apuntes clase solidificacion 2016

7/26/2019 Apuntes Clase Solidificacion 2016

1/67


2/67

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.


3/67

quido Grmenes Ncleos

Crec m ento


4/67

Temperatura

Tiempo local desolidificacin

t

T

Tiempo total de

solidificacin

Tiempo

= Rapidez de enfriamiento


5/67


6/67


7/67


8/67

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%


9/67

NUCLEACION HOMOENEA


10/67


11/67


12/67


13/67


14/67


15/67


16/67


17/67


18/67


19/67


20/67


21/67


22/67


23/67


24/67


25/67


26/67


27/67


28/67


29/67


30/67


31/67


32/67


33/67

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.


34/67


35/67

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


36/67

"#

*

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


37/67

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


38/67

liquido

Aglomerado(r


39/67

!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

"#


40/67

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%&


41/67

/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 =


42/67


43/67

superficie

nucleosden!mero=hetnC

##

*

mnucleoseCC kT

G

hethethet

==

absoluta.atemperatur

$olt%manndeconstante

,coscos"

"&'

moldeelconencarandol(uidoelentomosden!mero

"

"

*

#

==

+=

=

T

k

THTG

mC

f

fslhet

het


44/67

))++

*

#kT

G

hetkT

G

hethetA

eCesI

=

0or lo (ue la velocidad de nucleacin en el proceso heterog'neo'endr% dada por.


45/67

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

===


46/67


47/67

(l siguiente paso a la formacin del ncleo en unmetal puro en proceso de enfriamiento es el

crecimiento de 'ste hasta formar un cristal2


48/67

sol liq


49/67

!elocidad de )*$+-.

= kTG

spdtdn fssf

f

e3p

!elocidad de $L+/+)+C0C+-.

=

kT

Gsp

dt

dn slls

s

e3p


50/67

/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

!#


51/67

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

>


52/67

1f

sdt

dn

fdt

dn

TEM0ERATURA

dt

dn


53/67

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


54/67


55/67

4R0/+(-1( 5$+1+6

8ACETA/A 0LANA


56/67


57/67


58/67

4R0/+(-1( -(401+6

Interfase Sol-

Liq

Crecimiento dendrtic


59/67


60/67


61/67


62/67

7orfologa de intercaras#a10lana o no facetada2$18acetada2

c1Celular2

d1/endr#tica2

T


63/67

T#

T

SL LI!

T#

T

SL LI!

T#

T

SL LI!

T/

T0

T0

fT T TD . 0


64/67


65/67

+nterface control+nterface control

c1

ill A Casting. /01 m

1/2


66/67

"#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)


67/67

DEND34T4-O

E564A74-O

8acro9rocess

apuntes clase solidificacion 2016

Documents