dendrita

Una dendrita es una estructura cristalina ramificada que se forma cuando el metal o la aleación fundida se enfría y solidifica. El nombre proviene de la palabra griega para árbol, y el parecido es exacto: los cristales crecen hacia afuera en un patrón dendrítico con un tronco central y ramas progresivamente más finas, muy parecido a un árbol desnudo en invierno. Esta geometría surge porque los átomos se adhieren preferentemente a los bordes principales del cristal en crecimiento en lugar de rellenar uniformemente.

Las dendritas no son opcionales en la mayoría de las piezas fundidas; aparecen naturalmente durante la solidificación. La velocidad de enfriamiento y el gradiente de temperatura en el molde determinan su tamaño y carácter. El enfriamiento rápido en secciones delgadas produce dendritas finas y compactas con un pequeño espaciado entre los brazos primarios, típicamente medido en micrómetros. El enfriamiento lento en secciones gruesas permite que las dendritas crezcan más, con un espaciado entre brazos que alcanza milímetros. La velocidad de solidificación, el sobrecalentamiento del metal fundido y la presencia de elementos de aleación influyen en la morfología dendrítica.

Por qué las dendritas son importantes para la resistencia y la falla

La estructura dendrítica rara vez es ideal. Las ramas atrapan metal líquido entre ellas, creando segregación: los elementos de aleación se concentran a lo largo de las trayectorias dendríticas y se agotan en los espacios intermedios. Esta segregación química puede reducir la ductilidad y la tenacidad, y crea vías para la corrosión en servicio. Los límites entre dendritas adyacentes de diferentes sitios de nucleación, llamados límites de grano, son puntos débiles donde se inician las grietas bajo tensión o fatiga.

Los metalúrgicos controlan la estructura dendrítica mediante parámetros de fundición y tratamiento posterior a la solidificación. El refinamiento del grano añade sitios de nucleación, forzando muchas dendritas pequeñas en lugar de unas pocas grandes. El enfriamiento rápido a través del rango de solidificación favorece dendritas más finas. El tratamiento térmico después de la fundición, particularmente la homogeneización a alta temperatura, disuelve la segregación y puede borrar parcialmente el patrón dendrítico.

Las dendritas son inevitables en las piezas fundidas en arena, las piezas fundidas en molde permanente y los lingotes. La fundición a presión de alta presión y la fundición por compresión producen dendritas más finas porque la velocidad de enfriamiento del molde es mucho más rápida. En la colada continua de acero, el tamaño de la dendrita refleja directamente la velocidad del hilo y la intensidad del enfriamiento secundario. Comprender el tamaño y el espaciado de las dendritas es esencial para predecir las propiedades mecánicas y controlar la formación de defectos en las piezas fundidas estructurales y los lingotes.