apuntes clase solidificacion 2016
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En la solidificacin de los metales puros se produce ladistribucin atmica que conducir a lamicroestructura final.
Microestructura final
Composicin qumica Rapidez de enfriamiento
La solidificacin se entiende como el paso delquido a slido de un material metlico y con esto laformacin de una o varias fases cristalinas.
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quido Grmenes Ncleos
Crec m ento
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Temperatura
Tiempo local desolidificacin
t
T
Tiempo total de
solidificacin
Tiempo
= Rapidez de enfriamiento
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Se presenta cuando los grmenes adquieren un tamaocrtico, convirtindose en ncleos los cuales tienen toda laposibilidad de crecer, aunque existe la misma posibilidad de
que se disuelvan. Existen dos tipos de nucleacin cuando ellquido se enfra a una temperatura lo suficientemente bajacomo para provocar esta etapa , la !"!#E$E% & laE'E(!#E$E%
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NUCLEACION HOMOENEA
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Los datos mostrados en la tabla siguiente corresponden al hierro puro solidificando
mediante el proceso de nucleacin homognea, encuentre:
a)El r*.
b)El valor de G*.
c)El numero de tomos necesario para formar el n!cleo.
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Lanucleacinde una nueva fase a partir de una fase preexistente, como
ya se vi, resulta del crecimiento de losaglomeradoshasta alcanzar un
tamao crtico.
La rapidez o velocidad con la cual se formen estos aglomerados detamao crtico o ncleos de!er" ser proporcional a la concentracin dencleos formados y a la velocidad con que los "tomos se adhieran a unaglomerado para transformarlo en un ncleo, es decir#
segundovolumen
n!cleos==
dt
dnCnI
-
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"#
*
hom
m
nucleoseCCn kTG
==
volumen
nucleosden!mero=Cn
Donde
absoluta.atemperatur
$olt%manndeconstante
"
&'
l(uidoelentomosden!mero
"
*
hom
"#
==
=
=
T
k
TH
TG
m
C
f
fsl
-
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segundodt
dn aglomeradounaunense)uetomosden!mero=
Este trmino infuenciar en la velocidad de nucleacin
solamente si cada vez que se une un tomo a un aglomeradoste adquiere un tamao crtico.
NOTA
A l d
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liquido
Aglomerado(r
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!ariacin de la ener"#a li$re por %tomo conforme &ste se mue'e desde
el l#(uido )acia el n*cleo slido
!A
lquido slido
"#
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La fraccin de %tomos en el l#(uido (ue tienen ener"#a li$re ma+or (ue ,A
ser% de acuerdo a la le+ de distri$ucin de -oltzmann
kT
GA
e
Los otros par%metros (ue ri"en la rapidez con la cual se a"re"a un %tomo
al a"lomerado ser%n.
.aglomeradodeltomounconelsticaaccinporrebotetomoel)ueadprobabilidlaa.aglomeradoaladhierasel()uidodeltomounvibre)ueve%cada)uedeadprobabilidlaa
.adprobabiliddefactor
.aglomeradoelconencaran)uel()uidodeltomosden!mero
l()uido.elentomoundevibracindefrecuencia
==
====
Af
fAp
s
NOTA
$i el salto es satisfactorio, p%&
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/e lo anterior se puede concluir (ue.
kT
GA
spedtdn
=
0or lo (ue la velocidad de nucleacin para el proceso )omo"&neoser%.
))++
*
hom
#kT
G
kT
G
eCseIA =
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superficie
nucleosden!mero=hetnC
##
*
mnucleoseCC kT
G
hethethet
==
absoluta.atemperatur
$olt%manndeconstante
,coscos"
"&'
moldeelconencarandol(uidoelentomosden!mero
"
"
*
#
==
+=
=
T
k
THTG
mC
f
fslhet
het
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))++
*
#kT
G
hetkT
G
hethetA
eCesI
=
0or lo (ue la velocidad de nucleacin en el proceso heterog'neo'endr% dada por.
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E$em%lo&El su'en#riamiento m(imo o'servado en la %lata es de )*+,-.
em%leando los datos siguiente&
e-.#
moltomos#".'
molcal##
cmergios
&'
/0.1'#
21.
"
#
&&"
=
=
=
=
=
=
=
A
f
sl
f
G
xN
seg
H
T
a
Encuentre.a1La 'elocidad de nucleacin )omo"&nea2
$1La 'elocidad de nucleacin )etero"&nea si
*** **,&1#,## cmergs
slcm
ergsmscm
ergsml
===
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(l siguiente paso a la formacin del ncleo en unmetal puro en proceso de enfriamiento es el
crecimiento de 'ste hasta formar un cristal2
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sol liq
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!elocidad de )*$+-.
= kTG
spdtdn fssf
f
e3p
!elocidad de $L+/+)+C0C+-.
=
kT
Gsp
dt
dn slls
s
e3p
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/onde
4olLi)deltomosdesaltoelparaactivacindeenerg(a
Li)4oldetomosdesaltoelparaactivacindeenerg(a
menterespectival()uido5slidoelentomoslosdevibracindefrecuencia,
mente.respectiva,
,,,
s
l()uido6slidointercaralaenreatomosden!mero
=
==
=
=
s
f
sfsfsf
l
ls
G
G
Afp
ss
!s
lquido slido
!#
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En el e(uili$rio.
sf dt
dn
dt
dn
=
lo cual ocurre a Tf
0or lo anterior no ser% posi$le solidificar un metal puro si la temperatura de
la interfase Li(34ol est% a Tf2 0ara lo"rarlo es necesario (ue la temperaturade la interfase 4ol3Li( est& por de$a5o de Tf6 + as# tener (ue.
fs dt
dn
dt
dn
>
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1f
sdt
dn
fdt
dn
TEM0ERATURA
dt
dn
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El su$enfriamiento (ue se de$e aplicar a la interfase Li(34ol para (ue pro"rese
la solidificacin se le llama com*nmente 2137subenfriamiento cintico)
slk TTT =
%ositivo
negativo
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4R0/+(-1( 5$+1+6
8ACETA/A 0LANA
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4R0/+(-1( -(401+6
Interfase Sol-
Liq
Crecimiento dendrtic
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7orfologa de intercaras#a10lana o no facetada2$18acetada2
c1Celular2
d1/endr#tica2
T
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T#
T
SL LI!
T#
T
SL LI!
T#
T
SL LI!
T/
T0
T0
fT T TD . 0
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+nterface control+nterface control
c1
ill A Casting. /01 m
1/2
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"#e $%&
Nucleation
2itescolumnar equi-a'ed
"#e rain%neloe
"#e Secondar+
Arm Sace
"#e "i$adius
= 1
= 1
"#e ,iusieInterface
.1/ mm
. mm
.1// m
.1/ m
.1 nm
1/2
1/1
1/-1
1/-2
1/-3
1/-4
1/-5
1/-5 1/ 1/-2 1/-1
Lengt# Scale (m)
interface6inetics
nucleation
solute diusion
gro7t#
grainformation
casting
#eat and mass tran
"imeScale
(s)
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DEND34T4-O
E564A74-O
8acro9rocess