Que es crecimiento planar
Enviado por Chuletator online y clasificado en Geología
Escrito el en español con un tamaño de 7,87 KB
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
-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