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Descripción: Quimica
aleaciones de los metales
Handbook, Capitulo de Aceros y Aleaciones Traducido al español.
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NUCLEACION DE LOS METALES PUROS Y ALEACIONES 1. INTR INTROD ODUC UCCI CION ON Casi todo los metales y aleaciones, en cierto momento de su procesamiento, procesamiento, se encuentra en estado líquido, el cual se solidifca cuando se enría a una temperatura temperatura inerior a la solidifcación. La solidifcación requiere de dos pasos importantes: nucleación y crecimiento. La nucleación nucleaci ón ocurre cuando una pequeña partícula sólida se orma dentro del líquido. El crecimiento del sólido ocurre cuando los átomos del líquido se unen al sólido diminuto hasta que se acabe el líquido. 2. Nucle uclea acion ion. La nucleación ocurre sólo cuando un número suficiente de átomos suficiente de átomos se agrupan espontáneamente para producir un sólido con un radio mayor que el radio crítico r *, correspondiente al máximo en la energía libre total.
. NUCLEACION HOMOGENEA(Líquido puro) La nucleación homo!"nea ocurre cuando el subenriamiento subenriami ento se hace lo sufciente !rande para permitir que el embrión #!ermen$ e%ceda el tamaño crítico. crítico. En si es el inicio de la transormación transormación de la nue&a ase
de orma uniorme en todo el &olumen de la ase madre #sitios discretos de la ase madre$. Es un medio principal que se hallan a dispersión para el control de las propiedades de las aleaciones. Cuando el líquido se enría bastante por deba'o de la temperatura de la solidifcación equilibrio, hay una probabilidad mayor de que los átomos se re(nan para ormar un embrión de radio mayor al radio crítico. )demás hay una mayor dierencia de ener!ía libre &olum"trica entre el líquido y el sólido, cual el tamaño crítico del n(cleo. )l disminuir la temperatura # * o + * $ coincide actores: - n n(mero mayor de átomos se a!re!an a los embriones #menos a!itación t"rmica $ - El aumento del sub enriamiento del líquido disminuye el &alor rc #r/$ esto posibilita la nucleación del líquido subenriado para n(cleos aun menores.
3.1
TAMAO CRITICO DEL NUCLEO
0odemos estimar el tamaño critico si dierenciamos la ecuación de ener!ía libre total. La deri&a #deri&ada$ con respecto a r es cero cuando r1r/, puesto es el má%imo de la cur&a de ener!ía libre. d
( ∆ G ) dr total
∆ G total=
d
=
dr
−12 3
(
−4
3
2 ∆ Gs
∆G v
)
=0
2
dr c ¿
2
π r c ∙ ∆ G v + 8 π r c ∙ ∆ G s= 0 d
r =r c =
3
π r ∙ ∆ Gv + 4 π r ∙ ∆ Gs
¿
ó bienr c =
2 ∆ G s T f
∆ H f ∆ T
La Ener!ía Libre 2olum"trica esta dado por la e%presi ón: ∆ Gvolumetrica =
−∆ G f ∆ T T s
3onde: 45 : Es el calor latente de usión del metal. *s : Es la temperatura de solidifcación en equilibrio en 6el&ins. 4*1*s-* : Es el subenriamiento cuando la temperatura del líquido es *. El calor latente de usión #45 $ representa el calor !enerado durante la transormaci ón líquido – sólido. l radio crítico !r *" esta representado por siguiente ecuación:
¿
r=
2 ∆ Gs T s
∆ H f ∆ T
La nucleación #omog$nea ocurre cuando:
∆ T =0.2 T s ( K )
7. NUCLEACION HETEROGENEA (Líquido con impurezas) La nucleación homo!"nea rara &e8 ocurre en los metales líquidos. En lu!ar de ello, las impure8as que están en contacto con el líquido, ya sea suspendido en "l o en las paredes del recipiente, proporciona una superfcie en donde se puede ormar el sólido. La !u"#$%"i&! $! #% 'up$r"i$ de las impure8as es conocida como nucleación homo!"nea. *odo los metales y aleaciones de uso en in!eniería se nuclean hetero!"neamente durante la solidifcación. )l!unas &eces se introduce intencionalmente impure8as en el líquido. *ales prácticas en los metales son llamados r$!%i$!*o d$ +r%!o ó i!o"u#%"i&!. 9e &erifca se &erifca en situaciones normales #laboratorios, undiciones, abricas, etc$. 9e introducen impure8as #paredes del contenedor, partículas suspendidas en el líquido$ para : a$ 3isminuir el n(mero de átomos necesarios que formen un núcleo con r % r *.
b$ 0roporcionar superfcies adicionales donde se pueden ormar los n(cleos s ólidos.
)sí la nucleación hetero! $nea puede darse en subenriamientos relati&amente ba'o. Esto produce un !ran n(mero de !ranos, cada uno de los cuales empie8a a crecer de un n(cleo. Entre mayor es la superfcie de límite de !ranos más eecti&o es el bloqueo de desli8amiento, además de producir un endurecimiento por tamaño de !rano.
. CONCLUSIONES - La nucleación homo!"nea es altamente improbable en situaciones normales #4* muy !randes$. - La nucleacion hetero!"nea no necesita altos !rados de subenriamiento#;.< = <; C.
>. ?@?L@AB)D@). -
La ciencia e in!eniería de materiales. )utor: 3onald . )s6eland.
