PRINCIPIOS DE SOLIDIFICACIN

Bilma Yupanqui P.

En todos los metales, ciertos cermicos semiconductores y compuestos, se da la transformacin de estado lquido a slido al reducir la temperatura por debajo de la solidificacin.La estructura producida durante la solificacin (forma y tamao de granos) afecta a las propiedades mecnicas e influye en los tratamientos posteriores para modificarla.En la solidificacin se pasa de estado lquido, con orden atmico de corto alcance, a un estado slido cristalino, con orden de largo alcance.En la solidificacin se requiere dos etapas: Nucleacin y Crecimiento

ETAPAS DE LA SOLIDIFICACIONCristales que formaran cristales

NUCLEACIN La nucleacin es el comienzo de un cambio de estado en una regin pequea pero estable. Un ncleo es un pequeo grupo de tomos (aprox. 50) que cuando se dan las condiciones adecuadas se da el cambio de una nueva fase que puede crecer hasta completar el cambio de fase.

Primera regin solidificadaBorde de grano. ltima regin solidificada

TIPOS DE NUCLEACIN

NUCLEACIN HOMOGNEA

Consiste en que el metal liquido fundido proporciona por si mismo los tomos para formar ncleosEn este caso, la formacin de ncleos requiere un cierto gasto energtico por concepto de generar un volumen y una superficie.

NUCLEACION HETEROGNEA

Consiste en la formacin de ncleos en zonas donde ya existe superficie slida, por ejemplo, en paredes de molde o en el borde de partculas slidas introducidas en el metal fundido. La preexistencia de una superficie slida ayuda a la nucleacin

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL CRECIMIENTO Velocidad de cristalizacin Zonas de nucleacin preferenteInestabilidad trmica Impurezas Vibraciones externas Grado de sobresaturacin

ENFRIAMIENTO DE UN METAL PURO AB : ENFRIAMIENTO NORMAL BC : SUBENFRIAMIENTO CD : RECALESCENCIA DE : SOLIDIFICACIN ISOTRMICA E : FINAL DE LA SOLIDIFICACINTEMPERATURA

T E M PERATURA

T I E M P O

ENFRIAMIENTO DE UNA ALEACIN

DEFECTOS DE SOLIDIFICACIN DE METALESContraccin El slido se contrae aproximadamente en un 7%.porosidades microgrietas inclusiones no metlicas segregacin de elementos de aleacin formas de granos muy heterogneas (por ejemplo: granos muy alargados y granos pequeos) rechupes, (huecos debidos a la contraccin del metal lquido al solidificarse y que no han sido llenados por ms metal lquido).

POLICRISTALINOSGranos ordenados, con diferente orientacin entre granos Grano Fino: existen muchos puntos de nucleacin y lmites de grano.

Grano grueso: existen pocos puntos de nucleacin.

MONOCRISTAL Un nico cristal/grano, solo debe haber un nico punto de nucleacin, no deben existir lmites de grano para no afectar las propiedades. Los monocristales se utilizan en microelectrnica, monocristales de silicio

DIFUSINMovimiento de tomos dentro de la red cristalina. AUTODIFUSINDifusin de tomos a travs de un slido constituido por tomos de su misma naturaleza . Movimiento de iones en un conductor inico.

DIFUSIN DE SOLUTOS O IMPUREZAStomos de soluto/impurezas se desplazanen una matriz de tomos diferentes. Ejem: Difusin de C o N en una matriz de Fe.

EJEMPLO DE DIFUSINCuando dos metales se ponen en contacto a travs de sus caras, y a una temperatura por debajo de su temperatura de Fusin

DIFUSIN COBRE - NIQUEL

MECANISMOS DE DIFUSIN

LEYES QUE RIGEN LA DIFUSIONPrimera ley de fick

Determina el flujo neto de tomos (J). Cuando se incrementa la temperatura de un material, el coeficiente de difusin y el flujo neto de tomos se incrementan.

La velocidad a la cual los tomos se difunden en un material se mide por la densidad de flujo (J), la cual se define como el nmero de tomos que pasa a travs de un plano de rea unitaria por unidad de tiempo.

Coeficiente de Difusin DDependeTipo de difusin TemperaturaEstructura cristalina del disolvente Tipo de imperfecciones en la red cristalina (bordes de grano y vacantes)Concentracin de la especie que se difunde.

SEGUNDA LEY DE FICK