Principios de Solidificación

Presentación del tema: "Principios de Solidificación"— Transcripción de la presentación:

1 Principios de Solidificación
Dr. Ing. Ernesto G Maffia Facultad de Ingeniería – (FI) Universidad Nacional de La Plata - (UNLP) BA - Argentina

2 Índice de temas 1- Introduccion 2- La fase líquida 3- Nucleación
3.1- homogénea 3.2- heterogénea 4- Crecimiento de cristales desde la fase liquida 5- Solidificación estable de la intercara 6- Crecimiento dendritico 7- Solidificación dendritica de aleaciones 8- Solidificación de lingotes 9- Tamaño de grano de las piezas fundidas 10- Segregación 11- Homogenización 12- Segregación inversa 13- Porosidad

3 Introduccion La mayoría de los objetos metálicos comerciales sufren el proceso de solidificación durante su procesamiento y el producto resultante es llamado fundición o lingote las propiedades de estos productos se determinan durante el proceso de solidificación. Por lo tanto, son muy importantes los factores implicados en la transformación S L

4 La fase liquida

5 Antes de entrar a considerar la solidificación, es necesario tratar la naturaleza del estado liquido
En todos los casos importantes, las aleaciones de metal liquido, siempre se presenta

6 Ya sabemos que un sólido es una fase cristalina en la cual los átomos están alineados en el espacio en formaciones definidas sobre grandes distancias. Entonces, esta regularidad se hace fácil de estudiar por Rx, por lo que se conoce mucho sobre la disposición interna de los átomos en los cristales metálicos. Y es posible emplear las matemáticas en el estudio de sus propiedades Por otro lado esta la fase gaseosa, donde la estructura es un total desorden,…..suponiéndolos gases ideales….las propiedades físicas de los gases metálicos pueden ser tratadas por medio de la matemática

7 Entonces, la fase liquida es una estructura indeterminante
Sin embargo, aun no se tiene un cuadro simple de la fase liquida: esta fase no posee orden de largo alcance del sólido, ni falta de interacción entre átomos como en un gas. Entonces, la fase liquida es una estructura indeterminante Realmente en un liquido la separación promedio entre átomos es muy cercana a la del sólido; este hecho se demuestra por el pequeño cambio de densidad en la fusión, densidad que esta entre el 2 al 6%, para metales compactos y donde, se supone que parte del cambio en densidad esta asociado a la formación de defectos estructurales en la fase liquida (lugares vacantes, lugares intersticiales o dislocaciones)

8 Además del pequeño cambio en la densidad, también tambien hay un pequeño cambio en el calor latente de fusión, cuando se funde un metal, y este es 1/25 a 1/40 del calor latente de vaporización ( este es una medida de la energía para colocar los átomos en fase gaseosa) Resumiendo…..ya que hay muy poca energía desprendida cuando se funde un metal así como el hecho que los átomos en fase liquida y sólida tienen separaciones casi idénticas, estos hechos nos indican que el enlace fase sólida y liquida es similar

9 PROPIEDAD SÓLIDO LIQUIDO
Propiedad del Cu sólido y liquido PROPIEDAD SÓLIDO LIQUIDO Densidad [g/cc] 8.32 7.93 Distancia interatómica [Ǻ] 2.74 2.88 Resistividad eléctrica [mho-cm] 11 22 Difusividad [cm2/seg] 10-8 10-5 Fluidez Modulo de corte viscosidad Diferencias pples difusividad/fluidez

10 La fase liquida Las aleaciones de metal liquidas ocurren como una fase simple ( una solución liquida homogénea). Se trata un caso especial: un elemento metálico que posee una fase sólida simple

11 Desde el punto de vista de la energía libre de las fases y de las razones para la existencia para las transformaciones entre S, Ly G, se considera…….

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13 Nucleación

14 La solidificación de los metales nucleación y crecimiento
ocurre por nucleación y crecimiento Esta afirmación es cierta también para la fusión, pero con una diferencia importante……

15 La nucleación de la fase solida durante la solidificación es un proceso mas difícil que la formación de núcleos en la fase liquida durante la fusión Resultando entonces que, cuando un metal se funde no hay sobrecalentamiento…….pero……… cuando un liquido solidifica existe sobre-enfriamiento

16 Nucleación homogénea Si las condiciones durante la solidificación son tales que esta es HOMOGENEA, ……………entonces ……….los líquidos….. pueden enfriarse muy por debajo de su punto de solidificación de equilibrio ANTES de que comience la solidificación Esto se llama: SOBRE-ENFRIAMIENTO

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18 Nota: no se sabe si todos los metales enlistados en esta tabla corresponden a nucleación homogénea……pero si ocurriese nucleación heterogénea sobre partículas de impurezas debería reducir la magnitud el sobre-enfriamiento Se concluye que, el sobre-enfriamiento correspondiente a la nucleación homogénea es tan grande o mayor que el expuesto en la tabla anterior

19 Nucleación heterogénea: los cristales se forman sobre partículas extrañas ( impurezas, solutos, paredes del molde, etc)

20 Nucleación en aleaciones
La dificultad asociada con la formación de núcleos homogéneos de la fase cristalina sólida no es solo de los metales puros, ……..también se observa en aleaciones.

21 Si bien existe una dificultad para formar núcleos homogéneos en un metal puro, ……pero también hay dificultad para nuclear la fase cristalina solida en las aleaciones Se observa que es posible sobre-enfriar una aleación Cu-Ni unos 300ºC en todas las composiciones

22 observación Las grandes magnitudes de sobre-enfriamiento encontradas hasta aquí, solo se observan bajo condiciones experimentales muy controladas y destinadas a prevenir la nucleación heterogénea. En la practica comercial, la nucleación de los metales es siempre HETEROGENEA

23 Cuando ocurre nucleación HETEROGENEA, se reduce el sobre-enfriamiento
Y si lo hubiese, apenas alcanzaría unos pocos grados

24 En la fusión, no es normal que se sobrecalienten los metales
Nucleación durante la fusión, en una superficie libre ( lo inverso de la solidificación) En la fusión, no es normal que se sobrecalienten los metales

25 Un metal solido, en contacto con una fase vapor
Un metal solido, en contacto con una fase vapor. Si se forma una pequeña cantidad de liquido sobre la sup solida, cubrirá rápidamente la sup completa (fig c),pues se ha observado que los metales líquidos, siempre mojan sus propios solidos.

26 Entonces, si se realiza un balance de energías superficiales sobre la gota, se encuentra que el mojado requiere :ϒsv=ϒlv+ϒsl. Ahora se considera el cambio de energía de superficie ( tensión superficial ,ϒ) para la reacción de fusión , desde (a) hasta (c) : ΔG= G(final) – G( inicial)= A[ϒlv+ϒsl-ϒsv] El termino entre corchetes será negativo, ya que los metales líquidos mojan sus propios solidos . Entonces, para la fusión en la sup de solidos en contacto con vapor, el cambio de energía de superficie será (-), lo que significa que la energía libre cae debido a la fusión

27 Aplicación de estas ideas: curva de enfriamiento durante la solidificación de un metal puro

28 El metal liq se sobreenfria invariablemente por debajo de la temperatura de solidificación antes que ocurra la nucleación. Después de que ocurre la nucleación (T=Tnucleacion), la temp sube rápidamente por el calor latente desprendido durante la solidificación Esta elevación de temp se detiene cuando se alcanza la temp Tf. Como no puede haber sobrecalentamiento, la temp solo sobrepasa Tf, cuando se funde el solido formado. El calor latente es insuficiente como para causar esta fusión, entonces la elevación de temp se detiene en Tf

29 conclusiones Los metales L, se sobreenfrían debido a la barrera de energía superficial de los núcleos solidos Los metales S, no se sobrecalientan debido a que no existen barreras de energía superficial cuando se produce la fusión en una superficie La nucleación para la solidificación es casi siempre heterogénea. Entonces, aumentara el sobreenfriamiento cuando se purifiquen los líquidos . El agregado de sitios de nucleación ( solutos o impurezas intencionales) aumenta la nucleación y genera una disminución del tamaño de grano.

30 Crecimiento de cristales desde la fase liquida
El movimiento del limite que separa a un L desde una fase cristalina solida, bajo un gradiente de T normal al limite, es la resultante de 2 movimientos atómicos diferentes

31 Velocidad de solidificación
En la intercara, los átomos que dejan al L y se unen al S, determinan una «velocidad de solidificacion» Cuando el limite se mueve de manera que aumenta o disminuye la cantidad de S, sera consecuencia de un aumento o disminución en la «velocidad de solidificacion»

32 Se puede ver la intercara como un evento de difusión bi-direccional
Qf representa la energía necesaria para llevar un átomo del lado del L al punto de caballete

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34 Las velocidades de solidificación se pueden expresar como: átomos por segundo cruzando los limites, o velocidades de los limites en cm/seg

35 Curvas de velocidades de solidificación y fusión como función de la T
Esta figura muestra que no es posible solidificar un metal cuando la temperatura de la intercara en igual a la temperatura de solidificación ( Ti=Ts) Para que la intercara se mueva, esta debe estar a alguna temperatura por debajo de Ts, para satisfacer la condición: v solidificacion>v fusion Entonces la intercara debe sub-enfriarse una cantidad ∆Tk

36 características Sobre cualquier lado del punto de fusión verdadero, las curvas divergen en forma aguda La diferencia en las velocidades individuales determina la velocidad real a la que se mueve la intercara; Esto sugiere que la velocidad de crecimiento ( o velocidad de fusión) aumenta según se desvía la temperatura del punto de solidificación La velocidad a la cual se mueve la intercara entre solido y liquido durante la solidificación es una función de la cantidad de sobreenfriamiento

37 Factor de acomodación Se define como «la oportunidad que tiene un átomo de una fase, de hallar una ubicación y adherirse al otro lado del limite» Este factor afecta las constantes Rf0 y Rfm

38 Por el movimiento de los átomos desde el S al L, el factor de acomodación es independiente de la naturaleza química de los átomos que componen el L. Esto se deduce del hecho de que las fases L de los metales tienen estructuras similares. Además, estructuras cristalinas distintas, tienen sup distintas hacia la fase L por lo que el factor de acomodación para el movimiento de los átomos desde L al S varia con la naturaleza del S

39 El movimiento de los átomos del L al S depende de los índices del plano cristalino particular al que s enfrenta el L: «cuanto menos compacto sea el plano, mas fácil es para los átomos del L adherirse al cristal»

40 Plano menos compactos, como el {100}, están mejor capacitados para acomodar un átomo que deja el liquido para unirse al sólido , que un plano mas compacto tal como el {111}. Los planos ilustrados corresponden a estructuras FCC Las cavidades disponibles en la superficie para acomodar un átomo del L, son mas grandes para el plano menos compacto Como resultado de esta diferencia, para una dada cantidad de sobreenfriamiento, hay una diferencia en la velocidad de crecimiento de dos planos cristalográficos: el plano menos compacto crece mas rápido!

41 El proceso de crecimiento cristalino, cuando el gradiente de temperatura delante de la intercara es creciente, es diferente de cuando el gradiente es descendente

42 Solidificación de interfaces

43 Distribución de temperaturas en la intercara sólido-liquido
El perfil de temperaturas en la intercara es un factor fundamental en el control de la forma de la intercara. Por lo tanto es útil hacer una distinción entre los dos tipos de perfiles: Gradiente positivo Gradiente negativo

44 Gradiente positivo de temperaturas
La intercara se sobreenfria ∆Tk para impulsara las reacciones de la intercara

45 Gradiente positivo de temperaturas ó solidificación estable de la intercara

46 Solidificación estable de la intercala con gradiente positivo de temperatura y cuando un plano compacto es casi paralelo a la intercara Intercara estable, cuando un plano compacto (por ej, 111) es casi paralelo a la intercara

47 Crecimiento dendrítico

48 Gradiente negativo de temperaturas en la intercara sólido-liquido

49 Gradiente negativo de temperaturas en la intercara sólido-liquido ó inestabilidad de la intercara

50 suposiciones El calor fluye de izquierda a derecha
El calor se elimina a través del sólido Al mismo tiempo, se tiene sub-enfriamiento ( la temperatura del liquido esta por debajo de la temp de equilibrio) Ya que se desprende calor latente de solidificación en la intercara, entonces la temperatura de la intercara se eleva. Entonces, según nos movemos hacia adentro del liquido la temp desciende; esto se conoce como “inversión de la temperatura”

51 Morfología de le intercara cuando hay gradiente negativo de temperatura

52 Primer paso del crecimiento dendrítico (puntas de 1er orden)

53 La dirección en la que crecen estas puntas es cristalográfica y se conoce como: dirección de crecimiento dendrítico ( depende de la estructura cristalina del metal)

54 Formación de ramas secundarias
En la sección bb la temperatura en mas baja que en aa. Sin embargo, la temperatura será mas alta que en la distancia media entre puntas (Ta>Tb) Por lo tanto, se produce una inversión de temperatura en las direcciones perpendiculares a las puntas primarias Este gradiente será el responsable por la formación de ramas secundarias Sus direcciones de crecimiento rápido son a lo largo de direcciones cristalograficamente equivalentes a las tomadas por los brazos primarios En el caso de metales cúbicos, los brazos dendríticos se pueden formar a lo largo de todas las direcciones <100> y son perpendiculares unos a otros

55 Ejemplo de crecimiento dendritico

56 Notas sobre crecimiento dendrítico
La fuerza generadora de crecimiento dendrítico es el subenfriamiento de origen térmico. Ocurre que, en metales puros, se necesita un subenfriamiento del orden de 100°C para completar la solidificación dendrítica y asi lograr que el subenfriamiento compense el desprendimiento de calor latente de fusión según se van formando las dendritas Por todo esto, no es posible obtener solidificación dendrítica en un metal puro, mas allá del 10% en volumen

57 Resumiendo….

58 Solidificación dendrítica de aleaciones

59 Solidificación dendrítica de aleaciones
Fuerza impulsora → subenfriamiento constitucional Definición: cuando un sólido solidifica con una composición química diferente que la del liquido del cual se forma

60 Subenfriamiento constitucional

61 a T1= Solido CQA solidifica en equilibrio con liquido CQB
un volumen de liquido CQB se coloca en molde tubular Ahí, el 1er solido solidifica con CQA CONCEPTO= este 1er solido se forma de la capa liquida adyacente que tiene con CQ diferente a la del solido formado

62 Este cambio de CQ aumenta delante de la intercara aumenta a medida que e forma mas solido
Al mismo tiempo, hay un cambio en la CQ del solido que se puede formar de la capa liquida adyacente La CQ del liquido en D se corresponde a una CQ del solido en C Este proceso de solidificación solo puede ocurrir si la temperatura baja de T1 a T2 La concentración de un exceso de átomo de B en el liquido adyacente a la intercara llega a su máximo, cuando el liquido prox al solido tiene la CQe En este caso, el liquido puede solidificar un solido de CQb

63 En ese momento, la temperatura debe ser T3
La concentración de un exceso de átomo de B en el liquido adyacente a la intercara llega a su máximo, cuando el liquido prox al solido tiene la Cqe Cuando esto ocurre, se llego al estado estable y el solido que se formo desde la capa liquida enriquecida en átomos de B, es el mismo que el liquido atraído a esta capa En ese momento, la temperatura debe ser T3

64 Curvas composición-distanciaa lo largo del molde tubular.
Estas curvas muestran la variación de CQ del estado estable La forma exponencial de la curva composición-distancia es una función de la velocidad de solidificación y de las velocidades de difusión atómica en el liquido. Estas curvas son representativas de lo que podría suceder durante la solidificación en equilibrio de una aleación

65 Como se explica el sobre-enfriamiento constitucional?

66 el metal liquido se vierte en la cavidad de un molde y este solidifica como consecuencia de las perdidas de calor a través de las paredes del molde. Como resultado será mas baja la temperatura en la pared del molde y esta se elevara hacia el centro del molde. Entonces, la solidificación comienza siempre en las paredes del molde resumiendo………estudiaremos un proceso de solidificación en el cual la temperatura se eleva delante de la intercara sólido-liquido

67 Como se genera la inestabilidad en un frente plano?
Sobre-enfriamiento constitucional en aleaciones. a) Diagrama de fases; (b) capa enriquecida en soluto delante de la interfase líquido-sólido; (C) interfaz estable; (D) interfaz inestable

68 CONSIDERACIONES Un capa rica en soluto esta en presente en el frente de crecimiento, donde la composición química es máxima (C*L) y luego desciende con la distancia (b) Con ayuda del diagrama de fase, se grafica la temperatura de liquidus (TLIQUIDUS) de equilibrio en función de la distancia (c) La temperatura de liquidus (TLIQUIDUS) de equilibrio aumenta con la distancia porque “cuanto menor sea el contenido de soluto, mayor será su TLIQUIDUS (C) TACTUAL es la temperatura real del liquido colado y su forma depende del flujo de calor Se coloca en el mismo grafico: TLIQUIDUS y TACTUAL La fig (c) exhibe la condición donde cada punto de la interface esta a una temperatura por encima de TL: es la condición para un frente plano y estable en la solidificación La fig (d) representa el caso inestable: el liquido esta sobre-enfriado por lo que puede ocurrir crecimiento dendritico

69 Que sucede cuando la capa subenfriada es de gran tamaño?
Si el valor de x es grande, entonces la solidificacion dendrítica es importante!!! Si el valor de x es pequeño, entonces aparece otro tipo de crecimiento, donde la inestabilidad de la intercara genera proyecciones ovaladas

70 El resultado es la formación de una estructura celular
La solidificacion ocurre uniformemente sobre toda la superficie, pero, el sólido que queda en las puntas de las proyecciones, queda a una mayor temperatura (T1) que en los dientes (T2). Junto a esta diferencia de temperatura, hay tanbien una diferencia de composición del liquido en las dos posiciones: el que solidifica en los dientes tiene una concentración de soluto mas elevada. El resultado es la formación de una estructura celular Como mantiene su forma esta superficie?

71 Estructura celular

72 Estructura de un lingote colado, y zonas básicas de solidificación

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76 Formación de la zona columnar
Predomina el crecimiento por sobre la nucleación Ni bien empieza la nucleación en la zona de enfriamiento rápido, se eleva la temperatura (calor latente); entonces se produce la inversión de temperatura Esta inversión, promueve el crecimiento dendrítico y los cristales de la zona de enfriamiento rápido que quedan sobre la intercara, proyectan brazos dendríticos dentro del liquido subenfriado En un metal puro, este crecimiento es limitado pues el calor latente liberado en la intercara cambia el contorno de temperatura : se elimina la inversión y el gradiente se vuelve positivo; el crecimiento prosigue mediante el avance de una intercara estable

77 Crecimiento columnar La sección columnar se produce cuando el crecimiento competitivo elimina algunos granos, y los granos remanentes continúan creciendo debido a que el subenfriamiento delante de la intercara no es suficiente como para causar nucleación

78 Notas: La zona columnar se compone de cristales que comienzan en la zona de enfriamiento rápido y crecen, lado a lado, en la dirección del flujo de calor En un metal puro, estos cristales crecen hasta el centro del lingote La zona central equiaxial no se encuentra en los lingotes de metal puro Cuando un metal puro solidifica en un molde, el subenfriamiento que promueve el crecimiento dendrítico es térmico

79 Como es el desarrollo de la estructura en una aleacion?
Además del subenfriamiento térmico, aparece el subenfriamiento constitucional Si esto ocurre, también existirá el crecimiento dendrítico y la aparición de orientación preferencial El subenfriamiento constitucional produce, en aleaciones, el desarrollo de la zona equiaxial central

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81 Hay dos causas básicas para el desarrollo de la zona central equiaxial
1) concentración de soluto en el liquido delante de la intercara 2)la temperatura del centro del lingote, tiende a acercarse a la de las intercaras, según se juntan estas; esto aplana el contorno de temperatura-distancia

82 desarrollo de la zona equiaxial
Debido a que la estructura central es equiaxial, se asume que hay suficiente subenfriamiento como para causar nucleación heterogénea delante de la interfase. Ya que no es posible que se establezca un subenfriamiento térmico porque el centro del lingote esta mas caliente que el exterior, la pregunta que surge es: “que tipo de subenfriamiento entonces hay?” La respuesta es “hay subenfriamiento constitucional y el gradiente de temperatura es positivo”

83 Notas: Cuando aparece una zona central equiaxial en un lingote es indicativo que se pudo desarrollar el “subenfriamiento constitucional” y ocurrir la nucleación en el liquido central. Por lo tanto, habrá nucleación de nuevos cristales (no crecen los columnares) Estos cristales crecen dendriticamente, sus brazos se forman a lo largo de las 6 direcciones <100> Este crecimiento dendrítico termina cuando el calor latente elimina el subenfriamiento constitucional La nucleación de grano, como resultado del subenfriamiento constitucional es un medio para que se puedan formar granos equiáxicos en el centro del lingote.

84 Segregación

85 Introducción Las estructuras discutidas hasta acá, son el resultado del sub-enfriamiento constitucional Este tipo de sub-enfriamiento es el resultado de la diferencia de composición entre las fases liquidas y sólidas durante la solidificación Entonces, esta diferencia de composición, no solo produce subenfriamiento (cuando las condiciones de temperatura son las adecuadas), sino que también produce segregación del soluto que se encontrara al final de la solidificación

86 La segregación puede dividirse en:
Micro-segregación: diferencias de concentración de soluto entre dendritas o granos Macro-segregación: diferencias de concentración entre el centro y el exterior de un lingote colado

87 Micro-segregación puede ser:
Intercelular Interdendrítica intergranular

88 Segregación

89 Segregación intercelular

90 Segregación intergranular
La segregación depende de cómo se forma el limite de grano limite de grano corriendo paralelo al flujo de calor limite producido por el crecimiento de granos equiaxiales

91 Segregación intergranular
Si el limite es tipo a) la segregación dependerá de la orientación. Si los dos granos están orientados de modo que el rechazo de soluto en la interfaz es hacia el limite, entonces el limite tendrá una alta concentración de soluto. Esta situación se da cuando las subestructuras, tales como celulas o dendritas, convergen en el limite y el soluto es parcialmente depositado en este limite. En el caso de crecimiento de una zona equiaxial, donde el limite esta parcialmente solidificado; como el avance de la intercara tiene una región liquida con alta concentración de soluto delante de el, el sólido resultante solidificara como un sólido con alta concentración de soluto. En el crecimiento equiaxiado, el limite es un vertedero para el soluto porque dos capas de soluto se juntaran en esta zona. Casi siempre, el material intergranular sera de composición eutéctica o peritectica

92 Macro-segregación puede ser:
Normal ó inversa

93 Segregación Normal : el centro del lingote tendrá mayor concentración de soluto que el exterior (esto es el resultado del rechazo de soluto en la interfase sólido/liquido y este soluto se acumulara en la ultima parte a solidificar). La distribución de soluto que se encuentra en un lingote depende, entre otras cosas de la estructura granular, pero si se supone que el crecimiento es unidireccional y que la interfase es plana ( no hay crecimiento dendrítico ni celular), entonces se podrán calcular las curvas de concentración / distancia para distintas condiciones de solidificación

94 Curvas concentración / distancia
Se distinguen 3 casos de solidificación, en términos de distribución de soluto en un lingote solidificado: 1ra situación) se estudia la solidificación de una barra, a partir de uno de los extremos donde el mezclado en el liquido es solo por difusión, no hay difusión en el sólido, la interfase esta en equilibrio .

95 Se forma una capa rica en soluto delante de la intercara y este soluto puede ser removido solo por solidificación dentro del sólido o por difusión al liquido. Cuando solidifica el 1er sólido ( de composición C0K0), los siguientes sólidos Irán aumentando su concentración hasta alcanzar C0. Si existe un estado estacionario, entonces la composición del sólido permanecerá cte hasta el final de la solidificación , donde por ultimo, el sólido solidifica con una alta concentración de soluto T0 T1 En términos de diagrama de fase, la mayor parte de la solidificación ocurre a T1

96 2da situación): hay mezclado completo en el liquido, no hay difusión en el sólido, la interfase esta en equilibrio. El primer sólido en solidificar tiene composición C0k0, pero a medida que la solidificación avanza, el soluto rechazado es mezclado entonces la concentración del liquido delante de la intercara será pequeña. T0 T1 En términos de diagrama de fase, la solidificación ocurre uniformemente entre las temperaturas T0 y T1, con la temperatura final de solidificación por debajo de T1

97 1ra situación) 2da situación

98 3ra situación): es la mas realista pero la mas difícil de describir, pues la 1ra suposición es que ocurre un mezclado parcial en el liquido, y no hay difusión en el sólido, la interfase esta en equilibrio y k es cte. El mezclado parcial es causado por conveccion térmica, natural o vibracion. Si el mezclado es ínfimo, entonces la curva se aproxima a la 1ra situación. Ahora si hay un gran mezclado, estaremos en la 2da situación.

99 Segregación inversa El cambio se volumen del liquido durante la solidificación tiene importantes consecuencias: una de ella es, : la segregación inversa! Ocurre cuando el lado exterior del lingote presenta mayor concentración de soluto que el centro

100 Segregación inversa

101 Morfologías de segregación en un lingote (de aluminio calmado)

102 Porosidad

103 Causas para la porosidad:
Evolución gaseosa durante la solidificación Contracción durante la solidificación

104 Micro-contracción

105 La solubilidad de los gases en los metales depende de dos variables:
Gases en metales La solubilidad de los gases en los metales depende de dos variables: a) presión b) temperatura

106 a) solubilidad de los gases en función de la presión
Los gases que están en contacto directo con los metales son: O2, N2, H2, etc Cuando la solubilidad de estos sea pequeña, se expresara la solubilidad a traves de la ley de Sievert: Cg=k√p Cg es la solubilidad del gas K es una constante P es la presión del gas

107 Ejemplo de solubilidad de un gas (H2) en un metal ( en este caso Mg)
Punto fusión Mg: 650°C Los datos se grafican como líneas rectas, por encima y por debajo de punto de fusión Conclusión: significa que la ley de Sievert es valida para la disolución de H2 , en estado liquido como en estado sólido

108 b) solubilidad de los gases en función de la temperatura
Este valor de solubilidad, aumenta rápidamente con la temperatura Si la solubilidad máxima es pequeña, se puede expresar la concentración de equilibrio de un gas en un metal, a presión constante, como una función exponencial : cg= B.e-Q/RT Cg es la solubilidad del gas B es una constante Q es el trabajo para introducir un mol de átomos en el metal T es la temperatura , R constante de los gases

109 Ejemplo de la solubilidad del H2 en función de la temperatura, (a presión cte de 1 atm)
Esta curva muestra el aumento de la solubilidad con el aumento de la temperatura y también la perdida de solubilidad en el cambio de fase S-L a 1083°C. Conclusión: en la mayoría de los metales ocurre esta perdida de solubilidad en la transformación SL

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111 ANEXO Diferencia entre rechupe (shrinkage) y porosidad(gas)

112 Variación del tamaño de las dendritas vs velocidad de enfriamiento

113 Variación en la morfología del grano vs la temperatura de colada real ( línea roja)
CONCLUSION= A menor temperatura de colada (menor pendiente linea roja) mayor cantidad granos equiaxiales