Distribución de soluto durante la solidificación

Abstract

En un metal idealmente puro, en el estado de equilibrio la separación entre la fase solida y la líquida puede ser representada por un punto, el que corresponde al punto de fusión. En la práctica la existencia de un metal completamente puro constituye una abstracción aún en los casos extremos de metales purificados a través de métodos tales como la fusión zonal, cuyos principios serán especificados en este trabajo. Aún en esos casos existen partes por millón de impurezas las que constituyen con el metal de que se trata, aleaciones de muy alta dilución. Por consiguiente un tratamiento realista de los procesos de solidificación corresponde al caso de las aleaciones. Las aleaciones pueden ser binarias o multicomponentes. Es para las primeras que el estado de la teoría es satisfactorio sobre todo cuando se consideran aleaciones binarias diluidas. Corresponde al investigador y al metalurgista lograr extrapolaciones lúcidas para poder aplicarlas al caso de las aleaciones de aplicación tecnológica, las que son cada día más complejas. En el caso de una aleación binaria el equilibrio entre el Sólido y el líquido queda convenientemente determinado, en el diagrama de equilibrio por dos lineas. La linea liquidus por encima de la cual la fase líquido es la estable y la linea sólidus por debajo de la cual es la fase sólida la estable. De la observación de los diagramas binarios existentes puede concluirse que con la excepción de los casos poco frecuentes de puntos de fusión congruentes las lineas lfquidus y sólidus no coinciden. La consecuencia de este hecho es muy importante toda vez que aunque la composición promedio de la aleación no cambie el proceso de solidificación el sólido y ol líquido quo coexisten en cada momento van cambiando sus composiciones. Si Ias condiciones de equilibrio no se cumplen durante todo el proceso de solidificación, lo que constituye la regla en los casos prácticos,la composición del sólido resultante no ha de ser homogenea. La metodología introducida por la escuela de Chalmers al estudio de la redistribución del soluto permite, a traves del control de las variables que intervienen en el proceso de solidificación, determinar cual será la composición del solido en función de la forma en que se lleva a cabo el proceso de solidificación. A estos fines se ha de considerar: i) las aleaciones como binarias de alta dilución, lo que presupone que las curvas Iíquidus y sólidus sean rectas; ii) el proceso de solidificación es unidireccional y ello puede ser visualizado por un cilindro que solidifica paulatinamente desde un extremo hasta el otro a medida que se desplaza un gradiente positivo de temperatura. Cuando esta condición no sea considerada, ello será taxativamente puesto de manifiesto.