LA SOLIDIFICAZIONELa solidificazione è il passaggio dallo stato liquido allo stato solido dopo il quale la distanza fra le particelle si riduce e la struttura diventa più ordinata.Nel caso ideale di un metallo puro finché fase liquida e solida coesistono la temperatura del sistema rimane costante (temperatura nominale di solidificazione). Quando la solidificazione è completata la temperatura riprende nuovamente a scendere, in un modo che può essere diverso: i calori latenti di liquido e solido possono differire. Nel caso reale la solidificazione è avviata da sottoraffreddamento, che comporta lo sviluppo di calore latente e quindi un rallentamento della velocità di raffreddamento. (Grafici). In seguito il calore latente sviluppato supera quello asportato dal recipiente e di conseguenza il metallo innalza leggermente la sua temperatura (recalescenza). Infine torna a prevalere l'asportazione di calore dal sistema e si ha un definitivo abbassamento della temperatura.La solidificazione avviene mediante due stadi successivi: la nucleazione e l'accrescimento.La nucleazione è l’aggregazione di un numero limitato di atomi che formano piccoli nuclei di cristallo ed è avviata termicamente: con la diminuzione della temperatura la mobilità degli atomi diminuisce al punto che possono trovarsi a distanze inferiori rispetto al raggio critico e unirsi tra loro; la ridotta energia cinetica fa sì che non riescano più separarsi. Si formano così piccoli agglomerati di atomi. Nel caso ideale la nucleazione è omogenea, nella realtà invece è eterogenea: la presenza delle superfici causa un abbassamento dell'energia superficiale tra liquido e solido, così la nucleazione inizia dalle pareti e procede verso l'interno.La scelta delle caratteristiche della parete è fondamentale nel processo di solidificazione perché ne determina la velocità, che viene valutata da un parametro, definito bagnabilità, e legato all'angolo di contatto tra l’embrione (agglomerato) e la superficie:- θ=0 ° → bagnabilità perfetta (crescita rapida degli embrioni)- θ=180° → bagnabilità nulla (crescita lenta degli embrioni)L'accrescimento è invece la progressiva associazione di altri atomi ai nuclei con conseguente diminuzione della fase liquida. Il tipo di grano dipende dalle modalità con cui è avvenuta la solidificazione: possono essere compatti oppure, nel caso di nucleazione debole, dendritici (con diramazioni). La velocità alla quale avviene l'accrescimento dipende dalla velocità di raffreddamento e di estrazione del calore. Il tempo di solidificazione ha importanti conseguenze per quanto riguarda la distanza dei bracci secondari dei dendriti. Questo influisce sulle caratteristiche meccaniche: una solidificazione rapida produce piccole distanze tra i bracci secondari che portano ad avere elevata resistenza e duttilità.Per la solidificazione i metalli vengono colati entro forme che possono essere getti finiti, se coincidono con la forma del pezzo finale, o lingotti, forme semplici che devono subire successive lavorazioni.A causa delle disomogeneità dettate dalle diverse tempistiche di solidificazione nelle forme in cui è stato colato il metallo fuso, si distinguono tre zone:1) la zona fredda, in cui il ∆T tra superficie e metallo è maggiore; si creano tanti nuclei di piccole dimensioni e orientati casualmente.

2) la zona colonnare, che presenta grani allungati e che si forma nel momento in cui i grani della zona fredda cominciano a crescere. I grani in tale zona crescono ortogonali alla parete partendo dalla zona più fredda verso quella più calda.3) la zona equiassiale, che si sviluppa soprattutto nelle leghe e contiene nuovi grani piccoli e orientati casualmente; tale zona ha proprietà isotrope.Durante la solidificazione si possono formare dei difetti per via della contrazione del materiale (in genere lo stato liquido ha volume specifico maggiore rispetto a quello solido). Il difetto di contrazione può essere interdedritico o dovuto ai gas. Il ritiro interdedritico avviene durante l'accrescimento, quando il fuso trova difficoltà a fluire attraverso la rete dei dendriti producendo così dei piccoli pori (microporosità). Molti metalli contengono allo stato liquido dei gas i quali, durante la solidificazione, formano bolle che restano intrappolate nel metallo solido formando così porosità gassose. Per rimediare a questi difetti si deve rendere la solidificazione più rapida possibile oppure, nel caso dei gas, aggiungere elementi che formino con essi composti solidi.