Solidificación

Es un proceso industrial donde la mayor parte de los objetos metálicos se construyen a partir del material en estado líquido, enfriándolo en un molde con la forma definitiva o conformándolo mecánicamente una vez que haya solidificado en un lingote. Se puede dividir en dos etapas: nucleación (formación de núcleos estables), crecimiento (de los núcleos). El estudio se lleva a cabo a partir de curvas de enfriamiento. En ellas se observa un escalón correspondiente a la Tª de equilibrio, ya que los cambios de fase se producen a Tª constante en los metales puros. Pero este enfriamiento es teórico, ya que cuando se trata de enfriamientos industriales son frecuentes los fenómenos de subenfriamiento, en los que el material permanece en estado fundido a una Tª inferior a la de equilibrio.

Velocidad de enfriamiento

Velocidad a la que se produce la solidificación. Vendrá dada por el producto de la velocidad de nucleación y la velocidad de crecimiento de los núcleos. Las propiedades mecánicas aumentan al disminuir el tamaño medio de sus granos, y esto se consigue o aumentando la velocidad de nucleación o fragmentando los granos.

Diagrama de fases o equilibrio

Es la representación gráfica de las fases presentes en un material para diferentes Tª, presiones y composiciones. Tipos: aleación de dos metales (diagrama bidimensional), aleación de dos metales totalmente solubles en estado sólido, aleación eutéctica (es aquella que para una determinada composición, solidifica a una Tª inferior a sus componentes puros), aleación de dos metales parcialmente solubles en estado sólido.

Celda u

Parte de la estructura de un metal que se repite para formar redes cristalinas.

Alotropía

Propiedad de algunos materiales de presentar diversas estructuras cristalinas en diferentes condiciones de presión y Tª (en compuestos químicos polimorfismo).

Difusión

Fenómeno de gran importancia en los sólidos puesto que el movimiento de los átomos regula procesos metalúrgicos. En un sólido, la agitación térmica de los átomos puede provocar que éstos se desplacen a otras posiciones. Este tipo de movimientos se denominan difusión. Cuando un metal se enfría, comienza a cristalizar, produciéndose en varios puntos agrupaciones de átomos, de ahí que existan los granos y las juntas de grano.

Compuestos Fe-C

Ferrita alfa: (solución sólida de inserción del C en Fe alfa. A 727º su valor máximo es de 0.0218%. Se considera como Fe prácticamente puro. Más blando y dúctil de los aceros), Ferrita delta (solución sólida de C en Fe delta. Solubilidad máxima 0.09% a 1495º), Cementita (Fe3C 6.67%. Cristaliza en el sistema ortorrómbico. Constituyente más duro y frágil de los aceros), Perlita (estructura resultante de la solidificación de un acero eutectoide. Formada por láminas alternas de cementita y ferrita. Solubilidad máxima 0.77%), Martensita (se origina al someter una estructura austenítica a un enfriamiento muy rápido. Más duro de los aceros), Austenita (constituyente más denso de los aceros. Estructura con inserción de C en los huecos)

Puntos Fe-C

Eutéctico (el líquido de 4.3% en C se transforma a 1148º en austenita y cementita), Eutectoide (la austenita sólida se convierte a 727º en ferrita y cementita), Peritéctica (el líquido con 0.53% de C a 1495º se combina con ferrita para convertirse en austenita) En la eutectoide pasa de un estado sólido a otro sólido distinto y la eutéctica de líquido a sólido.

Soluciones sólidas

Son aleaciones metálicas, una mezcla homogénea de dos o más metales o de algún metal y uno o varios no metales. Dos condiciones: los elementos deben ser totalmente solubles en estado líquido, el producto obtenido debe poseer carácter metálico. En cada disolución hay un material disolvente (en mayor proporción) y otro soluto (en menor). Cuando los cristales cristalizan en distinta red, se denomina disolvente al metal cuya estructura prevalece. Hay dos tipos: de sustitución (algunos átomos son sustituidos por otros), de inserción (se introducen átomos entre otros átomos)

Solidificaciones de no equilibrio

En los procesos industriales los datos que se obtienen a partir de un diagrama de fases deben aceptarse con ciertas precauciones ya que las velocidades de solidificación no son infinitamente lentas. Puede suceder que las solidificaciones muy rápidas conduzcan a la aparición de fases no estables en condiciones de equilibrio.

Recocido de homogeneización

Consiste en calentar la aleación hasta una Tª ligeramente inferior a la curva de solidos con el fin de que se disgreguen los granos

Las aleaciones eutectoides son susceptibles de endurecimiento (incremento de su resistencia mecánica) mediante el proceso térmico de envejecimiento. Fases: puesta en solución, hipertemple y maduración.

Tratamientos de los metales

Térmicos (temple, revenido, normalizado, recocido), termoquímicos (carburación, nitruración, carbonitruración, solfinización), mecánicos (forja, en frío), superficiales (cromado, metalización)

Elevada conductividad térmica y eléctrica, considerable resistencia mecánica, gran plasticidad, ductilidad y tenacidad, elevada maleabilidad, posibilidad de reciclado.