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Solidificación: Nucleación y Crecimiento

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Formación de fase sólida desde el líquido; determina la microestructura de fundición (tamaño de grano inicial, morfología dendrítica) que alimenta E2.

ID:('ky', 1664)


Energía libre de núcleo

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$\Delta G(r)=\frac{4}{3}\pi r^3\Delta G_v+4\pi r^2\gamma_{sl}$

$Delta G_v$
Energía libre volumétrica
$J/m³$
$gamma_{sl}$
Energía superficial sólido-líquido
$J/m²$
$Delta G(r)$
Cambio de energía libre de nucleación
$J$
$r_n$
Radio de núcleo
$m$



ID:('gm', 14505)


Radio crítico

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$r_c=\frac{2\gamma_{sl}}{|\Delta G_v|}$

$Delta G_v$
Energía libre volumétrica
$J/m³$
$gamma_{sl}$
Energía superficial sólido-líquido
$J/m²$
$r_c$
Radio crítico de núcleo
$m$



ID:('gm', 14506)


Barrera crítica

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$\Delta G_c^*=\frac{16\pi\gamma_{sl}^3}{3\Delta G_v^2}$

$Delta G_v$
Energía libre volumétrica
$J/m³$
$gamma_{sl}$
Energía superficial sólido-líquido
$J/m²$
$Delta G_c^*$
Barrera energética crítica
$J$



ID:('gm', 14507)


Subenfriamiento-energía libre

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$\Delta G_v=\frac{L_f\Delta T}{T_m}$

$Delta T$
Subenfriamiento
$K$
$T_m$
Temperatura de fusión
$K$
$L_f$
Calor latente volumétrico
$J/m³$
$Delta G_v$
Energía libre volumétrica
$J/m³$



ID:('gm', 14508)


Tasa de nucleación

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$\dot N=N_0e^{-\Delta G_c^*/k_BT}e^{-Q_d/k_BT}$

$N_0$
Prefactor de nucleación
$1/m³s$
$dot N$
Tasa de nucleación
$1/m³s$
$T$
Temperatura instantánea
$K$
$Delta G_c^*$
Barrera energética crítica
$J$
$Q_d$
Energía de activación difusiva
$J$
$k_B$
Constante de Boltzmann
$J/K$



ID:('gm', 14509)


Enfriamiento

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$T(t+\Delta t)=T-\dot T_{cool}\Delta t$

$T$
Temperatura instantánea
$K$
$dot T_{cool}$
Velocidad de enfriamiento
$K/s$
$Delta t$
Paso temporal
$s$



ID:('gm', 14510)


gphysics.net - Dr. Willy H. Gerber
Palos Verdes, Costa de Corral, Región de los Rios, Chile