Microestructura de Lingotes de Metal Puro: Colada y Subenfriamiento

En un lingote de metal puro obtenido por colada en lingotera, donde se produce un subenfriamiento térmico inicial en la zona de contacto con la pared, se observa una microestructura característica:

• Zona de enfriamiento rápido (cercana a la pared del molde): El fundido en contacto con las paredes frías del molde experimenta un fuerte subenfriamiento.
• Crecimiento columnar o dendrítico: A partir de este subenfriamiento, se favorece el crecimiento de granos alargados (columnares o dendríticos) orientados en una dirección cristalográfica particular.
• Zona central: En el centro de la fundición, se forma una zona de granos equiaxiales (granos alargados orientados al azar) que detienen el crecimiento de los granos columnares.

Tipos de Moldeo en la Fabricación de Metales: Características y Aplicaciones

Los procesos de moldeo se clasifican según las características del molde y del modelo:

Moldeo con Modelo Permanente y Molde Desechable

• Fundición en arena: Proceso rápido y automatizable, que ofrece buenos acabados, precisión dimensional y permite obtener espesores finos. Ejemplos: bloques de motores, bocas de incendios, accesorios de tuberías.

Colada con Molde Permanente

• Moldeo en coquilla:
  • Molde metálico (acero o fundición) de dos mitades.
  • Para metales de bajo punto de fusión (aleaciones de aluminio, magnesio, bronces, latones).
  • Rentable para series de 1000 o más piezas.
  • Buen acabado superficial, control dimensional y microestructura de grano fino.
  • Ejemplos: cuerpos de bombas, pistones, piezas para industria aeronáutica y armamentística.
• Moldeo por inyección:
  • El fundido se inyecta a alta presión (10-210 MPa).
  • Para grandes series de piezas de metales de bajo punto de fusión (Mg, Zn, Cu), polímeros y cerámicos.
  • Buenos acabados superficiales y alta tolerancia dimensional.
  • Altas velocidades de producción, bajo coste y microestructura de grano fino (buenas propiedades mecánicas).
• Moldeo por centrifugación:
  • Molde permanente que gira a alta velocidad (300-3000 rpm).
  • Materiales de grano fino en el interior y extremadamente fino en la pared exterior (mejora la resistencia a la corrosión).
  • Fabricación de tubos o piezas cilíndricas huecas.
  • Se moldean fundiciones, aceros y aleaciones de Al, Cu y Ni.

Colada con Molde o Modelo Desechable

• Moldeo a la cera perdida (lost-foam): Permite obtener piezas con buen acabado superficial, tolerancias dimensionales ajustadas y piezas de pequeño diámetro.

Nucleación Homogénea y Heterogénea en la Solidificación de Metales

Tipos de Nucleación

• Nucleación homogénea: Generación espontánea de cristales en el seno del líquido cuando el subenfriamiento es suficiente.
• Nucleación heterogénea: Se produce con agentes nucleantes (impurezas) que proporcionan una superficie sobre la cual se forma el sólido, favoreciendo la generación de cristales.

Las velocidades de nucleación aumentan con el grado de subenfriamiento debido a la disminución del diámetro crítico estable.

Variables Clave en la Solidificación y Crecimiento de Núcleos

El tamaño y la forma de la microestructura están regulados por:

• Velocidad de nucleación (Vn): Número de núcleos formados por unidad de volumen y tiempo. Aumenta con el grado de subenfriamiento.
• Velocidad de crecimiento del grano (Vc): Velocidad lineal con la que crecen los núcleos durante la solidificación.
• Crecimiento:
  • Crecimiento planar: Interfase sólido-líquido lisa o plana. El molde absorbe el calor latente.
  • Crecimiento dendrítico: Ocurre cuando la nucleación es débil y el líquido se subenfría. Se forman dendritas (protuberancias sólidas) en la interfase.

Endurecimiento y Ablandamiento durante la Deformación Plástica en Caliente

Endurecimiento

En el conformado en caliente (por encima de la temperatura de recristalización, 0.6-0.9 Tf), no se pierde plasticidad. Las altas temperaturas posibilitan una fluencia continua, con velocidad constante, y las fuerzas de deformación son constantes (fluencia sin endurecimiento). La creación de dislocaciones por acción mecánica aumenta la temperatura y la fluencia.

Ablandamiento

• Restauración: Disminución de la concentración de dislocaciones, formando subgranos o «micelas».
• Recristalización: Formación de nuevos granos cristalinos más pequeños y libres de deformación.

Restauración y Recristalización: Procesos Dinámicos y Estáticos

Tras el conformado en caliente, se forman «micelas». Los granos se reducen en tamaño y se reordenan.

• Restauración: Disminución de la concentración de dislocaciones, formando «micelas».
• Recristalización: Formación de nuevos granos cristalinos más pequeños.

Estos procesos pueden ser:

• Dinámicos: Ocurren simultáneamente durante el proceso de conformado.
• Estáticos: Ocurren posteriormente al proceso de conformado en caliente.