Metalografía

SOLIDIFICACIÓN Y METALOGRAFÍA
INFORME DE LABORATORIO

Luis Felipe Cepeda Vargas, Eduardo Castiblanco Ballesteros. Departamento de Ing Mecánica y Mecatrónica, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogotá
lfcepedav@unal.edu.co edcastiblancoba@unal.edu.co

Resumen – En este informe de laboratorio, se pretende analizar el proceso de solidificación de dos muestras dealuminio que fue fundido en laboratorio; La primera de esas muestras es una parte del material previamente fundido y moldeado en arena, la segunda muestra es una parte del material previamente fundido y moldeado a través de un molde metálico. A cada muestra se sometió al análisis metalografico, que se plantea en este informe, en donde se pretende concluir el comportamiento del material.

MarcoTeórico. NUCLEACION: Es de esperarse que un material se solidifique cuando el líquido se enfríe justo por debajo de su temperatura de fusión o congelamiento, ya que la energía asociada con la estructura cristalina del sólido es en ese momento menor que la energía del líquido. Seguido a esto forma una pequeña porción sólida dentro del líquido llamada embrión. Hay dos tipos de nucleación: NucleaciónHomogénea: Cuando el líquido se enfría lo suficiente por debajo de la temperatura de solidificación de equilibrio, se combinan dos factores para favorecer la nucleación. Primero, se agrupan los átomos para formar embriones más grandes. Segundo, la mayor diferencia en energía libre de volumen entre el líquido y el sólido reduce el tamaño crítico del núcleo. La nucleación homogénea ocurre cuando elsubenfriamiento es lo suficiente como para causar la formación de un núcleo estable. Nucleación Heterogénea: heterogénea A excepción de experimentos fuera de lo común en laboratorios, la nucleación homogénea nunca ocurre en los metales líquidos. En lugar de ello, las impurezas que están en contacto con el líquido, ya sea en suspensión o sobre las paredes del recipiente que lo contiene, proveen unasuperficie sobre la cual se puede formar el sólido (figura 8-3). Ahora se tiene un radio de curvatura mayor que el crítico, con una superficie total muy pequeña entre sólido y líquido. Solamente necesitan agruparse unos cuantos átomos para producir una partícula sólida con el radio de curvatura requerido. Para alcanzar este tamaño crítico se necesita menos subenfriamiento, por lo que la nucleaciónempieza con mayor facilidad. La nucleación sobre superficies de impurezas se conoce como nucleación heterogénea.

CRECIMIENTO: El crecimiento del núcleo ocurre cuando los átomos del líquido se van uniendo al sólido hasta que se acabe el líquido. Hay dos tipos de crecimiento: Crecimiento Planar: Cuando un líquido bien inoculado se enfría al equilibrio, la temperatura del líquido es mayor que latemperatura de solidificación, y la temperatura del sólido está en o por debajo de esa temperatura. Durante la solidificación, el calor latente de fusión es eliminado por conducción desde la interfase sólido-líquido, a través del sólido y hacia los alrededores. Cualquier pequeña protuberancia que empiece a crecer en la interfase estará rodeada de líquido con una temperatura mayor a la desolidificación Crecimiento dendrítico: Cuando la nucleación es débil, el líquido se sub enfría antes de que se forme el sólido (figura 8-5). Bajo estas condiciones, una protuberancia sólida pequeña, llamada dendrita se forma y crea en la interfase. Conforme crece la dendrita, el calor latente de fusión pasa al líquido subenfriado, elevando su temperatura hacia la temperatura de solidificación. En los troncosde las dendritas primarias también pueden crecer brazos secundarios y terciarios para acelerar la liberación del calor latente de transformación. El crecimiento dendrítico continúa hasta que el líquido subenfriado alcanza la temperatura de solidificación. Cualquier líquido restante se solidificará entonces mediante el mecanismo de crecimiento planar. Tomado de Ciencia e Ingeniería de los...