Estructura de solidificación de una aleación metálica solidificada en un

32 1.2.3.2 Eutécticos divorciados

En el caso de los eutécticos divorciados, las dos fases del eutéctico crecen independientemente una de la otra. Esto puede suceder cuando un eutéctico se forma hacia el final de la solidificación de un sistema de dos fases. En tal situación, la segunda fase puede formarse como una única partícula o capa entre las dendritas de la primera fase.

Un caso de eutéctico divorciado que merece especial consideración es el eutéctico entre la austenita y el grafito esferoidal. En este caso, mientras la austenita crece siempre en contacto con el líquido, el grafito esferoidal crece en contacto con el líquido solamente al comienzo de la solidificación. Posteriormente el grafito esferoidal es envuelto por la austenita y el crecimiento de los nódulos se produce sólo por difusión de carbono a través de la austenita sólida [27].

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Figura 1.11: Regiones que se forman en una aleación solidificada en un molde.

En la intercara molde / metal, la velocidad de enfriamiento es más alta debido a la temperatura inicial relativamente baja del molde. Adicionalmente, la superficie del molde puede representar un sitio propicio para la nucleación heterogénea. En consecuencia, en la superficie del molde nuclean muchos granos pequeños que tienen orientaciones aleatorias, lo que da lugar a la formación de una zona equiaxial externa (Zona Chill en la Figura 1.11). Luego, al continuar la extracción de calor a través del molde, los granos de esta zona equiaxial superficial tenderán a crecer paralelos y opuestos al flujo de calor, con morfología dendrítica y brazos alineados en la dirección opuesta al flujo de calor. Sin embargo, no todos los granos estarán orientados cristalinamente en una dirección favorable para su crecimiento. Así algunos granos mejor orientados crecerán más rápidamente y de forma preponderante, lo que lleva a la formación de una zona columnar de mayor tamaño de grano que la zona chill. Durante el crecimiento de la zona columnar se pueden distinguir tres regiones. Estas son el líquido, la zona pastosa (compuesta por líquido más sólido) y la región sólida. La zona pastosa es la región donde se determinan todas las características microestructurales, es decir, la forma, el tamaño y la distribución de las zonas segregadas, de los precipitados y de los defectos de contracción [22, 30].

34 Luego de la etapa de desarrollo de las dendritas columnares, debido al menor gradiente de temperatura del líquido remanente en el interior de la pieza colada, tal como se explicó en la sección anterior, otras dendritas podrán nuclear y crecer en esta región. Estas dendritas tienden a tomar una forma equiaxial porque su calor latente se extrae radialmente a través del líquido subenfriado que las rodea. La región solidificada que contiene a estos granos dendríticos formados se denomina zona equiaxial interior [22, 31]. Se puede ver que, si bien los granos columnares siempre crecen desde las paredes del molde (que actúan como disipador de calor) hacia el interior del mismo en una dirección opuesta a la del flujo de calor, los granos equiaxiales crecen rodeados por líquido subenfriado que actúa como su disipador de calor. Por lo tanto, para el caso de los granos equiaxiales, la dirección de crecimiento y la dirección del flujo de calor son iguales.

1.2.4.1 Transición columnar-equiaxial

De acuerdo a lo expuesto precedentemente, la macroestructura de las fundiciones generalmente consiste de tres zonas bien diferenciadas, que son la zona chill, la zona columnar y la zona equiaxial respectivamente. Estas tres zonas pueden o no estar presentes de manera conjunta en la macroestructura. Cuando una pieza fundida contiene tanto granos columnares como equiaxiales, por lo general la transición columnar- equiaxial (TCE) ocurre en una región relativamente angosta.

Se ha encontrado que la TCE depende de parámetros de colada tales como composición de la aleación, tamaño de la pieza, material y temperatura del molde, temperatura de colada e inoculación [32, 28, 33]. En sus trabajos, Hunt [34] afirma que la TCE ocurre cuando el gradiente de temperatura en el líquido alcanza un valor crítico mínimo. Para gradientes de temperatura por encima del valor crítico la morfología de

35 grano será columnar, mientras que los gradientes por debajo del crítico provocarán la solidificación de granos equiaxiales. Esto se encuentra en total concordancia con lo ya discutido en la sección 1.2.2 a partir de la Figura 1.7.

En sus trabajos experimentales, Weinberg encontró valores del gradiente crítico de 0,10 ºC/mm y 0,13 ºC/mm en aleaciones de Sn conteniendo 5 % y 15 % de Pb respectivamente [35], y de 0,06 ºC/mm en aleaciones de Al con 3 % de Cu [36].

Más recientemente, Ares y Schvezov [37] llevaron a cabo experimentos de solidificación direccional con aleaciones Al-Zn y encontraron que la TCE no ocurre en un plano agudo, sino más bien en una zona que se encuentra definida por un gradiente de temperatura entre -0,338 ºC/mm y 0,167 ºC/mm.

El estudio de la TCE en fundiciones de hierro con grafito hasta el día de la fecha no se ha podido efectuar de manera directa, ya que los granos dendríticos primarios no se pueden observar a temperatura ambiente. Los pocos trabajos de este tema se han limitado a usar herramientas ingenieriles como el análisis térmico y dilatometría para relacionar la TCE con el concepto de coherencia dendrítica [38]. Con el advenimiento de la técnica DAAS, que será presentada en la sección 1.3.1, sería de esperar que se pueda estudiar de manera directa la TCE en este material.