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Composizione del cuore e degli strati esterni
In realtà, si ha che il cuore è rimasto a composizione C, mentre gli strati via via più esterni avranno composizioni diverse, fino ad arrivare alla buccia esterna che avrà effettivamente composizione C. Facendo la media di queste composizioni si ottiene un tenore di B molto più basso rispetto a quello nominale, quindi i punti che rappresentano il tenore del solido sono più in basso rispetto a quelli nominali e sono una media tra le concentrazioni interne ed esterne.
La solidificazione dovrebbe essere terminata e la composizione non è più povera di B, ma il fatto che ci sia B rimanente indica che a quella temperatura la solidificazione non è terminata e vi è ancora liquido che contiene il B rimanente.
Il processo termina realmente quando la composizione media arriva alla temperatura A.
Ne risulta che il diagramma di stato viene alterato quando si effettua un raffreddamento non equilibrio, cioè si sposta.
la linea del solidus. Nel liquido è stata fatta la supposizione che il B si distribuisce omogeneamente seguendo la linea del liquidus; quindi, che istante per istante il liquido è a composizione omogenea (magari perché lo sto agitando ecc.) mentre il solido no. Quindi quando si opera in condizione di non equilibrio il diagramma di stato non è valido, oltretutto va tenuto conto che questo varia con la velocità di raffreddamento. C B
In realtà la situazione è più complessa, il cuore non rimane a per tutta la durata del processo, quello che accade è che pian piano che si abbassa la temperatura un po' di arricchimento lo ha; quindi, che la % di B nel nucleo non è una linea e si hanno ulteriori processi diffusivi sotto tendendo nel tempo a far avvicinare i tenori del cuore e della superficie. (la media rimane costante)
Una volta completata la solidificazione, sia il nucleo che la parte di solido formatasi per ultima
sonosoggetti a modesti fenomeni diffusivi, che tendono a variarne la composizione rendendola più prossima a quella nominale (il fenomeno è stato esagerato per poterlo meglio apprezzare). Di conseguenza bisogna aspettarsi dei gradienti di composizione. CONCLUSIONE: Il fatto che utilizziamo raffreddamenti non infinitamente lenti, sia pure in condizioni dinucleazione facilitata (eterogenea), determina: 1. un ritardo della completa solidificazione, che avviene a temperatura più bassa 2. una sostanziale disomogeneità della composizione della fase solida Tutto questo cosa comporta nella microstruttura finale del getto? CA Studieremo il fenomeno facendo avvenire la solidificazione di un lingotto fuso di composizione che viene fatto uscire dal forno tubolare aperto con una velocità di traslazione costante. Concentrandosi nel gradiente di concentrazione, analizziamo due casi estremi: A. il soluto si ridistribuisce nel liquido grazie al mescolamento: in tal caso laLa composizione del liquido è caso piuttosto simile a quanto descritto precedentemente; sempre omogenea, (la composizione del liquido istante per istante cambia, ma rimane omogenea su tutto il liquido, ovvero che ci sono fenomeni diffusivi molto forti, ma probabilmente anche un certo mescolamento poiché questa condizione non si raggiunge solo con la diffusione – è essenzialmente quanto visto sopra).
B. il soluto si ridistribuisce nel liquido grazie ai soli fenomeni diffusivi, cioè si ha assenza di mescolamento. (supponiamo che nel liquido agisce solo la diffusione, che nella realtà non è così efficiente per ottenere la struttura omogenea e quindi si otterrà dei gradienti composizionali diversi)
Studio della solidificazione quando il soluto si ridistribuisce nel liquido grazie ai fenomeni di mescolamento e la diffusione rende omogenea la composizione del solido (condizioni di equilibrio) – si sta facendo uscire il lingotto dal forno.
con velocità infinitamente lenta. Succede quanto previsto dal vero diagramma di stato. Istante per istante il liquido e il solido avranno delle composizioni omogenee, dove entrambi si arricchiscono di B.M → Nel lingotto creo un sistema di riferimento dove è la distanza che per prima uscirà dal forno. Il sistema di riferimento è solidale con il lingotto (è il forno che si sposta e con lui il fronte di solidificazione). Sono tutto dentro il forno, tutto liquido e la composizione CA. Sono uscito dal forno, una parte si è solidificata, il primo solido che si forma avrà una composizione che è più bassa di C. Il liquido si è arricchito e avrà una composizione CE. Continua il processo di solidificazione, la concentrazione di solido aumenta sempre di più in B e anche il liquido continua ad arricchirsi. (grazie alla diffusione anche la parte solidificata si arricchisce di B) Proseguendo finoall'uscita del lingotto del forno la composizione del solido tende sempre di più a arricchirsi di B. Il liquido sparirà e si ottiene un solido di composizione omogenea.
A) STUDIO DELLA SOLIDIFICAZIONE QUANDO IL SOLUTO SI RIDISTRIBUISCE NEL LIQUIDO GRAZIE AI FENOMENI DI MESCOLAMENTO
Caso in cui la composizione del liquido rimane omogenea, mentre nel solido la situazione si congela all'istante in cui il materiale solidifica, quindi non vi sarà più diffusione.
Partiamo dalla condizione di 100% liquido, uscendo dal forno si forma il primo nucleo a contatto con la superficie esterna con composizione C.
Il lingotto esce e gli strati successivi di solido che si formano diventano via via più ricchi di B. Questa volta la composizione rimane quella che aveva quando ha solidificato (di conseguenza non si avrà più una linea orizzontale, ma una inclinata).
Una certa quantità di B evidentemente è stata formattata in modo corretto utilizzando tag html:
all'uscita del lingotto del forno la composizione del solido tende sempre di più a arricchirsi di B. Il liquido sparirà e si ottiene un solido di composizione omogenea.
A) STUDIO DELLA SOLIDIFICAZIONE QUANDO IL SOLUTO SI RIDISTRIBUISCE NEL LIQUIDO GRAZIE AI FENOMENI DI MESCOLAMENTO
Caso in cui la composizione del liquido rimane omogenea, mentre nel solido la situazione si congela all'istante in cui il materiale solidifica, quindi non vi sarà più diffusione.
Partiamo dalla condizione di 100% liquido, uscendo dal forno si forma il primo nucleo a contatto con la superficie esterna con composizione C.
Il lingotto esce e gli strati successivi di solido che si formano diventano via via più ricchi di B. Questa volta la composizione rimane quella che aveva quando ha solidificato (di conseguenza non si avrà più una linea orizzontale, ma una inclinata).
Una certa quantità di B evidentemente è stata
espulsa dal materiale poiché all'inizio tutti i punti del materiale avevano una concentrazione mentre ora la parte solida ha una concentrazione che va da a; ciò significa che B è stato espulso ed è andato nel liquido. (perché ho concentrazione di B pari a e se nella prima parte solidificata c'è né di meno, significa che nel liquido ce ne sarà di più rispetto a In teoria, per considerazioni geometriche l'area sotto la concentrazione del liquido dovrebbe essere la stessa sotto alla concentrazione del solido. Il solido che si solidifica avrà una concentrazione di B sempre più alta, mentre la parte precedentemente solidificata non varia la sua concentrazione. Ad un certo punto il solido supera la concentrazione (perché dovrò avere che la media è pari) Vediamo l'equazione della concentrazione di B nel solido: M Consideriamo un istante generico in cuiIntegrando il primo per e il secondo per 1lnO MP - ln Oln C ln D C PA A1 DASviluppando i calcoli: 1lnO MP ln Oln C ln D C PA AD 1A BO MP C \ ^B]ln ln Z [D CA A BO MP C \ ^B]Z [D CA ASi ottiene: M C\ ^B]V W D CA AOvvero la concentrazione del solido in funzione della posizione, che non è altro che il profilo di concentrazione di B, ovvero la curva vista precedentemente.c a b ^d.OaP_ b _ V W` . . cIn queste condizioni, si ha una variazione continua della composizione, con un aumento progressivo del componente bassofondente verso le ultime zone che solidificano
B) STUDIO DELLA SOLIDIFICAZIONE QUANDO IL SOLUTO SI RIDISTRIBUISCE NEL LIQUIDO GRAZIE AI SOLIFENOMENI DI DIFFUSIONEIn questo caso nel liquido la diffusione non è così efficace, ma anche se fosse efficace è da sola; quindi, il liquido non può avere composizione omogenea (l'unico modo per avere tale condizione sono i moti convettiviovvero agitazione) D CA ADalla parte del solido all'inizio
non accade molto (rispetto il caso precedente), si forma e la concentrazione di B nel solido piano piano aumenta fino a . Nel liquido, il B espulso rimane in prossimità dell'interfaccia e si accumula. Visti i tempi brevi coinvolti, il liquido rimane sostanzialmente della composizione iniziale (quella nominale), tranne che in prossimità dell'interfaccia solido-liquido, zona in cui si accumula. Man mano che l'interfaccia si sposta verso destra anche l'accumulo si sposta, fino a quando il solido non arriva a composizione e da questo momento in poi si ha una solidificazione di stato stazionario. Ovviamente quando questo accumulo arriverà all'estremità solidificherà con una concentrazione maggiore a . In questo caso invece di aver ottenuto un gradiente continuo di concentrazione, si ottiene una testa povera di B, un tratto centrale a concentrazione costante nominale e un tratto finale con un picco di B. Appendice: Quello vistoFinora rappresenta una situazione macroscopica e non mi dice come sono fatti i graniche si stanno formando. Si considera un metallo puro e si fa un diagramma temperatura - distanza. A sinistra del fronte di solidificazione si ha il solido e a destra il liquido. Si potrebbero avere dei profili di temperatura con l'andamento in figura, man mano che mi allontano dal fronte.
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