por solidificación, para lo que se sobredimensionan las cavidades dentro del molde.

Estructura de grano

Líquido Contacto con paredes Subenfriamiento Germinación

En el proceso de solidificación, el primer contacto del líquido con las paredes frías del molde genera un fuerte sub-enfriamiento del líquido, a una temperatura por debajo de la solidificación, produce una germinación abundante de pequeños cristales sólidos adheridos a las paredes. A partir de ese momento, y debido al calor expulsado por el sólido recién formado hacia las paredes y el líquido próximo, se favorece al crecimiento de columna o detrítico de los granos formados. Algunas orientaciones cristalográficas son más rápidas en el crecimiento que otras, con lo que aparece una zona de grano muy grueso de gran orientación cristalina. Finalmente, el líquido que solidifica al final puede formar granos muy gruesos y equiáxicos, por lo que la microestructura resultante es muy heterogénea y sin isotropía.

Estas características microestructurales hacen que los granos de los productos moldeados sean normalmente grandes, con la consiguiente pérdida de resistencia mecánica y de tenacidad.

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