principio de endurecimiento por solidificación y procesamiento 1

8/16/2019 PRINCIPIO de Endurecimiento Por Solidificación y Procesamiento 1

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CATEDRA: tecnología de materiales

compuestos

CATEDRÁTICO:Ing. MUEDAS CASTAEDA!Ru"en

ESTUDIA#TE: $UIS%E &AUTISTA! Edinson Ra'l

SEMESTRE : X

HYO - PERU

UNIVERSIDAD

NACIONAL DELCENTRO DEL

PERU

FACULTAD DE

INGENIERIA

METALURGICA Y

DE MATERIALESPRINCIPIO DE ENDURECIMIENTO POR

SOLIDIFICACIÓN Y CONCENTRACION


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PRINCIPIO DE ENDURECIMIENTO POR SOLIDIFICACIÓN Y PROCESAMIENTO

1. INTRODUCCIÓNEn prácticamente todo los metales y aleaciones as! como en m"c#os

semi cond"ctores comp"estos cerámicos y pol!meros el material en

al$%n momento de s" procesamiento es l!&"ido' El l!&"ido se solidi(ica al

en(riase por de)a*o de s" temperat"ra de solidi(icaci+n' El material

p"ede ser "tili,ado tal como se solidi(ico p"ede ser procesado

posteriormente mediante tra)a*o mecánico o tratamiento t-rmico' Las

estr"ct"ras prod"cidas d"rante la solidi(icaci+n a(ectan las propiedades

mecánicas en in(l"yen so)re el tipo de procesamiento posterior' En

partic"lar se p"ede controlar la (orma y el tama.o de los $ranos

mediante solidi(icaci+n'D"rante la solidi(icaci+n el arre$lo at+mico cam)ia de "n orden de corto

alcance a "n orden de lar$o alcance es decir "na estr"ct"ra cristalina'

La solidi(icaci+n re&"iere de dos pasos/ n"cleaci+n y crecimiento' La

n"cleaci+n ac"rre c"ando se (orma pe&"e.as porci+n solida dentro del

l!&"ido' El crecimiento del n%cleo oc"rre c"ando los átomos del l!&"ido

se 0an "niendo al solido #asta &"e se aca)e el l!&"ido'2. NUCLEACIÓN

Es de esperarse &"e "n material se solidi(i&"e c"ando el l!&"ido se

en(ri- *"sto por de)a*o de s" temperat"ra de ("si+n o con$elamiento ya

&"e la ener$!a asociada con la estr"ct"ra cristalina de los s+lidos en ese

momento menos &"e la ener$!a del l!&"ido' Esta di(erencia de ener$!a

entre l!&"ido y solido es el cam)io de ener$!a li)re 1delta de $23 con(orme

a"menta de tama.o el s+lido delta de $ se #ace mayor'


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2.1. Nucleac!" #$%$&'"eaC"ando el l!&"ido se en(r!a lo s"(iciente por de)a*o de la temperat"ra

de solidi(icaci+n de e&"ili)rio se com)inan dos (actores para

(a0orecer la n"cleaci+n' 7rimero se a$r"pan los átomos para (ormar

em)riones más $randes' Se$"ndo' La mayor di(erencia en ener$!a

li)re de 0ol"men entre el l!&"ido y el s+lido red"ce el tama.o cr!tico

del n%cleo' la n"cleaci+n #omo$-nea oc"rre c"ando el

s")en(riamiento es lo s"(iciente como para ca"sar la (ormaci+n de "n

n%cleo esta)le'


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2.2. Nucleac!" #e(e)$&'"ea A e9cepci+n de los e9perimentos ("era del com%n en la)oratorios la

n"cleaci+n #etero$-nea n"nca oc"rre en los metales l!&"idos' En

l"$ar de ello las imp"re,as &"e están en contacto con el l!&"ido ya

sea en s"spensi+n o so)re las paredes del recipiente &"e lo

contiene pro0een "na s"per(icie so)re la c"al se p"ede (ormar solido

1(i$' : 4;


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Una 0e, (ormado los n%cleos el crecimiento oc"rre con(orme los átomos

se inte$ran a la s"per(icie del s+lido' La nat"rale,a del crecimiento del

solido dependerá de la (orma en &"e se 0a e9trayendo el calor latente de

("si+n' El calor especi(ico es el calor necesario para cam)iar en "n

$rado la temperat"ra de "na "nidad de peso de material el calor

especi(ico de)erá ser eliminado primero ya sea radiaci+n #acia

atmos(eras circ"ndantes o por condici+n atra0e, del molde &"e contin%e

el material #asta &"e el l!&"ido se en(ri- a s" temperat"ra de

solidi(icaci+n antes de &"e complete la solidi(icaci+n de)erá eliminarse

de la inter(ace solido li&"ido el calor latente de ("si+n' La manera en la

c"al se li)ere o retire este calor determinara el mecanismo de

crecimiento de n%cleos y la escrit"ra (inal'.1. C)ec%e"($ /la"a)

C"ando "n l!&"ido )ien inoc"lado se en(r!a al e&"ili)rio la

temperat"ra del l!&"ido es mayor &"e la temperat"ra de solidi(icaci+n

y la temperat"ra del solido esta en por de)a*o de esa temperat"ra'

D"rante la solidi(icaci+n el calor latente de ("si+n es eliminado por

cond"cci+n desde la inter(ace solido l!&"ido atra0e, de s+lido y

#acia los alrededores' C"al&"ier pe&"e.a prot")erancia &"e empiece

a crecer en la inter(ace estará rodeada de l!&"ido con "na

temperat"ra mayor a la solidi(icaci+n 1(i$' 4;>2' El crecimiento de la

prot")erancia se detendrá #asta &"e el resto de la inter(ace la

alcance' Este mecanismo de crecimiento se conoce como

crecimiento planar y oc"rre por el despla,amiento de la inter(ace

solido : l!&"ido o plana #acia el l!&"ido.


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.2. C)ec%e"($ e")0(c$C"ando la n"cleaci+n es d-)il el l!&"ido es se s")en(ria antes de

&"e se (orme el s+lido 1(i$ 4;?2 )a*o estas condiciones "na

prot")erancia solida pe&"e.a llamada detr!tica se (orma y crea la

inter(ace' Con(orme crece la dendrita el calor latente de ("si+n pasa

al l!&"ido s")en(riado ele0ando s" temperat"ra de solidi(icaci+n' En

los troncos de las dendritas primarias tam)i-n p"edes crecer )ra,os

se$"ndarios y terciarios para acelerar la li)eraci+n del calor latente

de trans(ormaci+n' El crecimiento detr!tico contin%a #asta &"e el

l!&"ido s"n)en(riado alcan,a la temperat"ra de solidi(icaci+n'

C"al&"ier l!&"ido restante se solidi(icara entonces mediante el

mecanismo de crecimiento planar' La di(erencia entre crecimiento

plantar y el dendr!tico oc"rre de)ido a las distintas (ormas de dispar

de calor latente' El recipiente o molde de)e a)sor)erse el calor en el

crecimiento planar mientras &"e en el crecimiento dendr!tico el calor

es a)sor)ido por el l!&"ido s")en(riado'En los metales p"ros el crecimiento dendr!tico normalmente

representa solo "na pe&"e.a (racci+n del crecimiento total'


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Donde c es el calor espec!(ico del l!&"ido' El n"merador representa el

calor &"e p"ede a)sor)er el l!&"ido s") en(riado y el calor latente en el

denominador representa el calor total &ie de)e li)erarse d"rante la

solidi(icaci+n' 7or lo &"e mayor s") en(riamiento 0ariaci+n de T mayor

crecimiento dendr!tico'

. TIEMPO DE SOLIDIFICACIÓN Y TAMA*O DE DENDRITASLa rapide, a la c"al el s+lido crece depende de la 0elocidad de

en(riamiento o de la rapide, de e9tracci+n de calor' Una 0elocidad de

en(riamiento rápida prod"ce "na solidi(icaci+n rápida o tiempo de

solidi(icaci+n cortos' Utili,ando la re$la de C=@RIN@ p"ede

calc"larse el tiempo t r&"erido para &"e "na ("ndici+n simple se

solidi(i&"e completamente/


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. EFECTO EN LAS ESTRUCTURAS Y LAS PROPIEDADESEl tiempo de solidi(icaci+n a(ecta al tama.o de dendritas' Normalmente

el tama.o de la tendr!a se representa midiendo la distancia entre los

)ra,os dendr!ticos sec"ndario 1(i$'4;B2 el espaciamientos entre )ra,os

dendr!ticos EDS se red"ce c"ando la ("ndici+n se solidi(ica con mayor

rapide,' Las redes detr!ticas más (inas y más e9tensas sir0en como "n

cond"ctor más e(iciente del calor latente #acia el l!&"ido s")en(riado' El

EDS está relacionado con el tiempo de solidi(icaci+n por la reacci+n'

Donde m y 8 son constantes &"e dependen de la composici+n del metal'

Esta relaci+n se m"estra la (i$"ra 4; para 0arias relaciones'

Espaciamientos pe&"e.os entre )ra,os dendr!ticos sec"ndarios

prod"cen mayor resistencia mecánica y me*or d"ctilidad 1(i$' 4;42


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7ara prod"cir espaciamientos entre )ra,os dendr!ticos sec"ndarios

e9cepcionalmente (inos se "tili,a "n proceso de solidi(icaci+n rápida3 "n

m-todo com%n es prod"cir $otas pe&"e.as se solidi(ican a "na $ran

rapide,' Esta 0elocidad d en(riamiento no es s"(iciente rápida para

(ormar "n 0idrio metálico pero si se prod"ce "na estr"ct"ra detr!tica (ina'

Consolidado c"idadosamente las $otas de solido mediante procesos de

metal"r$ia de pol0os se p"eden o)tener propiedades me*oradas del

material'


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3. Cu)4a e e"5)a%e"($7odemos res"mir n"estro análisis #asta este p"nto e9aminando "na

c"r0a de en(riamiento' En el c"al se m"estra c+mo cam)ia la

temperat"ra de "n material con el transc"rso el tiempo (i$' 4;' el l!&"ido

se 0ierte en "n molde a la temperat"ra de 0ac!o' La di(erencia entre la

temperat"ra de 0ac!o y la temperat"ra de solidi(icaci+n es el

so)recalentamiento' El l!&"ido se en(r!a c"ando el molde e9trae s" calor

espec!(ico #asta &"e lle$a a la temperat"ra de solidi(icaci+n' La

pendiente de la c"r0a de en(riamiento antes de &"e inicie la solidi(icaci+n

es la rapide, de en(riamiento'Si en el metal li&"ido están presentes n%cleos #etero$-neos e(ecti0os el

cam)io de estado comien,a a la temperat"ra de solidi(icaci+n' De)ido a


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la $eneraci+n del calor latente de ("si+n se prod"ce "na meseta de

esta)ili,aci+n t-rmica' El calor latente mantendrá el l!&"ido restante a la

temperat"ra de solidi(icado #asta &"e todo li&"ido se #aya solidi(icado y

no se p"ede e9traer más calor' En estas condiciones el crecimiento es

planar' El tiempo de solidi(icaci+n total de la ("ndici+n es el tiempo

re&"erido para eliminar tanto el calor espec!(ico del l!&"ido

so)recalentado como el calor latente de ("si+n y se mide a partir del

momento del 0aciado #asta &"e se completa la solidi(icaci+n este

tiempo se determina por la re$la de c#0orino0' El tiempo de solidi(icaci+n

local es el re&"erido para eliminar solo el calor latente de ("si+n en

al$%n sitio partic"lar de la ("ndici+n y se mide a partir del momento en

&"e comien,a la solidi(icaci+n #asta &"e esta termina'

principio de endurecimiento por solidificación y procesamiento 1

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