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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).

Cristales en un lingote
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.

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.

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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