Tesis

A partir de evidencias experimentales propias del estudio de la transición de estructura columnar a equiaxial (TCE) en aleaciones binarias Plomo Estaño solidificadas direccionalmente desde la base, y considerando los principales parámetros involucrados, que incluyen, los gradientes de temperatura en el Ifquido y las velocidades de solidificación de los frentes Ifquido y sólido se elaboró un modelo numérico para la transferencia de calor.
Se realizó un método para el cálculo del calor latente de solidificación de aleaciones Plomo Estaño basado en cálculos de entalpía. El mismo permite el cálculo del calor en un amplio rango de concentraciones de la aleación y durante la solidificación, que es particularmente conveniente para el modelado matemático. El calor latente total para la solidificación completa de aleaciones Plomo- Estaño calculado con el presente modelo está en buena concordancia con los valores reportados en la literatura. El método de cálculo del calor latente se puede extender a otras aleaciones binarias.
Los coeficientes de transferencia térmica son condiciones de contorno en la mayoría de los modelos matemáticos que simulan la solidificación. Partiendo de un conjunto de valores medidos de temperatura es posible determinar los coeficientes globales de transferencia, de tal forma que las temperaturas predichas por las ecuaciones de transferencia de calor sean lo más cercano posible a dichos valores medidos. Se presenta la estructura de un programa computacional con la metodología para la estimación de los coeficientes globales de transferencia térmica superior e inferior para probetas de aleaciones solidificadas unidireccionalmente y algunos de los resultados obtenidos mediante el programa escrito en lenguaje Basic.
A partir de las velocidades de enfriamiento y las posiciones de los frentes líquido y sólido se determinó la forma de predecir el ancho y la longitud de los granos columnares. A medida que la velocidad de enfriamiento aumenta se produce un afinamiento de la estructura columnar.
A partir de las mediciones del sobreenfriamiento real instantáneo y del tamaño de grano en las probetas se elaboró un modelo para la nucleación y crecimiento de los granos equiaxiales. El modelo predice una mayor densidad de núcleos equiaxiales en la posición de la transición de estructura columnar a equiaxial.
Se determinó, de acuerdo con las evidencias experimentales, que la transición de estructura coiumnar a equiaxial resulta de la competencia entre el crecimiento de las dendritas columnares y equiaxiales. En el modelo se detecta que ocurre la transición de estructura columnar a equiaxial cuando el gradiente de temperatura en el líquido alcanza valores entre 1 °C/cm y O °C/cm y la velocidad del frente líquido se incrementa a valores de 0.01 cm/s.