Fenómeno de segregación del fósforo

 

Durante el proceso de soldadura, la zona afectada por el calor (ZAT) del acero al carbono sufre un ciclo térmico complejo. A medida que aumenta la temperatura, la velocidad de difusión de los átomos se acelera y las posiciones de los átomos de fósforo en la red cristalina se vuelven relativamente activas. A medida que comienza el proceso de enfriamiento después de la soldadura, la temperatura de la zona afectada por el calor desciende rápidamente.

 

Dado que la energía de activación de difusión de los átomos de fósforo en lugares defectuosos, como los límites de los granos, es relativamente baja, durante el proceso de enfriamiento, es más probable que los átomos de fósforo se difundan y se acumulen en los límites de los granos. Este fenómeno se llama segregación. Es como si, en un entorno que cambia rápidamente, los átomos de fósforo "eligieran" los límites de los granos, que son "refugios" relativamente más accesibles para reunirse.

 

Reducción de grano - Fuerza de unión de límites

 

Una vez que los átomos de fósforo se acumulan en los límites de los granos, afectarán la estructura de los límites de los granos. Los límites de los granos originalmente mantienen su fuerza de enlace mediante la interacción de átomos entre granos adyacentes. Sin embargo, la presencia de átomos de fósforo cambiará esta interacción interatómica.

 

El modo de enlace químico entre los átomos de fósforo y los átomos de hierro, etc. en los límites de los granos es diferente del enlace atómico de los propios límites de los granos. Los átomos de fósforo interferirán con el orden normal de unión entre los átomos en los límites de los granos, debilitando las fuerzas interatómicas en los límites de los granos. Se puede imaginar que algunas "cuñas" inapropiadas (átomos de fósforo) se insertan en una cadena estrechamente conectada (límites de grano), destruyendo así la tensión de la cadena y reduciendo la fuerza de unión entre el grano y los límites.

 

Aumento de la fragilidad y generación de grietas

 

La reducción de la fuerza de unión entre grano y límite conducirá a un aumento en la fragilidad de los materiales en la zona afectada por el calor. En circunstancias normales, los límites de los granos pueden coordinar la deformación entre granos adyacentes. Cuando el material se somete a una fuerza externa, los límites de los granos pueden distribuir la deformación uniformemente entre los granos, evitando así la concentración de tensiones locales.

 

Sin embargo, después de que la fuerza de unión entre el grano y el límite se reduce debido a la segregación de fósforo, la capacidad de los límites del grano para coordinar la deformación se debilita. Durante el proceso de enfriamiento después de la soldadura, la zona afectada por el calor se deformará debido al estrés térmico. En este momento, dado que los límites de los granos no pueden coordinar eficazmente la deformación, la tensión se concentrará en áreas locales. Cuando el grado de concentración de tensión excede el límite de carga del material, se generarán grietas en los límites de los granos, lo que hará que los materiales en la zona afectada por el calor presenten una fragilidad obvia.

 

 

 

 

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