Fatiga de materialesLa fatiga de material consiste en el desgaste y posterior ruptura de un objeto construido por el ser humano. La fatiga de material, tiene que ver ms que nada, con objetos, los cuales, soportan carga. Y nos referimos, a todos los objetos construidos por el hombre, diseados para soportar peso. La rama de la fsica que la estudia es conocida como resistencia de materiales.Por cientos de aos, la fatiga de material, no fue una preocupacin para los entendidos en la materia. !ebido en gran parte, a lo lento del desarrollo productivo e industrial. "on lo cual, las cargas a utili#ar, eran bastante menores. Pero con el arribo de la $evolucin %ndustrial, aquel paradigma, fue derrumbndose rpidamente. Los primeros casos de fatiga de material, que llamaron la atencin, fueron las ruedas de las locomotoras. "laro, ya que al aumentar el proceso productivo, de las industrias, su carga era mucho mayor, a lo que acostumbraran transportar. Y es que hay leyes infalibles, en cuanto a la fatiga de material. &i uno reali#a una carga esttica, o sea, sin movimiento o contorsin, el material tender a resistir por ms tiempo. 'hora, si la carga fuera dinmica, o sea, en movimiento o contorsin, la fatiga de material, se har presente de manera ms rpida. (eora que fue revalidada, en el caso de los ferrocarriles. %ncluso se logr crear un m)todo de calcular el umbral de fatiga, de los distintos materiales. *l proceso por el cual, se va generando la fatiga de material, se podra sealar de la siguiente manera. Primero en el material, se comien#a a gestar una grieta. La cual en su primera instancia es prcticamente imperceptible. "omo segundo paso, tenemos que aquella pequea grieta, se va ampliando al resto del material. *s en diversas ocasiones, que en )ste paso, se logra detectar la fatiga de material. "on lo cual, se logran salvar diversas vidas. Ya que de no ser as, ser muy tarde. Por +ltimo y como desenlace obvio,ms bien, como la crnica de una muerte anunciada, el material se fatiga y se rompe. *s de esta manera, que muchas vidas se han perdido. Ya que los ingenieros a cargo del proyecto, o reali#aron mal los clculos o el personal fiscali#ador, no se percat a tiempo de la fatiga de material. !os etapas de contencin, que no puede llegar a fallar.(%P,& !* -%$.('& */ %/0*/%*$1' %/!.&($%'L 2.P%%"&'3' partir de la apariencia de la viruta se puede obtener mucha informacin valiosa acercadel proceso de corte, ya que algunos tipos de viruta indican un corte ms eficiente que otros. *l tipo de viruta est determinado primordialmente por4a3 Propiedades del material a trabajar.b3 0eometra de la herramienta de corte. c3 "ondiciones del maquinado 2profundidad de corte, velocidad de avance y velocidad de corte3.*n general, es posible diferenciar inicialmente tres tipos de viruta4-iruta discontinua. *ste caso representa el corte de la mayora de los materiales frgiles tales como el hierro fundido y el latn fundido5 para estos casos, los esfuer#os6 que se producen delante del filo de corte de la herramienta provocan fractura. Lo anterior se debe a que la deformacin real por esfuer#o cortante e7cede el punto de fractura en la direccin del plano de corte, de manera que el material se desprende en segmentos muy pequeos. Por lo com+n se produce un acabado superficial bastante aceptable en estos materiales frgiles, puesto que el filo tiende a reducir las irregularidades.Las virutas discontinuas tambi)n se pueden producir en ciertas condiciones con materiales ms d+ctiles, causando superficies rugosas. (ales condiciones pueden ser bajas velocidades de corte o pequeos ngulos de ataque en el intervalo de 89 a :89 paraavances mayores de 8.; mm. *l incremento en el ngulo de ataque o en la velocidad de corte normalmente elimina la produccin de la viruta discontinua.-iruta "ontinua. *ste tipo de viruta, el cual representa el corte de la mayora de materiales d+ctiles que permiten al corte tener lugar sin fractura, es producido por velocidades de corte relativamente altas, grandes ngulos de ataque 2entre :8< y =8$%0*$'/(*&3Para mejorar las condiciones durante el proceso de maquinado, se utili#a un fluido que baa el rea en donde se est efectuando el corte. Los objetivos principales de )ste fluido son4a3 'yudar a la disipacin del calor generado.b3 Lubricar los elementos que intervienen, en el corte para evitar la p)rdida la herramienta.c3 $educir la energa necesaria para efectuar el corted3 Proteger a la pie#a contra la o7idacin, y la corrosin. e3 'rrastrar las partculas del material 2medio de limpie#a3.f3 ?ejorar el acabado superficial. Las propiedades esenciales que los lquidos de corte deben poseer son los siguientes4:. Poder refrigerante. Para ser bueno el lquido debe poseer una baja viscosidad, la capacidad de baar bien el metal 2para obtener el m7imo contacto t)rmico35 un alto calor especfico y una elevada conductibilidad t)rmica.;. Poder lubrificante. (iene la funcin de reducir el coeficiente de ro#amiento en una medida tal que permita el fcil desli#amiento de la viruta sobre la cara anterior de la herramienta. f6@A!entro de los fluidos de corte ms utili#ados se citan los siguientes4:. 'ceites minerales. ' esta categora pertenecen el petrleo y otros productos obtenidosde su destilacin5 en general, estos aceites tienen un buen poder refrigerante, pero son 6 poco lubrificantes y poco antiBsoldantes. &e emplean para el maquinado de@ las aleaciones ligeras y algunas veces por las operaciones de rectificado. (ienen la ventaja de no o7idarse fcilmente.;. 'ceites vegetales. ' )stos pertenecen el aceite de col#a y otros obtenidos de plantas o semillas5 tienen buen poder lubricante y tambi)n refrigerante, adems de tener un escasopoder antiBsoldante. &e o7idan con facilidad por ser inestables.,,6.4=. 'ceites animales. Pertenecen a )stos el aceite de sebo y otros obtenidos de orgasmos masculinos y de algunos animales5 como los vegetales, tienen un buen poder lubrificante y refrigerante, pero se o7idan o el riesgo que se lo coman las mujeres.C. 'ceites mi7tos. &on las me#clas de aceites vegetales o animales y minerales5 los primeros entran en la proporcin de :8D a =8D, (iene un buen poder lubrificante y refrigerante. &on ms econmicos que los vegetales. E. 'ceites al bisulfuro de molibdeno. ,frecen como caracterstica la lubricacin a elevadas presiones y la de facilitar el desli#amiento, de la viruta sobre la cara de la herramienta5 no son adecuados para el maquinado de metales no ferrosos, ya que originan corrosiones en la superficie de las pie#as trabajadas, /o obstante, e7isten los aceites llamados@ inactivos@ obtenidos con me#clas, de bisulfuro de molibdeno y aceitesvegetales o animales.F. 'ceites emulsionables. &e obtienen me#clando el aceite mineral con agua en las siguientes Proporciones4a3 !e = a GD para emulsiones diluidas. (ienen un escaso poder lubrificante5 se emplean para trabajos ligeros.b 3 !e G a :E8H8 para emulsione medias. Poseen un discreto poder lubrificante5 se Bemplean para el maquillado de metales de mediana dure#a con velocidades medianamente elevadas.c3 !e :E a =8D para emulsiones densas. Presentan un buen poder lubrificante5 son adecuados para trabajar los metales duros de la elevada tenacidad. Protegen efica#mentecontra las o7idaciones las superficies de las pie#as maquinadas.*L*""%I/ !*L >L.%!, !* ",$(**sta eleccin se basa en criterios que depender de los siguientes factores4a3 !el material de la pie#a en fabricar. Para las aleaciones ligeras se utili#a petrleo5 para la fundicin, en seco. Para el latn, bronce y cobre, el trabajo se reali#a en seco o con cualquier tipo de aceite que este e7ento de a#ufre5 para el nquel y sus aleaciones se emplean las emulsiones. Para los aceros al carbono se emplea cualquier aceite5 para los aceros ino7idables aut)nticos emplean los lubrificadores al bisulfuro de molibdeno.b3 !el material que constituye la herramienta. Para los aceros al carbono dado que interesa esencialmente el enfriamiento, se emplean las emulsiones5 para los aceros rpidos se orienta la eleccin de acuerdo con el material a trabajar. Para las aleaciones duras, se trabaja en seco o se emplean las emulsiones.c3 &eg+n el m)todo de trabajo. Para los tornos automticos se usan los aceites puros e7entos de sustancias nocivas, dado que el operario se impregna las manos durante la puesta a punto de la mquina5 para las operaciones de rectificado se emplean las emulsiones. Para el taladrado se utili#an los 6afeites puros de baja viscosidad5 para el fresado se emplean las emulsiones y para el brochado los aceites para altas presiones de corte o emulsiones.Arrabio&e denomina arrabio al material fundido que se obtiene en el alto horno mediante reduccin del mineral de hierro. &e utili#a como materia prima en la obtencin del acero.Los materiales bsicos empleados para fabricar arrabio son mineral de hierro, coque y cali#a. *l coque se quema como combustible para calentar el horno, y al arder libera mon7ido de carbono, que se combina con los 7idos de hierro del mineral y los reduce a hierro metlico. La ecuacin de la reaccin qumica fundamental de un alto horno es4>e;,= J =", K =",; J ;>eLa cali#a de la carga del horno se emplea como fuente adicional de mon7ido de carbono y como sustancia fundente. *ste material se combina con la slice presente en elmineral 2que no se funde a las temperaturas del horno3 para formar silicato de calcio, de menor punto de fusin. &in la cali#a se formara silicato de hierro, con lo que se perderahierro metlico. *l silicato de calcio y otras impure#as forman una escoria que flota sobre el metal fundido en la parte inferior del horno. *l arrabio producido en los altos hornos tiene la siguiente composicin4 un L;D de hierro, un = o CD de carbono, entre 8,E y =D de silicio, del 8,;ED al ;,ED de manganeso, del 8,8C al ;D de fsforo y algunas partculas de a#ufre..n alto horno tpico est formado por una cpsula cilndrica de acero forrada con un material no metlico y resistente al calor, como asbesto o ladrillos refractarios. *l dimetro de la cpsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es m7imo en un punto situado apro7imadamente a una cuarta parte de su altura total. La parte inferior del horno est dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuer#a el paso del aire. "erca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuandose sangra 2o vaca3 el alto horno. *ncima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirar la escoria. La parte superior del horno, cuya altura es de unos =8 m, contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por vlvulas en forma de campana, por las que se introduce la carga en el horno. Los materiales se llevan hasta las tolvas en pequeas vagonetas o cucharas que se suben por un elevador inclinado situado en el e7terior del horno.Los altos hornos funcionan de forma continua. La materia prima que se va a introducir en el horno se divide en un determinado n+mero de pequeas cargas que se introducen aintervalos de entre :8 y :E minutos. La escoria que flota sobre el metal fundido se retira una ve# cada dos horas, y el hierro se sangra cinco veces al da.*l aire insuflado en el alto horno se precalienta a una temperatura comprendida entre losEE8 y los L88 igura :.CB;3. &i una protuberancia slida avan#a, seencontrar con lquido sobreenfriado y )sta tender a crecer a+n ms hacia el interior dellquido. Por lo tanto, la interfase &BL avan#ar con protuberancias puntiagudas llamadas dendritas 2forma de rbol3, de esto se deduce que la interfase plana es inestable en este caso.*l crecimiento de las dendritas no es simplemente el avance de alguna protuberancia en la interfase. Los bra#os de las dendritas crecen en ciertas direcciones cristalogrficas especficas, determinadas por la estructura cristalogrfica de cada metal4*structura "ristalina !ireccin de los bra#os de dendritas>"" [ :88 ZR"" [ :88 ZW"P [ :8(8 Z(abla :. :. &,L%!%>%"'"%I/ :.E $edistribucin del soluto en la solidificacin de aleaciones !ependiendo de la velocidad de enfriamiento se presentan dos tipos de solidificacin4 &i la solidificacin es e7traordinariamente lenta, )sta ocurre seg+n el diagrama de equilibrio de fases. *n la prctica la velocidad de enfriamiento es mayor a la ideal y por ello se produce unadistribucin inhomog)nea del soluto en el slido, esto es conocido como segregacin. Primer caso Para el equilibrio de enfriamiento de una aleacin de composicin "8, >igura :.EB:, consideraremos que no hay barreras para la nucleacin de la fase slida, es decir, que noser necesario un sobreenfriamiento de la fase lquida para que )sta comience, y que el enfriamiento ser lo suficientemente lento como para permitir que los gradientes de concentracin cambien suavemente. ' (: el primer slido que nuclea tiene composicin ":s , 2cabe sealar que esta es la composicin del slido que se encuentra en equilibrio con el lquido "8 o ":L a temperatura (: 3. 'l disminuir la temperatura el lquido contin+a enriqueci)ndose en R y va aumentando el tamao de los n+cleos, 2crecimiento3, por adicin sucesiva de nuevas unidades cristalinas que contienen proporciones mayores del metal disuelto. Por ejemplo a temperatura (; la composicin del slido es ";s y la del lquido ";L. La solidificacin prosigue hasta que la +ltima gota del lquido, de composicin "=L, solidifique a temperatura (= en un slido de composicin "=s. !e este modo, bajo las condiciones de enfriamiento en equilibrio la composicin final del slido es uniforme, yes e7actamente igual a la composicin del lquido del cual se comen#.

&egundo caso .n proceso de enfriamiento normal se reali#a en unos pocos minutos o a lo ms unas pocas horas, por lo cual las condiciones de equilibrio no se logran. 'l solidificar el metal se producen gradientes de concentracin que no logran equilibrarse debido al insuficiente tiempo del que se dispone.' (: el primer slido que nuclea tiene composicin ":s, >igura :.EB;. 'l bajar la temperatura, en los casos reales, la velocidad de enfriamiento es relativamente rpida y no hay tiempo de homogenei#ar la composicin del slido, ya que la difusin en este estado es ms lenta que en la lquida, por consiguiente hay un gradiente de concentracin de soluto entre las partes que solidificaron primero y las que lo hicieron al final. !ebido a lo anterior, el promedio de concentracin de soluto en el slido seguir la lnea de tra#os, y a (= todava quedar lquido a+n cuando, en equilibrio )ste debera haber desaparecido y la composicin promedio del slido ser inferior a "8. Portanto la solidificacin continuar hasta que la composicin promedio del slido se a igual a "8, esto ocurre a temperatura (E, y el slido formado tendr concentraciones de soluto mayores que "8, debido a la gran concentracin de soluto en el lquido hacia el final de )sta. !ebido a los gradientes de concentracin de soluto, el ataque superficial de la muestra metalogrfica presenta diferencias de tonalidades, >igura :.EB=. *specialmente notable es la fuerte acumulacin de soluto en el slido formado al final del proceso, lo que produce una coloracin muy destacada de estas #onas.La segregacin de soluto, que se observa en la >igura :.EB=, genera en las regiones solidificadas al final, #onas de menor punto de fusin que el esperado para la aleacin5 esto es peligroso si se hacen tratamientos t)rmicos posteriores, porque ciertos lugares pueden llegar a+n al punto de fusin. *sta segregacin puede reducirse mediante un tratamiento de homogeni#acin, que consiste en calentar por tiempo prolongado la pie#aslida, para que por difusin se homogenice el contenido de soluto. "omo este proceso es caro, se reali#a slo si se justifica. La variacin en la composicin de una estructura segregada entre los centros y bordes de los granos depende de la velocidad de enfriamiento, la separacin entre curvas slidus y lquidus, y la composicin inicial de la aleacin. !e lo anterior se deduce que el gradiente de concentracin crece con la velocidad de solidificacin y con el aumento de la separacin entre curvas slidus y lquidus.:. &,L%!%>%"'"%I/ :.F &olidificacin de aleaciones. %nestabilidad en la interfase slidoBlquido Para este anlisis usemos un modelo simplificado de solidificacin unidireccional, ver >igura :.FB: y >igura :.FB;. &upongamos una aleacin de composicin "8, el primer slido que solidifica tiene una composicin "s [ "8 y recha#a soluto a la interfase, enriqueciendo la fase lquida."onsideremos que la fase slida avan#a en un molde estrecho con una velocidad de crecimiento controlada por el la velocidad de e7traccin de calor desde el e7tremo slido. *l recha#o del soluto hacia el lquido y el gradiente de temperatura e7istente en la interfase estn e7presados esquemtiBcamente en la >igura :.FB: 2b3. 'l continuar la solidificacin, el slido se enriquece en soluto, pero sigue conteniendo menos soluto que "8, por tanto continua e7pulsando soluto al lquido. Llega un instante en que el slido alcan#a la composicin "8 y la solidificacin continua a ( X (i, el e7ceso de soluto se acumula en la interfase &BL. *l soluto recha#ado intenta redistribuirse en el lquido por difusin lejos de la interfase, pero a menos que la velocidad de crecimiento del cristal sea e7tremadamente lenta lograremos un gradiente de concentracin bastante pronunciado en la interfase, ver >igura :.FB; 2a3.*n la interfase &BL coe7isten en equilibrio4 slido de composicin "8 y lquido de composicin "8HP, siendo P X "& H "L , a medida que nos alejamos de la interfase, en ladireccin del lquido, la composicin de )ste disminuye en soluto y por tanto su temperatura de solidificacin aumenta desde (i hasta (o. La >igura :.FB; 2b3 muestra la variacin de (liquidus con la distancia en el lquido y muestra tambi)n dos posibles curvas de distribucin de temperaturas reales en el lquido, 0: y 0;. &i el gradiente de temperatura en el lquido es grande 20: 3, la interfase avan#a en forma estable sin protuberancias. por otro lado, si el gradiente de temperatura es pequeo 20;3, el lquido de la #ona achurada queda sobreenfriado, )ste se llama sobreenfriamiento constitucional. &i una protuberancia crece en la interfase &BL, )sta encontrar lquido sobreenfriado y tender a crecer a+n ms, produci)ndose as un crecimiento inestable del slido. *l avance m7imo de la protuberancia corresponde a la longitud de la #ona de sobreenfriamiento constitucional, la cual normalmente puede variar entre 8,: y : mm. &i esta #ona es pequea se produce un crecimiento tipo celular, >igura :.FB=, con los bordes entre celdas ms ricos en soluto que la regin central, estos bordes quedarn destacados cuando se ataque con cido una superficie pulida, >igura :.FBC.&i la #ona sobreenfriada es ms larga, se produce un crecimiento celularBdendrtico o dendrtico. !ebido a la mayor concentracin de soluto del lquido que solidifica al final,las regiones interdendrticas quedarn dibujadas y visibles para la observacin metalogrfica. *l estado final para un latn A8B=8 fundido se muestra en la >igura :.FBE, en )sta se observa segregacin de soluto que dibuja el desarrollo dendrtico de la solidificacin. .tili#ando el modelo de la barra solidificada unidireccionalmente, la >igura :.FBF, muestra como la deshomogeneidad de la distribucin de soluto 2macroBsegregacin3 crece desde la forma de solidificacin estable con frente plano, siguiendo con el crecimiento celular hasta el crecimiento dendrtico.La #ona de &*", es decir, de sobreenfriamiento constitucional, crece con las siguientes condiciones de solidificacin4"uando 0 disminuye, >igura :.FB; 2b3 "uando la velocidad de solidificacin $ 2Xlp HtV3 aumenta "uando el contenido de soluto en la aleacin aumenta. .na mayor #ona de &*" fomenta la formacin de crecimiento dendrtico, por tanto, las anteriores variables, 2gradiente en el lquido, velocidad de solidificacin y contenido de soluto3, se han relacionado en la >igura :.FBA, para mostrar las combinaciones que producen crecimiento dendrtico, celular y plano. Los bra#os secundarios en un crecimiento dendrtico tienden a engrosarse y disminuir en n+mero al aumentar el tiempo local de solidificacin. &iendo ls el espaciamiento entre dendritas secundarias, que es equivalente al tamao de grano en pie#as laminadas, se tiene que4 &i tV aumenta, entonces ls tambi)n aumenta. &i ls disminuye, la resistencia mecnica aumenta. &i ls aumenta, se obtendr un material ms blando. *s importante destacar que la microsegregacin en el slido est determinada por el espaciamiento entre dendritas secundarias.Por otra parte, los diferentes tipos de crecimiento tambi)n afectan la macrosegregacin, es decir, diferencias de concentraciones de soluto en distancias grandes del slido.:. &,L%!%>%"'"%I/ :.A *structuras caractersticas de lingotes Los lingotes nunca son usados directamente en aplicaciones comerciales, es decir, son productos intermedios, destinados a ser transformados en otros productos, mediante deformacin plstica, tales como4 barras, tubos, planchas, alambres y perfiles. Los procesos usuales para obtener estos productos son4 Laminado en caliente y en fro >orja *7trusin (refilacin. La calidad de un lingote para su posterior conformado plstico depende de dos caractersticas principales4 *l tipo de grano, es decir, la forma, el tamao y la orientacin de )stos. La ubicacin y distribucin de deshomogeneidades de composicin. *n la estructura del lingote, >igura :.AB:, pueden distinguirse tres #onas, dependiendo del tipo de grano que se ha desarrollado durante el enfriamiento y su ubicacin, como son4\ona "hill \ona "olumnar \ona de 0ranos *quia7iales \ona "hill "orresponde a una #ona de enfriamiento rpido. ]sta se forma en la superficie del molde debido al gran sobreenfriamiento que sufre el metal lquido al entrar en contacto con el molde fro. !ebido a esto la nucleacin ser heterog)nea y su velocidad rpida, produciendo una abundante nucleacin de cristales pequeos ms o menos equia7iales yde crecimiento dendrtico. La e7tensin de la #ona chill depende de las varias condiciones tales como4 ?aterial del molde (emperatura del lquido al verterlo en el molde (emperatura del molde "onductividad t)rmica del molde "uando el lquido est sobrecalentado y las paredes del molde estn fras, la #ona chill ser estrecha, pero si el lquido es vaciado al molde a una temperatura levemente superior a la de solidificacin, habr una #ona ms amplia de lquido sobreenfriado produci)ndose ms nucleacin, y por lo tanto, la #ona chill ser ms ancha. !e aqu podemos deducir que4 la #ona chill decrece con la mayor temperatura del metal lquido 2sobrecalentamiento3 y con el precalentamiento del molde5 si estas condiciones de temperatura se e7treman, la #ona chill puede hacerse imperceptible. \ona "olumnar &e origina en aquellos granos de la #ona chill, continuando su crecimiento hacia el centro del lingote, pues estn favorablemente orientados para crecimiento rpido, como se muestra en la >igura :.AB;. *n metales >"" y R"" las direcciones de crecimiento rpido de las dendritas son las dela familia [:88Z5 se desarrollarn ms aquellos granos con direcciones de crecimiento rpido paralelas a la direccin de e7traccin de calor. La e7istencia de una #ona columnar produce orientaciones preferenciales de los cristales en el lingote y por consiguiente produce anisotropa de las propiedades mecnicas, lo que hace indispensable la deformacin plstica posterior. *s importante destacar que el crecimiento de los granos columnares no es slo en su longitud, sino tambi)n seg+n su dimetro y que los bordes de grano recogen impure#as. \ona central de granos equia7iales *l lquido de la regin central puede sobreenfriarse tanto por efectos t)rmicos as como por sobreenfriamiento constitucional5 de esta manera se desarrolla una #ona central de granos equia7iales. *n las aleaciones es importante el &*", pues promueve el desarrollo de la #ona equia7ial central. *ste sobreenfriamiento se produce cerca del centro del lingote debido a que4 'lgunos cristales formados en la #ona chill son barridos desde las paredes del molde porcorrientes de conveccin hacia el interior del lingote. &i la temperatura de vaciado del lquido es baja estos cristales no sern completamente refundidos y servirn como cristalesBsemillas en la parte central del lingote. *n aleaciones la dendritas celulares de la #ona columnar crecen con una gradiente de concentracin. Las desomogeneidades qumicas permiten que algunos bra#os secundarios o terciarios de las dendritas se separen de la rama principal y sean barridos hacia el centro del lingote por corrientes de conveccin. *7iste una tercera posible forma de generacin de la #ona equia7ial, la cual seala que esta #ona se puede formar por la precipitacin de pequeos cristales desde la cara superior del lingote donde el lquido ha sido emfriado por p)rdidas de calor por radiacin. La >igura :.ABC muestra diferentes lingotes de una aleacin cobreBaluminio de distinto grado de pure#a, en los cuales se observa que la proporcin de granos columnares se reduce considerablemente respecto a los granos equia7iales4 con menor sobrecalentamiento del lquido y con mayor nivel de soluto de cobre en el de aluminio, estas condiciones producen un refinamiento de los granos del lingote. *l menor sobrecalentamiento implica un gradiente menor de temperatura en el lquido que es enfriado, por tanto la nucleacin de granos slidos se inicia en todas partes del lingote, logrndose as un grano final ms fino. "on mayor nivel de soluto de "u la diferencia entre (8 y (i, >igura :.FB; 2b3, es mayor y una regin ms amplia queda con sobreenfriamiento constitucional, esto incrementa la #ona de nucleacin simultnea produciendo as un refinamiento del grano. Para disminuir o eliminar la #ona columnar en la colada continua se ha ensayado la aplicacin de un campo magn)tico que agite el lquido, y que por ende quiebre los bra#os dendrticos y forme nuevos n+cleos. La segregacin de soluto puede a+n llevar a la formacin de segundas fases en aleaciones que en s son monofsicas, ejemplo de esto se ve en la >igura :.ABE 2a3, en una aleacin "uBEDat &n5 la segunda fase puede ser eliminada mediante un recocido de homogeni#acin, >igura :.ABE 2b3, pero este proceso es caro porque se efect+a a alta temperatura y por tiempo prolongado. :. &,L%!%>%"'"%I/ :.G &olidificacin de eut)cticos La solidificacin, en enfriamiento lento, sigue las reglas de los diagramas de fases ya conocidas, que son4 "ompleta miscibilidad en estado lquido y miscibilidad parcial en estado slido. Las lneas liquidus y solidus tiene un coeficiente de particin menor a la unidad. Las dos lneas liquidus se juntan en el punto eut)ctico *, a trav)s de este punto se dibujauna isoterma que conecta las soluciones slidas terminales. "uando una aleacin de composicin eut)ctica * comien#a a solidificar hay tres fases presentes4 una fase lquida, L, y dos soluciones slidas, a y b . La solidificacin del lquido eut)ctico comien#a con la deposicin simultnea de las soluciones slidas a y b ,de composicin " y ! respectivamente, la temperatura permanece invariante hasta que todo el lquido haya solidificado, lo que se e7plica mediante la regla de las fases de 0ibbs. Rajo la lnea eut)ctica se encontrarn dos fases slidas, a y b , teni)ndose nuevamente un grado de libertad lo que permite que la temperatura contin+e disminuyendo. *n cambio, una aleacin de composicin > comien#a a solidificar a (8. Las dendritas dea aumentan desde (8 hasta (*. ' una temperatura levemente superior a (* hay 4 !endritas de a 4 de composicin ", con D2a 3 X 2*> H "*3 7 :88 Lquido4 de composicin eut)ctica, con D2liq3 X 2"> H "*3 7 :88Los compuestos formados en la #ona delimitada por las lneas liquidus y la isoterma del eut)ctico y las lneas solidus se conocen como compuestos proeut)cticos.'l enfriar por debajo de (*, todo el lquido solidifica como eut)ctico, las fases a y b solidifican estrechamente ligadas entre s. *sto ocurre en diversas formas que se muestran en la >igura :.GB;. Por otra parte, en una aleacin de composicin 0, se observa que4 si el enfriamiento es lento, se obtendr una solucin slida homog)nea5 en cambio, si el enfriamiento es bajo condiciones normales, i.e. rpido, e7istir material eut)ctico entre granos de solucin slida b , debido a la segregacin interdendrtica. *l diagrama temperaturaBtiempo para el enfriamiento de una aleacin de composicin "a partir del lquido se muestra en la >igura :.GB=4' la temperatura eut)ctica (*, la reaccin es isot)rmica porque de acuerdo a la regla de las fases de 0ibbs la transformacin tiene 8 grados de libertad a presin constante4 L X ; J : B = X 8 2p X cte.3*ntre (8 y (* la formacin de fase a slida retarda el enfriamiento por la entrega de calor latente que se produce con el paso de lquido a slido.

Las >iguras :.GBC, :.GBE, :.GBF, :.GBA y :.GBG muestran diagramas de fases y microestructuras4 hipoeut)cticas, hipereut)cticas y eut)cticas de diversos sistemas de aleaciones.

!e las figuras anteriores se puede concluir que hay diversos tipos de eut)cticos4 laminar,de barras, globular y acicular. La forma del eut)ctico depender en gran medida de la energa de superficie, , entre la fase a y la b 4 &ies independiente de la orientacin de la interfase, el eut)ctico tiende a ser de barras. &idepende de la orientacin de la superficie respecto de las direcciones cristalogrficasde ambas fases, entonces el eut)ctico es laminar. *l eut)ctico globular minimi#a elcreado, 2mayor volumen de fase b por menor rea3. *n el eut)ctico acicular la matri# crece nonBfaceted y la fase acicular en forma faceted, ejemplo de esto es la aleacin 'lB&i, >igura :.GBL. Los eut)cticos laminar y de barras se forman cuando ambas fases son del tipo nonBfaceted, su velocidad de crecimiento es controlada por la difusin del soluto en el lquido, esto ocurre porque al formarse las dos fases slidas, 2a y b 3, se produce una fuerte redistribucin de soluto. *l movimiento de este +ltimo se produce por difusin enel lquido, delante de la interfase slidoBlquido, como se muestra en la >igura :.GB:8. 'dems es conveniente destacar el hecho que crecen con menor sobreenfriamiento que el globular, el cual requiere m+ltiples nucleaciones.

'l aumentar la e7traccin de calor se disminuye el espaciamiento interlaminar 2l 3, esto permite incrementar la velocidad de solidificacin del lquido eut)ctico. Lo anterior se e7plica porque la difusin controla el avance de la interfase &BL, a una temperatura constante se puede lograr mayor velocidad de solidificacin acortando la distancia de difusin y correspondientemente @l @. &e ha encontrado en eut)cticos solidificados unidireccionalmente que 4*l desarrollo de eut)cticos sigue las etapas de nucleacin y crecimiento. .sualmente nuclea una de las fases, por ejemplo a , sobre )sta nuclea la fase b y adicionalmente mediante un puente de fase a se genera la segunda capa a , >igura :.GB::. Lo anterior podra hacer innecesaria la nucleacin, ya que el crecimiento del eut)ctico se puede llevar a cabo mediante puentes de fases.*l crecimiento de un eut)ctico es apro7imadamente igual en todas direcciones formndose as colonias eut)cticas ms o menos esf)ricas como se puede apreciar en la >igura :.GB:;.>undiciones de fierro Por su importancia industrial se anali#ar con ms detalle la solidificacin del fierro fundido y para esto es esencial observar el diagrama de fases >eB".&e definirn a continuacin los nombres que han asignado a las estructuras que aparecenen este diagrama4"ementita o carburo de hierro contiene F,FAD de " en peso y su frmula qumica es >e=". *s un compuesto tpicamente duro y frgil de baja resistencia tensil, pero de alta resistencia compresiva. *s la estructura ms dura que aparece en el diagrama. &u estructura cristalina es ortorrmbica. 'ustenita es el nombre dado a la solucin slida g . *s una solucin slida intersticial de carbono disuelto en hierro g 2>""3. &u m7ima solubilidad es del ;D de ". 0eneralmente no es estable a temperatura ambiente, salvo bajo ciertas condiciones especiales. Ledeburita es la me#cla eut)ctica de austenita y cementita. "ontiene C,=D de " y se forma a temperatura eut)ctica. >errita es el nombre dado a la solucin slida a . *s una solucin slida intersticial de una pequea cantidad de carbn disuelta en hierro a 2R""3. La m7ima solubilidad que tiene es 8,8;ED de ", a temperatura eutectoide, y a temperatura ambiente disuelve 8,88GD de ". Perlita es el nombre que recibe la me#cla eutectoide que contiene 8,GD ce " y se forma temperatura eutectoide en enfriamiento lento. *s una me#cla muy fina tipo laminar de ferrita y cementita. La base o matri# ferrtica blanca que forma la mayor parte de la me#cla eutectoide contiene delgadas placas de cementita. Las fundiciones de fierro son aleaciones de >e con ; a CD de " y usualmente con :D de&i. .na aleacin de >e =D " puede solidificar seg+n el diagrama de fases de equilibrio, i.e. >eBgrafito, o seg+n el diagrama metaestable, >eB >e=" 2cementita3. &i la velocidad de e7traccin del calor es grande producto de un enfriamiento brusco, la solidificacin se completa con el eut)ctico >eB>e=" llamado ledeburita, el producto final se denomina fundicin blanca, )sta se caracteri#a por su color blanco y por ser bastante dura. La ledeburita consiste en lminas alternadas de austenita y >e=" 2cementita3.&i la composicin es hipoeut)ctica, por ejemplo =D de", primero se forman dendritas non faceted de austenita proeut)ctica, al llegar a la temperatura eut)ctica, 2::=E igura :.GB:F 2a3 y 2b3. &e forma as fundicin gris. La presencia de silicio, &i, tambi)n promueve la fundicin gris. &i se ataca fuertemente la superficie pulida de una fundicingris se observa con microscopio electrnico de barrido placas de grafito interconectadas entre s >igura :.GB:F 2c35 el eut)ctico se constituye con las placas de grafito y entre ellas la austenita5 a su ve# la austenita se transformar en perlita cuando la temperatura descienda de la eutectoide.La adicin de "esio, 2"e3, o ?agnesio, 2?g3, a la fundicin gris, i.e. >eBgrafito, altera fuertemente la morfologa del grafito, en ve# de crecer en placas va tomando formas cada ve# ms redondeadas5 con 8,:=D en peso de ?g el grafito forma ndulos por lo cual la fundicin se llama nodular, >igura :.GB:A. *sta fundicin tiene grandes ventajas sobre la gris4?ayor tensin de ruptura ?ayor resistencia al impacto La fundicin nodular es competitiva con aceros fundidos. La forma esf)rica del grafito evita la concentracin de tensiones en los bordes o en las aristas agudas. 'leaciones 'luminioB&ilicio, 'lB&i ,tro eut)ctico de importancia tecnolgica es el de la aleacin 'lB&i. *l &ilicio se desarrolla en forma faceted. "uando el crecimiento se efect+a a baja velocidad, la fase &i se desarrolla con formas geom)tricas ms regulares &i se agrega /a a la aleacin el &ilicio toma forma de fibras ms cortas aumentando la ductilidad de la aleacin >igura :.GB:G 2a3.:. &,L%!%>%"'"%I/ :.L &olidificacin de perit)cticos ' una temperatura levemente superior a (p, una aleacin "8 contiene apro7imadamente^ ap y _ Lp, a (p se produce la reaccin perit)ctica y aparece la fase b , por consiguiente habr tres fases presentes. ' una temperatura levemente inferior a (p desaparece a y queda apro7imadamente E8D b p y E8D Lp.La >igura :.LB; muestra el diagrama temperaturaBtiempo para la solidificacin de "8, con la transformacin perit)ctica a temperatura constante, 2regla de las fases de 0ibbs4 L X ; J : B = X 83.&in embargo, en la prctica, la solidificacin ocurre en forma algo diferente, la disolucin de la fase a slida requiere de tiempo, lo que se puede lograr slo con enfriamientos muy lentos. /ormalmente la solidificacin se efect+a rpido y no se logran las condiciones de equilibrio. 'l ocurrir la transformacin perit)ctica, la fase b nuclea y crece en torno a los dendritas de a proeut)ctica disolviendo algo de la fase a , i.e. no toda5 para b es ms favorable nuclear heterog)neamente en torno a las dendritas de a que en el lquido. La fase a queda as rpidamente aislada del lquido por la fase b que la rodea y se corta la reaccin perit)ctica. 'l bajar a+n mas la temperatura la +nica solidificacin que ocurre es ms b . La >igura :.LBC muestra la importante aleacin FED&nB=ED"u4 la fase gris correspondea dendritas de e 5 )stas estn recubiertas de fase blanca h , el resto que se ve obscuro es eut)ctico que se produce a ;;A 9".:. &,L%!%>%"'"%I/ :.:8 $eacciones en los !iagramas de >ases>igura :. $eaccin *ut)ctica L ` a 2 s3 J b 2 s3>igura ;. $eaccin Perit)ctica L J a 2 s3 ` b 2 s3>igura =. $eaccin *utectoide g 2 s3 ` a 2 s3 J b 2 s3>igura C. $eaccin Peritectoide g 2 s3 J a 2 s3 ` b 2 s3Lingote Lingotes de oro modernos del Ranco de &uecia.n lingote es una masa de material fundido dentro de un molde que permite su fcil manejo y estiba.(abla de contenidos aocultarb: (ipos de lingote :.: ?etlico:.; ?aterial semiconductor; *structura cristalina(ipos de lingote aeditarb?etlico aeditarbLos lingotes metlicos se fabrican calentando la aleacin por encima de su punto de fusin y volcando el metal lquido dentro de moldes preparados al efecto. Los lingotes de metales primarios se utili#an luego en la industria para producir otras pie#as metlicas, mediante fundicin, e7trusin u otros medios tecnolgicos.?aterial semiconductor aeditarb*n la industria electrnica se utli#an lingotes monocristalinos de material semiconductorfabricados mediante el m)todo "#ochralsPi o el de Rridgeman.*structura cristalina aeditarbLos lingotes se fabrican en general con moldes en forma de paraleleppedo o una pirmide truncada de base rectangular, para facilitar su estibaje. "omo el enfriamiento se inicia en la superficie, se crea un gradiente de temperatura donde el centro del lquidopermanece ms caliente que los bordes. *n consecuencia, la solidificacin comien#a porla superficie y termina en el centro, generando una estructura cristalina tpica en tres ccapasd4 una cristali#acin columnar en la superficie, dendrtica en la capa siguiente, y equia7ial en el centro.'l solidificarse, el metal disminuye su volumen y la superficie del lingote en contacto con la atmsfera presenta en general una concavidad denominada cde retraccind. &i la fundicin ha sido deficiente, el lingote presentar fisuras en su superficie, y poros en su interior.*7istren diversas t)cnicas para mejorar y homogenei#ar la estructura cristalina de un lingote, incluyendo el estricto control de la velocidad de solidificacin, la aislacin de determinadas partes de los moldes para producir una solidificacin dirigida, y el uso de t)cnicas de floculacin.