La fusione di un metallo avviene ad una determinata temperatura che rimane costante finché tutto il volume di metallo non è passato in fase liquida. Il calore necessario a rompere i legami tridimensionali del metallo è detto calore latente di fusione solo quando tutti i legami sono stati spezzati, e il metallo è tutto in fase liquida, la temperatura riprende a salire.
Quando la temperatura scende al disotto della temperatura di fusione (Tf), il metallo cede calore, e ricostituisce i legami, dando inizio alla solidificazione. Prima della ricristallizzazione si ha la soprafusione, cioè l’abbassamento della temperatura Tf. Durante il raffreddamento si formano degli aggregati di atomi che vengono detti “nuclei” di cristallizzazione. Se questi nuclei si formano spontaneamente si ha una nucleazione omogenea o di primo tipo, mentre in presenza di impurezze si ha una nucleazione eterogenea, di secondo tipo. La solidificazione è regolata da due grandezze: velocità di nucleazione, cioè il numero dei nuclei che si forma nell’ unità di tempo, e velocità di accrescimento dei nuclei stessi.
I nuclei ingranditi formano i grani che si collegano, ognuno mantenendo la propria orientazione, mediante giunti; la transizione da un grano all’altro prende il nome di “bordo di grano”. Le dimensioni dei grani dipendono dal numero dei nuclei e dalla loro distribuzione. Se i nuclei si formano velocemente e si accrescono lentamente si ha una struttura a grana fine, viceversa si otterrà una struttura a grana grossa. In generale, a temperatura ambiente, una lega è tanto più resistente quanto più la sua grana è fine, mentre vale il contrario ad alta temperatura. Nota dunque la cinematica del processo, per ottenere metalli a grana fine si aggiungono dei nucleanti artificiali. L’accrescimento dei grani è detto “dendritico” quando avviene con alcune direzioni preferenziali, generalmente comandate dal tipo di raffreddamento della massa liquida.
All’inizio della solidificazione si creano dei nuclei disseminati nella massa liquida, e ogni singolo cristallo sarà uguale all’ altro ma orientato in modo diverso. Quando il numero dei cristalli aumenta e la struttura si compatta, i bordi dei grani vengono a contatto. Il contenuto energetico degli atomi sui bordi è maggiore rispetto a quelli interni e li rende chimicamente più reattivi e più sensibili alla corrosione. Molti materiali infatti sono soggetti alla corrosione intergranulare che si propaga lungo i bordi dei grani.
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