microsegregación

La microsegregación es la distribución desigual de elementos de aleación dentro de un solo grano de un metal o aleación, que ocurre a una escala de decenas a cientos de micrómetros. Durante la solidificación, los átomos de soluto se mueven más lentamente que la interfaz líquido-sólido que avanza, lo que hace que se concentren en el último material en congelarse. Esto crea gradientes de composición entre el núcleo y el borde exterior de cada dendrita (la estructura cristalina ramificada que se forma a medida que el metal se enfría), aunque el grano en sí sea químicamente homogéneo cuando se ve con menor aumento.

La gravedad de la microsegregación depende de la velocidad de enfriamiento y del grado en que cada elemento de aleación favorece la fase sólida o líquida. Las velocidades de enfriamiento rápidas reducen la segregación porque los átomos tienen menos tiempo para difundirse, mientras que el enfriamiento lento permite que la composición se homogeneice. Las aleaciones binarias muestran el comportamiento más simple, pero los aceros comerciales y las superaleaciones contienen múltiples elementos, cada uno con su propio coeficiente de segregación, lo que hace que la estructura dendrítica sea químicamente compleja en la dirección radial.

Consecuencias y remedios

La microsegregación crea vulnerabilidades mecánicas y de corrosión. Las regiones enriquecidas en manganeso o cromo pueden ser frágiles; las regiones empobrecidas en carbono pueden ser blandas. En los aceros inoxidables, las zonas empobrecidas en cromo pueden precipitar carburos de cromo, reduciendo la resistencia a la corrosión en esas bandas. El tratamiento térmico puede reducir la microsegregación mediante difusión, pero la homogeneización completa requiere una exposición prolongada a alta temperatura y, a menudo, no es práctica para grandes lingotes o piezas fundidas.

El término distingue este fenómeno de la macrosegregación, que ocurre a escalas de milímetros a centímetros e implica el movimiento masivo de líquido durante la solidificación. La microsegregación es inevitable en metales fundidos y soldaduras; los metalúrgicos la aceptan y compensan mediante el control de la composición, la velocidad de procesamiento y el tratamiento térmico posterior a la solidificación. En la pulvimetalurgia y las aleaciones solidificadas rápidamente, la microsegregación se suprime porque la velocidad de enfriamiento supera los 103 K/s, mucho más rápido que la fundición convencional.