La microscopía óptica como herramienta para el estudio de la solidificación unidireccional de aleaciones Zn-Al

FORNARO OSVALDO; PIZARRO PASTENE, MOISÉS; CASTRO MARÍA LUJÁN

Buenos Aires

Congreso; Segundo Congreso Argentino de Microscopía, SAMIC 2012; 2012

Sociedad Argentina de Microscopía

Los mecanismos que afectan la formación de la microestructura durante lasolidificación unidireccional son de mucha importancia tanto desde el punto devista académico como tecnológico [1], siendo usual realizar la interpretación delos resultados utilizando la teoría de Estabilidad Morfológica [2] que entregalas condiciones para las que una interfaz sólido-líquido (S-L) inicialmenteplana puede tornarse inestable, permitiendo la aparición de morfologíascelulares o dendríticas. En el caso de las estructuras dendríticas, la presenciade una anisotropía en la energía libre interfacial permite definir condicionesoperativas, fijando unívocamente relaciones entre el espaciado primario y elradio de la punta. Se ha encontrado también que la anisotropía cumple un rolfundamental en la formación de las estructuras celulares. En sistemas concristalografías más complicadas, la morfología puede diferir si la dirección deavance del crecimiento no coincide con las direcciones preferenciales decrecimiento y no existen descripciones precisas de la evolución microestructural[3-5]. Se ha determinado que su influencia es observable en todo el rangocelular e incluso durante la transición plano-celular [6].En este marco, la solidificación unidireccional por el método de Bridgman es unaherramienta particularmente útil, ya que permite controlar las variables quegobiernan el proceso de selección de microestructura, la velocidad de avance dela interfaz sólido-líquido y el gradiente térmico por delante de la interfaz.Adicionalmente, es posible controlar la composición química del sistema autilizar. Bajo este esquema, las herramientas de observación más utilizadas sonla microscopía óptica y la determinación de microcomposición por dispersión deenergía EDS. En el caso de la MO, se utilizan técnicas metalográficas queincluyen pulido electrolítico y/o químico, y generación de capas de oxidación.La observación puede ser por luz directa, por contraste e incluso contrasteinterferencial con luz polarizada.El sistema Zn-Al posee muchas aplicaciones tecnológicas en la zona decomposición cercana a la eutéctica, aproximadamente Zn-5%Al en peso debido a sucaracterística resistencia a la corrosión. En composiciones hipoeutécticas, elsistema presenta un camino de solidificación tal que formará una fase primariarica en Zn de estructura hexagonal compacta (HCP). Esta fase puede ser homogéneacon composición de hasta el 1,25% Al en peso aproximadamente. Aún con estacomposición puede desarrollar una segunda fase por transformación en estadosólido al disminuir la temperatura, como puede observarse en el diagrama defases de la Figura 1. Esta segunda fase tiene una estructura cúbica, más rica enaluminio. Las aleaciones hipoeutécticas de composición por encima del límite desolubilidad, presentarán una mayor cantidad de esta fase rica en aluminio ysolidificación final de líquido de composición eutéctica. Composiciones mayoresque la eutéctica permite la formación de una fase primaria cúbica rica enaluminio y la solidificación final de líquido eutéctico. Sin embargo los dosúltimos ejemplos debieran permitir la transformación en estado solido deleutéctico interdendrítico a la temperatura de 550K durante el enfriamiento. Enla Figura 2 se pueden ver ambas situaciones para Zn-0,5%Al y Zn-4%Al.Para estudiar el proceso de solidificación de este sistema se crecieronunidireccionalmente muestras de composición hipo-eutéctica de Zn-0,5 %Al enpeso, por debajo del límite de solubilidad y por encima Zn-2 y 4 %Al en peso, ehipereutecticas Zn - 8%Al en peso. Estas aleaciones presentan comportamientostotalmente diferentes, caracterizados por su distinto camino de solidificación.Esto resulta en microestructuras con distintas fases primarias y donde ellíquido intercelular puede terminar la solidificación en composición eutécticasólo en el caso de composición por encima del límite de solubilidad total de1,25%Al en peso.