Solidificación eutéctica y peritéctica: factores clave y microestructuras

Resumen

El texto explica cómo crecen las microestructuras eutécticas y peritécticas durante la solidificación de aleaciones. Analiza los factores que las controlan, como el flujo de calor, la difusión de componentes y el espaciado interlaminar, y el efecto de las impurezas. También compara la formación simultánea de las fases en un eutéctico con la formación secuencial de una fase primaria en un peritéctico.

Puntos clave

Las características de crecimiento dependen de la dirección y flujo de calor, la interdifusión de los componentes y las relaciones de orientación de las fases.
En un eutéctico laminar, las láminas de las dos fases crecen radialmente desde un centro y el frente de crecimiento es esférico, sin anisotropía.
La velocidad de crecimiento del eutéctico depende de la difusión, que a su vez depende del espaciado interlaminar: si este es pequeño, el crecimiento es rápido.
Las impurezas con k < 1 se segregan al líquido y pueden generar un ΔT constitucional que impide una interfase plana, formando una estructura en colonia.
Los eutécticos divorciados aparecen en aleaciones hipo o hipereutécticas con mucha fase primaria y no presentan una microestructura dúplex.
En el peritéctico, primero se forma una fase primaria (normalmente dendritas) y luego, por reacción con el líquido, se forma la segunda fase; en el eutéctico ambas se forman a la vez.

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Las características de crecimiento son función de: la dirección y flujo de calor; la interdifusión de los componentes; las relaciones de orientación de ambas fases.

Nucleación de Eutécticos Laminares

La nucleación y crecimiento de eutécticos se produce a una velocidad uniforme en todas las direcciones con un frente de crecimiento esférico sin anisotropía en su crecimiento. El módulo del eutéctico laminar consiste en láminas de las dos fases colocadas radialmente a partir del centro. En la microestructura de una aleación eutéctica en la que se observan los granos orientados en la dirección de la solidificación y como dentro de ellos están la colonias eutécticas con orientaciones distintas. De la misma forma los átomos de A rechazados o segregados frente a la fase beta difunden a los extremos de las láminas adyacentes de alfa, haciendo que crezcan las dos fases simultáneamente.

Velocidad de Crecimiento del Eutéctico

La velocidad a que crece el eutéctico dependerá de la rapidez con que se produzcan esas difusiones, lo cual, a su vez dependerá del espaciado interlaminar (l). Si l es pequeño el crecimiento será rápido.

Efecto de las Impurezas en los Eutécticos Metal-Metal

Si las impurezas presentes tienen un k < 1 en ambas fases sólidas, estas segregarán la impureza al líquido y la concentración de impurezas en la interfase puede ser muy alta. Se puede producir ΔT constitucional aunque el gradiente de temperatura impuesto sea pequeño provocando que no sea estable una interfase plana y formando una estructura en colonia. La modificación del espaciado interlaminar es función de la velocidad de crecimiento del eutéctico.

Eutécticos Divorciados

Los eutécticos divorciados son un tipo de microestructura que se desarrolla en aleaciones hipo o hipereutécticas cuando la fase primaria está en gran cantidad y el eutéctico no presenta una microestructura dúplex. Caso de una aleación Cu-O la fase de cobre primaria se forma como dendritas.

Efecto de las Impurezas en los Eutécticos Metal-No Metal

En ambos casos (Fe-C y Al-Si) la forma facetada de la fase primaria del no metal, conduce a malas propiedades mecánicas.

Reacción Peritéctica

Tiene completa miscibilidad en estado líquido junto con la parcial solubilidad en estado sólido y dos líneas de reparto con un coeficiente k < 1 y otras dos con un k > 1.

Diferencias entre las Estructuras Eutécticas y Peritécticas

En el caso del eutéctico las dos fases se forman simultáneamente a partir del líquido, dando una microestructura de las dos fases finamente dispersas en sus proporciones de equilibrio. En el caso de un peritéctico en el que inicialmente se ha de formar una fase primaria, que normalmente se forman dendritas y a partir de ella por reacción con el líquido, se forma la segunda fase.

Preguntas frecuentes

¿En qué se diferencian las estructuras eutécticas y peritécticas?

En el eutéctico las dos fases se forman simultáneamente a partir del líquido, dando una microestructura finamente dispersa. En el peritéctico primero se forma una fase primaria, normalmente en dendritas, y después la segunda fase por reacción con el líquido.

¿Qué efecto tiene el espaciado interlaminar en el crecimiento del eutéctico?

La velocidad de crecimiento depende de la rapidez de las difusiones, que a su vez depende del espaciado interlaminar (l). Si l es pequeño, el crecimiento es rápido.

¿Por qué las impurezas modifican la estructura del eutéctico?

Si las impurezas tienen k < 1 en ambas fases sólidas, se segregan al líquido y su concentración en la interfase puede ser muy alta. Esto genera un ΔT constitucional que hace inestable una interfase plana y favorece una estructura en colonia.