TEMA 6. SOLIDIFICACIÓN ESTRUCTURA DEL TEMA CTM SOLIDIFICACIÓN

Transcripción

1 CM SOLIDIFICACIÓN EMA 6. SOLIDIFICACIÓN En pácticamente todos los metales, y en muchos semiconductoes, ceámicos, polímeos y compuestos, el pocesado implica la tansfomación de estado a, al educi la tempeatua po debajo de la de SOLIDIFICACIÓN La estuctua poducida duante la solidificación (foma y tamaño de ganos) afecta a las popiedades mecánicas e influye en los tatamientos posteioes paa modificala En la solidificación se pasa de estado, con oden atómico de coto alcance, a un estado cistalino, con oden de lago alcance. Este poceso equiee dos etapas: NUCLEACIÓN.- Fomación de pequeñas zonas sólidas en el CRECIMIENO de los núcleos po apote de los átomos del que va tansfomándose en En geneal, las tansfomaciones de fase siguen esas dos etapas ESRUCURA DEL EMA 6.1 NUCLEACIÓN. RADIO CRÍICO 6.2 CRECIMIENO. IPOS 6. SOLDADURA DE MEALES POR FUSIÓN

2 6. 1 NUCLEACIÓN. RADIO CRÍICO (I) CM SOLIDIFICACIÓN El estado enegético de un sistema se caacteiza po la denominada Enegía Libe G Un sistema se encuenta en estado de equilibio cuando G es mínima Es de espea que un mateial solidifique cuando el se enfía po debajo de su tempeatua de fusión ( s ), pues se pasa a un estado enegéticamente más favoable: de meno enegía. Así pues, la vaiación de enegía libe asociada a la solidificación tiene que se negativa: = G sol -G liq < 0 La vaiación total de enegía libe coespondiente a la solidificación contempla dos contibuciones: un témino en volumen g v, asociado a la tansfomación - un témino en supeficie, asociado a la fomación de una intefase ente el y el esto del, de enegía supeficial σ. Si consideamos la fomación de un núcleo esféico de adio, la vaiación total de enegía libe se puede expesa como: 2 G 4 V = π = 4 π gv+ 4 π Vol Sup σ s A=4π 2 Intefase -

3 6. 1 NUCLEACIÓN. RADIO CRÍICO (II) Dependencia de con el adio del núcleo : + sup g 4 vol π v 4π 2 σ * * Radio cítico: =*, máximo CM SOLIDIFICACIÓN Embión: <*, cece >0 NO favoable Núcleo: >*, cee <0 favoable se inicia la solidificación po nucleación NUCLEACIÓN HOMOGÉNEA.- Cuando el se enfía lo suficiente po debajo de la tempeatua de solidificación como paa foma núcleos estables. El adio cítico viene dado po: σ - enegía libe supeficial * = 2σS H 16πσ = f g v s tempeatua de solidificación en K =-s subenfiamiento Hf calo latente de fusión: calo cedido en la tansf. 0.2 s paa nucleación homogénea ( s en K)

4 6. 1 NUCLEACIÓN. RADIO CRÍICO (III) CM SOLIDIFICACIÓN NUCLEACIÓN HEEROGÉNEA.- Nucleación sobe la supeficie de impuezas del La nucleación homogénea aamente ocue en la páctica; equiee subenfiamientos consideables En ealidad la nucleación ocue antes en sitios pefeenciales del, como impuezas en suspensión o los bodes del ecipiente que lo contiene En estos sitios pefeenciales, la baea de enegía coespondiente al adio cítico, *, se educe notablemente, debido a que la componente supeficial de la enegía libe es meno ESQUEMA = V gv+ AIS( σ IS σ IL) + ASLσ SL σ IL σ LS = σ σ IS θ θ impueza + HOM HE Equilibio tensiones sup.: * Homogénea σ = σ IL IS + HE HOM HE = 1 4 = HOM σ SL cosθ ( 2 cosθ+ cos θ) 2σ = g Heteogénea SL v

5 CM SOLIDIFICACIÓN 6. 2 CRECIMIENO. IPOS (I) El cecimiento se poduce a medida que los átomos del se incopoan al Depende de cómo es extaído el calo que genea el sistema al solidificase Se pueden distingui dos tipos de calo: Calo específico Ce.- Calo necesaio paa incementa (cambia) en un gado de tempeatua la unidad de masa del sistema. Es cedido po el a medida que se enfía hasta la solidificación Calo latente de fusión Hf.- Calo cedido duante la tansfomación PLANAR ipos de cecimiento DENRÍICO H f se disipa a tavés del H f se disipa a tavés del S S Líquido subenfiado

6 CM SOLIDIFICACIÓN 6. 2 CRECIMIENO. IPOS (II) Cuvas de enfiamiento.-vaiación de la tempeatua con el tiempo Ejemplo paa mateiales puos: S EÓRICA REAL MEALES PUROS Velocidad de t enfiamiento iempo de solidificación local S subenfiamiento S iempo de solidificación total t t t

7 6. SOLDADURA DE MEALES POR FUSIÓN CM SOLIDIFICACIÓN Unión de metales po fusión de los bodes de las piezas a uni, con a sin apotación de un metal fundido adicional. Las piezas quedan unidas cuando el metal fundido solidifica. Líquido La solidificación de la zona de fusión no equiee nucleación. El cece de foma columna a pati de los ganos existentes: cecimiento epitaxial Zona de fusión Zona afectada po el calo (Fte. Askeland)