Endurecimiento por dispersión mediante transformaciones de fase y tratamiento térmico

Introducción

¨En este capítulo se analiza el endurecimiento por dispersión, mientras en el cual se describe la diversidad de procesos de transformación de estado sólido, incluyendo endurecimiento por precipitación o envejecimiento y la reacción eutectoide (proceso que ocurre en las aleaciones binarias con cierta concentración de los aleantes). También se analiza la forma en que lastransformaciones de fase fuera de equilibrio proporcionan endurecimiento, particularmente la martensítica (fase que se genera a partir de una transformación de fases de difusión, a una velocidad cercana a la velocidad del sonido en el material). Cada una de estas técnicas de endurecimiento por dispersión requiere tratamiento térmico.
Conforme se analiza en el transcurso del capítulo estos mecanismos deendurecimiento, se tiene que conocer las características que produce el endurecimiento por dispersión.
El análisis se concentrará en la forma en que influyen estas reacciones sobre la resistencia de los materiales así como la influencia que los tratamientos térmicos tienen sobre otras propiedades. Dado que se está ocupando de transformaciones de fase en estado sólido, empezando viendo la nucleacióny el crecimiento de partículas de segunda fase en transformaciones de fase en estado sólido.¨ (Donald R. Askeland)

Desarrollo
11.1 Nucleación y crecimiento en reacciones en estado sólido
Para entender este tema es necesario conocer que es la supersaturación, el subenfriamiento y la nucleación tanto homogénea como heterogénea, ya que se aplicaran a las transformaciones de fase en estadosólido. Para que un precipitado de fase se forme a partir de una matriz sólida de fase, deben ocurrir tanto la nucleación como el crecimiento.
La nucleación ocurre en superficies ya presentes dentro de la estructura, minimizando el término asociado con la energía superficial.
El crecimiento de precipitado ocurre normalmente tanto por difusión de largo alcance como por redistribución de los átomos.Los átomos en difusión están unidos tan fuertemente con una fase existente, que el proceso de desprendimiento limita la velocidad del crecimiento.
La velocidad general, o cinética del proceso de transformación, depende tanto de la nucleación como del crecimiento.
La velocidad de transformación está dada por la ecuación ya establecida, que es la de Avrami, en la cual se relaciona la fracción dela transformación relacionada con un tiempo de la forma para una temperatura en particular. Esta relación de Avrami produce una curva sigmoidea o en forma de S. Esta ecuación describe la mayoría de las transformaciones de fase en estado sólido. Así para que pueda ocurrir la nucleación, se requiere de un tiempo de incubación durante el cual no ocurre una transformación observable.

Efectos de latemperatura. Dado que tanto la nucleación como el crecimiento dependen de la temperatura, la velocidad de transformación dependerá del subenfriamiento.
A cualquier temperatura en particular, la velocidad general de transformación es el producto de las velocidades de nucleación y de crecimiento.
Esto es necesario para que ocurra una reacción en estado sólido.
11.2 Aleaciones endurecidas alexceder el límite de solubilidad
Para entender este endurecimiento debemos ver las aleaciones en las cuales ocurre esto, en las aleaciones de plomo y estaño con aproximadamente 2 a 19% de Sn pueden endurecerse por dispersión, debido a que se excede la solubilidad del estaño en el plomo.
Estructura Widmanstatten. Este mecanismo de crecimiento minimiza las energías de formación y las superficiales,permitiendo mayores velocidades de crecimiento.
Relaciones de energía interfacial. Suponiendo que la segunda fase está nucleando, las energías superficiales interfaciales del borde matriz precipitado y la energía del límite de grano de la matriz definen un ángulo diedro en la interfaz entre matriz y precipitado que determina la forma de dicho precipitado. Esta es una ecuación ya establecida para...