Nucleación homogénea
La nucleación homogénea describe la formación espontánea de núcleos cristalinos directamente en un fundido puro sin ninguna superficie extraña. Para ello, el fundido debe estar fuertemente subenfriado, a menudo de 100 a 300 grados Kelvin por debajo del punto de fusión. En la práctica de soldadura, este caso rara vez ocurre porque el baño fundido siempre contiene suficientes núcleos extraños para la nucleación heterogénea habitual (en superficies extrañas).
Mecanismo físico-químico de acción
En una fusión homogénea, los átomos se mueven desordenadamente. Al enfriarse, se forman aleatoriamente pequeños grupos de átomos que determinan la estructura cristalina. Estos grupos generalmente se descomponen de inmediato porque su superficie cuesta energía. Solo cuando la fusión está fuertemente subenfriada, algunos de estos núcleos crecen. El subenfriamiento necesario suele estar de 100 a 300 Kelvin por debajo del punto de fusión. La nucleación homogénea requiere una alta barrera de energía y solo ocurre en fusiones muy puras, libres de partículas.
Relevancia metalúrgica y riesgos en la soldadura
En el baño de soldadura siempre hay superficies extrañas: los flancos de la junta, capas de óxido, restos de fundente, elementos de aleación. En estas superficies, los núcleos de cristal se forman mucho más fácilmente porque la energía interfacial disminuye. Por eso, la solidificación ocurre casi siempre de manera heterogénea. La nucleación homogénea solo ocurre en fusiones extremadamente limpias, como en soldaduras especiales al vacío. Riesgo: si ocurre nucleación homogénea, el baño solidifica abruptamente después de un fuerte subenfriamiento. Los gases que antes estaban disueltos no pueden escapar y forman poros. Además, se generan altas tensiones internas debido al cambio repentino de volumen.
Práctica de taller e instrucciones de actuación
El práctico no puede influir directamente en la nucleación homogénea, pero puede hacerla improbable. Para ello, asegura muchos núcleos extraños en el baño de fusión: añadir inoculantes como titanio o aluminio, utilizar materiales de aporte con óxidos o carburos finamente distribuidos. Estas partículas actúan como núcleos e inician la cristalización ya con un bajo subenfriamiento. Así se obtiene una estructura de grano fino y tenaz sin porosidad. No mantengas el baño de fusión líquido innecesariamente por mucho tiempo y evita una pureza excesiva de los materiales si no hay una aplicación especial detrás.