Que es crecimiento planar

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TEMA 6 SOLIDIFICACIÓ
Solidificación: transformación líquido no cristalino-
sólido cristalino
Nucleación de sólidos en líquidos: la transformación ocurre de forma discontínua, Dándose la presencia simultánea de las fases sólida y líquida. La transformación Ocurre por nucleación y crecimiento de un sólido en el seno de un líquido.  A p=cte la temperatura de equilibrio Sólido/líquido se denomina temperatura de fusión. El líquido subenfría una cantidad ΔTª. A esta temperatura el sólido nuclea y cede el calor latente, subiendo la Temperatura hasta Tf. Los núcleos crecen y al terminar la solidificación no hay Calor latente y la temperatura del sólido desciende.
Nucleación homogénea: Se produce cuando el líquido fundido alcanza un elevado Grado de subenfriamiento creando numerosos núcleos homogéneos por movimiento Lento de átomos. Como se trata de la nucleación de una esfera existe un radio Crítico (rc) cuando ΔG es máxima ΔG*.
Si r<rc el sistema desciende la G redisolviéndose. Embriones
Si r>rc el sistema desciende la G a medida que crece el sólido. Núcleos
La nucleación se produce cuando un número suficiente de átomos se agrupa Espontáneamente para producir un núcleo de radio mayor que el crítico
Nucleación heterogénea: Generalmente en los metales líquidos existen impurezas, Bien suspendidas en el líquido o bien en las propias paredes del molde. La Nucleación en las superficies de las impurezas se denomina heterogénea. Ocurre A Tª más altas (menores ΔT) que la nucleación heterogénea, por lo que es Energéticamente más favorable. La nucleación heterogénea se apoya en las Paredes del molde o en un nucleante que actúan como gérmenes de nucleación.
La pared del molde puede actuar como nucleante formándose un casquete esférico de Forma que se equilibran las energías interfaciales.
En la nucleación heterogénea, el subenfriamiento necesario para alcanzar un Radio crítico es mucho menor. La nucleación heterogénea depende de la Mojabilidad del líquido, si el ángulo es grande hay poca adhesión y el sólido Nuclea mal. Si el ángulo es de 180º se forma una burbuja esférica y entonces Ocurre la nucleación homogénea.
A veces se introducen intencionadamente impurezas en el líquido llamadas Inoculantes
Si el enfriamiento es muy rápido, no se alcanza el estado cristalino, Obteniéndose un sólido amorfo
Crecimiento de sólidos en líquidos: Una vez formado el núcleo del sólido, el Crecimiento tiene lugar al adherirse los átomos a la superficie sólida. El Crecimiento depende de la forma en que se extrae el calor del sistema Sólido-líquido
·Calor específico del líquido : calor requerido para cambiar un grado la Temperatura de una masa unitaria de material
·Calor latente de fusión: calor puesto en juego en el cambio de estado
La temperatura de interfase de equilibrio es igual a la Tf. A esta temperatura Puede haber un cambio de átomos entre la fase sólida y líquida y no hay un crecimiento O disolución neta del cristal.

Para que el cristal crezca, la temperatura de la interfase debe ser menor que Tf.
Gradiente de temperatura positivo: crecimiento planar
Cuando un líquido inoculado se enfría lentamente en condiciones de equilibrio, La temperatura del líquido es mayor que la temperatura de solidificación. El Calor latente de fusión se puede eliminar solamente por conducción a través del Solido ya formado.
Cualquier protuberancia que empieza a crecer en la interfase es rodeada por un Líquido que está mayor temperatura que la de solidificación. El crecimiento de La protuberancia se detiene hasta que el resto de la interfase la alcanza.
El crecimiento se llama planar y ocurre por el movimiento gradual de la Interfase sólido-líquido
Gradiente de temperatura negativo: crecimiento dendrítico

Cuando la nucleación no está favorecida, el líquido puede subenfriarse a una Temperatura inferior a la de solidificación.
Una pequeña protuberancia sólida en la interfase se forma y empieza a crecer. Conforme Crece, el calor latente de fusión es conducido hacia el líquido aumentando su Tª. El crecimiento dendrítico continúa hasta que el líquido subenfriado se Calienta hasta la temperatura de solidificación. Cualquier líquido remanente Solidifica de forma planar.
El subenfriamiento es a veces producido por la presencia de impurezas, entonces Se denomina subenfriamiento constitucional. En estos casos, las impurezas actúan Como nucleantes.
Crecimiento planar vs dendrítico
Cuando la Tª del líquido está por encima de la temperatura de solidificación, Una protuberancia en la interfase sólido-líquido no crecerá. El calor latente Se elimina de la interfase a través del sólido.
Si el líquido está subenfriado, una protuberancia en la interfase Sólido-líquido puede crecer rápidamente en forma dendrítica. El calor latente De fusión es absorbido por el líquido subenfriado que eleva su temperatura Hasta la Tª de solidificación
Estructura de solidificación: Lingote
Bloque de metal moldeado con una forma simple. Nunca se usan directamente en Aplicaciones comerciales. Se convierten en otras formas por uno o mas procesos De deformación.
Cuando una pieza metálica se fabrica mediante un proceso de solidificación (fundición), presenta una estructura típica que se denomina estructura de Colada. Esta estructura depende del tipo y naturaleza del molde empleado y se Divide en tres zonas: zona fría, zona columnar y zona equiaxial central
-Zona fría: al colar el metal líquido sobrecalentado, el líquido en contacto Con la pared del molde frío se enfría rápidamente por debajo de su temperatura De solidificación. Esto favorece la nucleación heterogénea en la pared del Molde, donde los cristales crecen hacia el interior del líquido. El crecimiento Es de carácter dendrítico, formado por cristales equiaxiales, al azar y con un crecimiento Limitado por los cristales vecinos.
-Zona columnar: los cristales de la zona columnar se originan a partir de la Zona fría de aquellos cristales que tienen una orientación favorable para el Crecimiento rápido, hacia el centro del lingote y en sentido contrario al flujo Del calor. Se formará una zona columnar de cristales con crecimiento dendrítico O planar dependiendo del subenfriamiento, con orientación preferente en el Lingote.
El crecimiento de os granos columnares hacia el centro del lingote continua sin Impedimentos, mientras que el calor se extrae progresivamente del lingote por Radiación y conducción a través del sólido
-Zona equiaxial: El líquido en el centro del lingote puede llegar a Subenfriarse por efecto térmico y/o constitucional, lo que produce la aparición De cristales equiaxiales de crecimiento dendrítico. El crecimiento columnar se Detiene y se forma una zona equiaxial, que presenta un comportamiento Isotrópico 

Estructura de la  Solidificación: defectos
-Efecto de la contracción: muchos metales al solidificar se contraen hasta un 7% lo que provoca importantes consecuencias en la estructura final del lingote.
-Segregación en lingotes y fundiciones:
·Macrosegregación: cambios de concentración a lo largo de toda la pieza, solo Puede combatirse controlando el proceso de solidificación
·Microsegregación: distancia correspondiente a la separación de los brazos Secundarios de las dendritas, puede suavizarse por homogeneización (tratamiento De recocido)
-Porosidad: debido a la oclusión de gases durante la solidificación. Contracción De volumen que acompaña a la solidificación
 

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