Clase #4: Nucleación, Transformaciones y Diagramas TTT Metalurgia Mecánica Clase #4: Nucleación, Transformaciones y Diagramas TTT 2010/1

Nucleación En un líquido se están creando espontáneamente núcleos sólidos. Los átomos o moléculas están moviéndose al azar; a veces se junta un número grande de átomos y forman un núcleo. ¿Por qué no se produce la solidificación si siempre hay nucleación? Los núcleos tienen que ser estables para poder crecer, por lo cual tiene que haber una fuerza impulsora suficientemente grande: sobreenfriamiento.

Nucleación La solidificación se produce por medio del crecimiento de una estructura sólida dentro de un líquido. En los metales crecen cristales. Hay un juego entre la energía que se necesita para crear superficie y la energía liberada al crear un volumen de sólido: Energía de superficie v/s Energía de Volumen

Nucleación En un principio gana la energía de superficie, luego el factor de volumen (proporcional a r³) le gana a la superficie y se libera energía de forma neta Désde qué punto son estables? dW/dt = 0.

Nucleación Gamma y H son energías por unidad de área y volumen, respectivamente.

Nucleación heterogénea ¿Por qué se ve casi siempre que los núcleos se forman en paredes de envase? Cuando hay una superficie ya creada, se crea menos volumen por unidad de superficie.

Nucleación heterogénea La ecuación de energía de un núcleo se convierte en Por lo cual

Nucleación heterogénea Un ángulo de mojado de 10° aumenta en 18,1 veces el radio original de un núcleo. En ambos núcleos hay 100 átomos que se ordenan por azar. En un ordenamiento heterogéneo el radio nuclear es mayor, por lo cual nuclearán antes.

Ejemplos de Nucleación Nucleación intra sólidos: una fase puede nuclear y crecer en bordes o interiores de un grano.

Ejemplos de Nucleación Nucleación heterogénea de CO2 en agua carbonatada. La rugosidad del metal induce la formación de burbujas y el ángulo de mojado es muy grande.

Ejemplos de Nucleación Crecimiento de cristales de sal en una superficie de sulfato de cobre.

Ejemplos de Nucleación Nucleación y crecimiento de cristales de sal. Nótese la diferencia entre los bordes y el interior.

Transformaciones Hay dos tipos de transformaciones: difusivas y martensíticas. P: ¿Cuál es el factor principal que diferencia estas dos transformaciones? R: La velocidad de enfriamiento Las transformaciones difusivas se producen de líquido a sólido y de sólido a sólido Las transformaciones displacivas se producen de líquido a sólido.

T. Difusivas Los átomos se mueven desde 1 a 1,000,000 espacios interatómicos. El movimiento difusivo se activa por la vibración térmica de átomos. El movimiento de átomos es al azar, pero tiende a ser en una dirección. La velocidad de la transformación depende fuertemente de la Temperatura. El volumen transformado depende del tiempo transcurrido y la temperatura. Se producen cambios de composición en las fases presentes. Rara vez hay coherencia cristalográfica entre las fases

Transformaciones de Acero Hierro Puro

Transformaciones de Acero Acero Eutectoide

Transformaciones de Acero Acero Hipoeutectoide

T. Martensíticas Hay movimiento atómico muy limitado, menor o igual a una unidad de interespaciado atómico. Los átomos casi no se mueven, sino que rompen enlaces y crean nuevos. El movimiento de átomos es ordenado y sigue un patrón. La velocidad de la transformación depende de la frecuencia de vibración de los átomos en la red cristalina. No se producen cambios de composición, pues no hay tiempo para que los átomos difundan. El volumen transformado depende solamente de la temperatura. Hay una relación entre la estructura cristalina inicial y la post- transformación. En aceros, la transformación es de estructura FCC a BCC.

T. Martensíticas: Diagrama TTT Notar que la cantidad de martensita producida depende solamente de la temperatura de enfriamiento

Efecto del contenido de carbono

Efecto de elementos aleantes Los elementos aleantes retrasan la formación de perlita y bainita, mejorando la templabilidad del acero.

Más información Engineering Materials 2. Ashby, Michael F.; Jones, David R. H. Capítulos 7-9. Wikipedia.