Procés de Solidificació de Metalls: Nucleació, Creixement i Defectes

Solidificació(nucleació,creixement)
// Nucleació//2 tipus de nucleació homogènia(no passa quasi mai) i heterogenia// Homogènia: nucli esfèric,AG<0,q es creei una interfase tensió superficial, Tbaixes afavoreix a la nucleació// Heterogènia: num àtoms per crear clúster menor,superfície mes petita, mateix radi,no necessari alts graus refredament// General: mateix radi critic,hetero forma mes nuclis estables,contra mes petit radi crític millorarem resistencia i tenacitat, Com mes gran subrefredament mes baix radi crític mes gran la probabilitat de radi crític del clúster.//Energies: energia volumètrica: es la que s’allibera per líquid a sòlid/ energia lliure de superfície: requerida per formar noves superfícies sòlides.//Creixement:previ a la nucleació,defineix com augment de nuclis formats/dos fases: fase difusa:coef Rf gran. S’acoplen amb facilitat àtoms líquid i solidifica mes ràpid./fase llisa: fase molt ordenada, el coef Rf petit estructures amb molts plans compactes// Front de solidificació:
es dona transf de líquid a sòlid, si augment de Temp subrefredament menor i vel de creixement menor. El flux de calor resultant per la variació de la energia sempre anirà amb direcció contrària al front de solidificació,flux de calor sempre es dissipa al sòlid, degut a que esta mes fred.// Segons com es dissipa la calor tenim diferents estructures;Planar(lent, gradient positiu líquid >0)en front de solidificació. Subenfredament disuminueix ,creixement lent i pla transmissió de calor mes ràpida./ Dendrític(rapid, gradient negatiu líquid <0 al front de solidificació)subrefredament augmenta,plans no compactes creixen mes ràpid // Solidificació d’al·legacions:transformació eu tècnica L—>a+b Tf varia amb la composició/ tipus de solidificació:Subrefredament constitucional:Depèn de la composició del líquid Tf no ctt —>At no tt - Gradient positiu: subrefredament augmenta—>Vel tmb Gradient negatiu: creixement ràpid pq subrefredament constitucional sempre creix, transformació eutectica(aliatges creixement ràpid)/ Tipus de creixement : (creixement dendrític:subrefredament constitucional gran i la vel molt ràpida,gradient +i- el + es mes composicional.)(creixement cel·lular:només te un braç primari ja que creixement lent, es dona quan AT petita)(creixement planar:subrefredament constitucional quasi inexistent i bastant constant. El mes lent dels 3 per segueix sent ràpid)

Modelització de la solidificació:

Diferents zones segons la tmp de líquid i del motlle (Chill:petit cristalls equiaxials.Liqd toca motlle fred—>sub ref gran molts nuclis petits, i els grans s’orientaran aleatòria. Mes nucleació que creixement.)(Columnar:no axial sub ref disminueix ,menys nuclis i mes creixement, direcció del creix oposada a dissipació de calor . Calor es dissipa a traves del sòlid. Disminueix el sub x tant comença a predominar creix per sobre de la nucleació)(Central: petits grans equiaixalsNomes la trobem en aleacions impossible en metalls purs. Apareix degut al subrefredament constitucional que provoca que cada cop la T fusió sigui mes gran. T fus augmenta molt → sub ref també i per tant mes nucleació q creixement.)//Gasos (oculuits)
Depenen de la velocitat del front de solidificació respecte de la velocitat amb la qual els gasos es traslladen de sòlid a líquid.Per tant si tenim v front solidificació > v trans gas → Si del v front solidificació < v trans gas → no porositat Sopladura: v front solidf = v trans gas → això fa que es formin porus amb forma de grieta. •On es poden torbar els porus/ tipus de porus: - porus dintre el cristall- porus perfectament esfèrics - porus de solidificació (microcavidad): dos cristalls que s’uneixen on el líquid queda tancat entre els dos, de tal manera que es líquid es contrau per la pressió i forma un poru intergranular. * després si tenim porus al límit de gra no son esfèrics perquè s’adapten a la dendrita. *rexupe: es dona per variació del volum entre líquid i solid → genera porositat irregular // Tipus Eutectic:
 mateixes regles que en una nucleació normal. Hi haurà creixement ràpid i subrefredament constitucional (sempre seran aleacions)/Factors que controlen la solidficacio eutèctica: naturalesa fase liquda, naturalesa fase solida, tensions superficials de les tres fases (impo), grau supbref, gradient líquid davant de interfase,difusió competents A i B en el líquid, difusió dels components A i B en el sòlid.//Tipus d’eutèctic:
- continua: quan alfa i beta tenen tensions superficials molt semblants i en líquid igual, i creixent a una velocitat similar (laminar i fibra)- discontinua: la fase beta no creix en ninguna direcció (esferoidal)- acicular: velocitat mes lenta de creixement, beta creix lenta (acicular)(*quan mes gran el subrefredament mes petita la distancia de separació interlaminar (gamma))// Mètode d’ obtenció de monocristalls:
Un nucli subrefredaments petits vel de solidificació baixa(necessitem q tot el líquid es torni sòlid per el cristall) Avantatges d’un monocristall:- minimitzem defectes-
Mes conductivitat- menys duresa-menys límits de gra- no hi ha dif dins el sòlid → millor comportament a altesMETODES•Bridgman: forn tubular que encapsula el metall deixant una zonainferior de dimensions reduïdes on el cristall que creix contrari a l’extracció de calor es veu afavorit i ocupa tot. S’introdueix un cristall(llavor) si o si ceràmic per començar el procés o es puja el forn a la seva altura que dona millor resultats. Czochralski: a traves d’una llavor provoquem un creixement controlat i la llavor no fa falta que sigui ceràmica, pot ser metàl·liqües