transformaciones liquido solido

TRANSFORMACIONES LÍQUIDO-SOLIDO EN MATERIALES METALICOS
Las transformaciones fundamentales que se va a analizar en este apartado corresponden al proceso de solidificación de materiales metálicos. En un primer momento se considerara el paso de líquido a solido de metales puros. En estos, el proceso de solidificación se produce a temperatura constante.
1. SOLIDIFICACION
Se denominasolidificación al proceso en el que se produce el paso de un material del estado líquido al sólido.
Supóngase que se procede a solidificar un metal puro en estado líquido. En este punto de partida la agitación térmica hace que los átomos posean una gran energía cinética. Continuamente, en todo el seno del líquido, un pequeño número de átomos adyacentes próximos entre sí puede agruparse, formando entre ellosenlaces y constituyendo un primer germen sólido.
El tamaño crítico de germen a partir del cual el germen pasa a ser un núcleo estable, depende de la temperatura a la cual se está realizando la solidificación. El tamaño crítico de germen disminuye cuando disminuye la temperatura.
Se distinguen varias fases en el proceso de solidificación:








En el proceso de solidificación es elresultado de la búsqueda de la estabilidad por parte del material.
Todos los sistemas tienden a disminuir su energía libre. Los átomos pasaran en un estado líquido a altas temperaturas, desordenado, a una estructura cristalina ordenada a bajas temperaturas, y la transformación es estable porque el paso de un estado a otro disminuye la energía de Gibbs.
Los procesos de transformación serán establescuando el balance energético conduzca a una situación de menor energía.
2. NUCLEACION Y CRECIMIENTO

2.1 NUCLEACION
Se distinguen dos tipos de nucleación:
Nucleación homogénea; que es la que se produce en el seno del líquido homogéneo.
Nucleación heterogénea; que tiene lugar en zonas no homogéneas y de imperfección estructural, como en una superficie extraña (por ejemplo, las paredes delmolde), o en partículas o impurezas presentes en el interior del líquido.
La nucleación heterogénea precisa menor energía de activación que la nucleación homogénea, es más fácil que tenga lugar y de hecho es la habitual.
La presencia de partículas o elementos que actúen como nucleantes o impurezas aumentan la nucleación, es decir, favorece que se formen un mayor número de núcleos.
El estudioclásico de la solidificación se basa en el análisis de la variación de energía libre durante el proceso.
La formación de un germen de tamaño crítico es la consecuencia de la evolución hacia la estabilidad mediante una disminución de la energía libre del sistema, y la determinación de ese tamaño crítico puede conseguirse realizando un balance energético entre el germen/núcleo formado y el líquido que lorodea.
Cuando el material se halla exactamente a la temperatura de fusión las fases sólida y liquida están en equilibrio, y no existe una fuerza neta que pueda impulsar el inicio de la transformación de solido-liquido. La solidificación solo puede producirse si la energía libre del líquido es mayor que la del sólido, .
La fuerza impulsora de la solidificación por unidad de volumen, :

Cuandomás bajo sea la temperatura, siempre por debajo de , mayor es la diferencia de energía libre entre el estado sólido y el estado líquido.
Entonces, en la nucleación homogénea, el cambio energético total producido ene l sistema, :

Donde es el aumento de energía, por unidad de superficie de entrecara, de los átomos de la entrecara generada, que tienen mayor energía por ser un defecto de superficiede la estructura cristalina, y siempre es positivo. Por otro lado es negativo para y positivo para .
A la vista del balance energético, a temperaturas por encima de las temperaturas de fusión siempre hay un aumento de energía libre, ya que .






El numero de gérmenes de radio r existentes a una temperatura dada T será proporcional a .

Para una temperatura T dada:
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