Cristalización de una pieza metálica real.
Usemos como ejemplo el acero
vertido en una
lingotera (molde para lingote).
El acero vertido en la lingotera se enfría a velocidades
diferentes cerca de las paredes de la lingotera y dentro del lingote.
cerca de las paredes de la lingotera la velocidad de enfriamiento del
acero es mayor que en el centro, ya que existe una diferencia grande de
temperatura: unos 1540 oC y mas (en el centro) y unos
80-100 oC (en las paredes de la lingotera). En el acero al
entrar en contacto con la lingotera relativamente fría, se
generan grandes cantidades de centro de cristalización. Alrededor de estos
centros crecen pequeños cristales de tamaño semejante,
que forman la capa exterior fina del lingote, zona micro cristalina. (zona 1 de la
figura 1).
Al crecimiento de los
cristales se opone el contacto de la gran cantidad de centros de
cristalización y el enfriamiento intensivo desde la superficie
del lingote.
A consecuencia de la formación de la primera capa de cristales
el volumen del metal disminuye, y la lingotera al calentarse se dilata.
De acuerdo con el calentamiento de las paredes de la lingotera y la
disminución del volumen del metal, el lingote se separa un tanto
de la lingotera, y la velocidad de enfriamiento del material
disminuye, ahora los centros de cristalización tienen mayor
tiempo para crecer, se forman cristales mas grandes que pueden formar
granos pequeños dando lugar a la segunda capa o capa micro granular (zona 2 figura
1).
En un tercer período, los cristales tienen la posibilidad de
desarrollarse durante un tiempo mas largo aun, hacia la
dirección del centro del lingote, que es donde el material
permanece fundido, a consecuencia de lo cual se forma una zona de
cristales alargados, cristales
columnares (zona 3 figura1). El crecimiento de estos cristales
columnares tiene lugar mientras continúe la evacuación
relativamente intensa del calor, desde el centro hasta los puntos
periféricos.
Con la disminución de la temperatura en el núcleo
líquido del lingote hasta cerca de la temperatura de
solidificación, aparecen en esta zona nuevos centro de
cristalización a partir de los cuales empiezan a crecer los
cristales en diferentes direcciones, originándose de este modo
la cuarta zona de cristales o zona de
orientación variadas.
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Figura 1
1.-Capa
micro
cristalina; 2.- Capa micro granular; 3.- Cristales columnares;
4.-
Cristales de orientación variada; 5.- Zona de
segregación; 6.- Rechupe; 7.- Puente metálico.
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Dependiendo de las condiciones del material vertido, la
composición química de acero, la velocidad de
enfriamiento del metal en la lingotera, cada una de las zonas de
cristalización puede tener mayor o menor desarrollo.
Durante el proceso de cristalización del acero, su volumen
disminuye, en aquella parte del lingote donde el metal pasa del estado
líquido al sólido, a último momento, se forma una
depresión conocida como rechupe
(zona 6 figura 1).
Durante la solidificación progresiva del metal fundido, algunos
componentes de baja densidad pertenecientes a las impurezas del acero (carbono, fósforo, azufre
etc.), flotan segregados en la masa líquida mas densa del acero
y terminan acumulados en la capa superior del lingote, en el
fondo del rechupe. Esta zona se conoce como zona de segregación (zona 5
figura1). También van a parar a la zona de segregación,
las burbujas de gases presentes en el acero vertido, o las formadas
durante la cristalización.
La zona 7 de la figura 1, conocida como puente metálico, se forma
originalmente debido a la intensa transferencia de calor del material
fundido al molde o al aire ambiente, y constituye una capa delgada de
material micro cristalino o micro granular.
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