República Bolivariana de Venezuela. Ministerio para el Poder Popular para la Educación. Universidad Nacional Experimental Rafael María Baralt

Transcripción

1 República Bolivariana de Venezuela Ministerio para el Poder Popular para la Educación Universidad Nacional Experimental Rafael María Baralt Proyecto Ingeniería de Mantenimiento Mecánico Asignatura: Ciencia de los Materiales Profesora: Roger Chirinos Integrado por: Antequera Uristieta Sandra C.I Barreto Nava Luis C.I Cera Cubillan Gregory C.I Hernández Pereira Josué C.I Herrera Melfis Jair C.I Riera Vera Enmanuel C.I Rodríguez Castillo Carlos C.I Rondón Betancourt Williams C.I Terán Suarez José C.I Zambrano Vivas Rosana C.I Sección 01 Ciudad Ojeda, noviembre 2012

2 ESQUEMA INTRODUCCIÓN 1. Solidificación 2. Velocidad de solidificación 3. Solidificación de metales 4. Proceso de solidificación de un metal 5. Solidificación de aleaciones 6. Nuclearización y crecimiento 7. Tipos de nuclearización 8. Diagrama de fase 9. Regla de fase 10. Cantidad de una fase 11. sistema químico CONCLUSIÓN Anexos

3 INTRODUCCIÓN En este trabajo estudiaremos el proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia de líquido a sólido producido por una disminución en la temperatura o por una compresión de este material luego se investigara el siguientes puntos como se van a evaluar Velocidad de solidificación,proceso de solidificación de un metal, Solidificación de aleaciones,nuclearización y crecimiento, tipos de nuclearización, Diagrama de fase,regla de fase Cantidad de una fase y del sistema químico. Con los puntos a aprender debemos buscar y obtener resultado sobre lo antes dicho.

4 1. SOLIDIFICACIÓN Es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia de líquido a sólido producido por una disminución en la temperatura o por una compresión de este material. Es el proceso inverso a la fusión. Ejemplo de esto es cuando colocamos en el congelador agua, como la temperatura es muy baja esto hace que se haga hielo, o en pocas palabras, aumenta el volumen al solidificarse, aunque no sucede en todos los casos; en el caso del agua aumenta. El agua está formada como todos sabemos por hidrogeno y oxigeno, los cuales son los elementos más livianos siendo por eso gases, cuando la temperatura es lo suficientemente baja, su unión tiende a ser mas fuerte y para ser más fuerte, sus enlaces son muy rígidos, y por eso se expande cuando se enfría, 2. VELOCIDAD DE SOLIDIFICACIÓN La velocidad de solidificación va a depender de la velocidad de nuclearización y la de crecimiento de los núcleos. Estos procesos a la vez dependen de: La fuerza inductora del proceso, que es función de la velocidad de enfriamiento y el mecanismo de difusión, que depende de la temperatura y provoca el movimiento de los agentes nucleantes por el material La velocidad de nucleacion se ve favorecida por un enfriamiento rápido. A temperatura más alejadas de (Te) creamos mas núcleos rápidamente La velocidad de nucleacion se ve favorecida principalmente por la fuerza inductora y por tanto tenemos una velocidad pico en T2

5 3. SOLIDIFICACIÓN DE METALES Al hablar de solidificación de metales hablamos de la fundición, durante los procesos de fundición, las piezas adquieren su forma gracias a la solidificación de un volumen metal o aleaciones metálicas, forzados a solidificar bajo las restricciones de forma del molde. Las condiciones geométricas del molde, la velocidad de enfriamiento, el tipo de material utilizado, son variables que influyen en los mecanismos internos de solidificación, y por ende influyen en las propiedades mecánicas que tendrá la pieza. 4. PROCESO DE SOLIDIFICACIÓN DE UN METAL La solidificación de un metal o aleaciones metálicas en estado líquido ocurre por formación y crecimientos de núcleos. La disminución de energía causada por el enfriamiento produce una aglomeración espontanea de partículas, permitiendo la formación de un núcleo. A medida que la temperatura disminuye, los núcleos crecen, dando origen a los granos que constituirían la estructura del metal solido 5. SOLIDIFICACIÓN DE ALEACIONES

6 Las aleaciones metálicas, al estar constituidas por más de un elemento, solidifican en un rango de temperatura y no a temperatura constante, como los metales puros. Este rango de temperatura comienza con la temperatura (T liquida) y termina con la temperatura (T liquida) del diagrama de fase de la aleación, para una composición de aleación dada La forma de los bordes de grano en la solidificación de las aleaciones generalmente es dendrítica, como muestra la figura, esto se debe porque el gradiente térmico es negativo, es decir, que la temperatura del liquido aledaño a la interface es menor que la del solido formado

7 6. NUCLEARIZACIÓN La solidificación controla la forma y el tamaño de los granos y necesita dos pasos la nucleacion y el crecimiento La nucleacion son las etapas del proceso de solidificación en la que se forman unos pequeños núcleos estables sólidos dentro del liquido El crecimiento del núcleo es la etapa del proceso de solidificación donde los átomos del liquido se unen al solido formando las grandes estructuras cristalinas 7. TIPOS DE NUCLEARIZACIÓN NUCLEACION HOMOGÉNEA es la formación y crecimiento de núcleos durante la solidificación de metales y aleaciones metálicas es el resultado de la disminución de la temperatura hasta límites en que la energía libre de gibbs es menor en estado sólido que en estado liquido, es decir que el estado sólido es más estable que el liquido La Nucleacion homogénea es la generación de un núcleo solido a partir de un sector enteramente liquido. En este caso, la formación de núcleos requiere un cierto gasto energético por concepto de generar un volumen y una superficie NUCLEACION HETEROGÉNEA consiste en la formación de núcleos en zonas donde ya existe superficie solida, por ejemplo, en paredes de molde o en el borde de partículas solidas introducidas en el metal fundido.

8 La persistencia de una superficie solida ayuda a la Nucleacion, puesto que ofrece una cantidad de superficie que permite que el gasto energético de solidificación sea menor. 8. DIAGRAMA DE FASE Se denomina diagrama de fase, a la representación gráfica de las fronteras entre diferentes estados de la materia de un sistema, en función de variables elegidas para facilitar el estudio del mismo. Cuando en una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados de agregación diferentes se suele denominar diagrama de cambio de estado. Los diagramas de equilibrio son gráficas que representan las fases y estado en que pueden estar diferentes concentraciones de materiales que forma una aleación a distintas temperaturas. Dichas temperaturas van desde la temperatura por encima de la cual un material está en fase líquida hasta la temperatura ambiente y en que generalmente los materiales están en estado sólido.

9 9. REGLA DE FASE La regla de fases de Gibbs, que describe el estado de un material y tiene la forma general F = C - P + 2 En esta regla de fases, C es el número de componentes, por lo general elementos o compuestos en el sistema; F es el número de grados de libertad, es decir, el número de variables por ejemplo temperatura, presión o composición, que pueden modificarse de manera independiente, sin cambiar el número de fases en equilibrio; y P es el número de fases presentes. El valor constante 2 en la ecuación implica que tanto la temperatura como la presión tienen posibilidades de cambiar. 10. CANTIDAD DE UNA FASE Para calcular la cantidad de una fase a determinada temperatura se construye una palanca sobre la isoterma, con el punto de apoyo en la composición original de la mezcla. La cantidad de una fase se calcula dividiendo la longitud del brazo opuesto de la palanca por la longitud de la misma (por 100 la expresa en porcentaje) % de fase = L brazo opuesto x 100 L total isoterma En las regiones de una sola fase, obviamente la fase es el 100%.

10 11. SISTEMA QUÍMICO Combinación de componentes químicos bajo observación, donde dichos componentes pueden presentarse en su fase sólida, líquida o gaseosa. Partes de un sistema químico FASE: Es toda materia o masa homogénea del sistema que estamos estudiando, por lo tanto las sustancia puras u homogéneas cada una constituye una sola fase COMPONENTES : Son las diferentes sustancias que están presentes en el sistema ( pueden ser unitario, binarios y terciarios) CONSTITUYENTES : Son los diferentes elementos que forman las diferentes sustancia que dan lugar a un sistema químico

11 ANEXOS

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13 CONCLUSIÓN La realización de este trabajo arrojo como resultados los siguientes aspectos concluyentes: Las aleaciones metálicas, al estar constituidas por más de un elemento, solidifican en un rango de temperatura y no a temperatura constante, como los metales puros. Combinación de componentes químicos bajo observación, donde dichos componentes pueden presentarse en su fase sólida, líquida o gaseosa. Debido a eso podemos asegurar que hemos logrado un aprendizaje con respecto a la solidificación.