5-Diagramas de Fase y sasasAleaciones 2015 Pres

8/20/2019 5-Diagramas de Fase y sasasAleaciones 2015 Pres

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DIAGRAMAS DE FASE YALEACIONES

MÓVIL DE CALDER TOTALMENTE CONSTRUÍDO CONMETALES ESMALTADOS

MATERIALES I 72.01-92.01 – 2015 – ING. LOZANO


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DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO ODIAGRAMAS DE FASES

•

Son representaciones gráficas de losmicroconstituyentes que existen en un sistema demateriales a varias temperaturas, presiones ycomposiciones. Se usan para entender y predecir

muchos aspectos del comportamiento de losmateriales.

• Se los puede definir como un mapa del sistema.


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MICROESTRUCTURA: Estructura que se revela porobservación microscópica directa, por medio delmicroscopio óptico o electrónico. Se caracteriza por elnúmero de fases presentes, sus proporciones y la maneraen que se distribuyen. Depende de los elementos

aleantes, concentraciones, temperatura y tratamientotérmico de la aleación. Puede ser tanto una fase comouna mezcla mecánica de cristales.O sea que el término se aplica a todo lo que puedo ver en

un diagrama de equilibrio con un microscopio y que meayuda a ver qué hay en cada zona de dicho diagrama.


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EN UNA ALEACIÓN SE PUEDEN PRESENTAR DISTINTOSMICROCONSTITUYENTES:

•SOLUCIONES SÓLIDAS•

COMPUESTOS QUÍMICOS•MEZCLA MECÁNICA DE CRISTALES, EN LOS QUE SE VEMÁS DE UNA FASE, A DIFERENCIA DE LAS SOLUCIONESSÓLIDAS, EN LAS CUALES SE CUMPLEN LAS MISMAS

CONDICIONES QUE EN CUALQUIER SOLUCIÓN.


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CONCEPTOS A TENER EN CUENTA

EQUILIBRIO: un sistema está en equilibrio cuandopara determinados valores de presión ytemperatura, la composición de cada una de sus

fases no varía en el tiempo, y su energía libre deGibbs tiene el mínimo valor posible, o sea cero,ya que no puede ser negativa.

• FASE: parte de un sistema con la misma estructura,

composición y propiedades en toda su extensión, yque posee una interfase definida que la separa deotra fase diferente. O sea homogénea.


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COMPONENTE: se define por su composición química.

Para que se entienda: una solución ClNa – H2O nosaturada es un sistema homogéneo, pero consta de doscomponentes. Por otra parte un sistema agua – hielotiene solamente un componente (H2O), pero dos fases

claramente definidas al igual que una interfase.COMPUESTO QUÍMICO INTERMETÁLICO: formado pordos metales (o un metal y un no metal) que tiene unafórmula química definida. Esto significa que producen

una nueva fase con composición, estructura cristalina, ypropiedades específicas. Es un compuesto propio de lasaleaciones metálicas.


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REGLA DE LAS FASES O DE GIBBS

L = C – F + N F = C + N - L

L: número de grados de libertad de un sistema, osea el número de propiedades intensivas quedeben fijarse para definirlo: P, T, composición.

C: número de componentes.

F: número de fases presentes.

N: número de variables diferentes de la

composición, o sea P y TComo L no puede ser negativo, su mínimo valor es

cero.


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L = C – F + N F = C + N - L

Ejemplos (recordar que N equivale a P y T)• C = 1 L = 3 – F FASES MÁXIMAS 3

• C = 2 L = 4 – F FASES MÁXIMAS 4




Con fines ingenieriles se toma como 1 atm. la variable

presión, ya que en la práctica común interesan lasmezclas a presión atmosférica, o sea no se usan losdiagramas ternarios (comp., temp., pres.) sino los

binarios (comp.,temp.), N = 1


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Por lo tanto para diagramas binarios:

• C = 1 L = 2 – F FASES MÁXIMAS 2• C = 2 L = 3 – F FASES MÁXIMAS 3




Visto desde otro modo, para el estudio de diagramas defases binarios, a presión normal, el número de

variables que debe fijarse externamente para definircompletamente el sistema (L) depende de lacantidad de fases (F) que coexisten en equilibrio.


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SOLVENTE Y SOLUTO: en los metales no rige una reglasimple como en las soluciones acuosas.

• Cuando se mezclan metales que cristalizan según lamisma red, se llama solvente al que interviene enmayor proporción.

•

Cuando se mezclan metales que cristalizan en redesdiferentes, el solvente es el que da a la solución suforma de red, aunque intervenga en menor cantidad.

Ver tipos de uniones dadas en teórica anterior.UNIDADES DE COMPOSICIÓN EN LOS DIAGRAMAS DEFASE BINARIOS: La más usual en el eje x es % en masa;a veces se usa % en volumen o el % atómico o molar.Para el eje y, se usa actualmente grados Celsius.


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SOLUCIONES SÓLIDAS: son completamentemiscibles, por lo que se observa una sola fase.

• DE SUSTITUCIÓN OSUSTITUCIONALES:algunos átomos de lared cristalina se

sustituyen por átomosde otro metal. Debecumplirse la regla deHume-Rotthery:

1. Átomos o ionestamaño semejante(radio atómico nomayor del 15% )

2. Igual estructuracristalina

3. Los iones deben tener

igual valencia4. Las

electronegatividadesdeben ser similares


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• DE INSERCIÓN O INTERSTICIALES:átomos de otra especie se

introducen en los espaciosinteratómicos de la red.


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COMO EL OBJETO DE ESTUDIO EN ESTACÁTEDRA SON LAS ALEACIONES Y LA

INFORMACIÓN QUE NOS PROVEEN SUS

DIAGRAMAS DE FASE, DEJAREMOS DELADO LOS DIAGRAMAS PARA UN SOLO

COMPONENTE, Y NOS CONCENTRAREMOSEN LOS QUE TIENEN MÁS DE UNO.


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DIAGRAMAS DE FASE BINARIOSTIPOS DE DIAGRAMAS


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De miscibilidad total entre dos componentes,llamados sistemas isomorfos.

El resultado es unasolución sólida.

• Curva superior: de

líquido o líquidus,comienzo de lasolidificación.

• Curva inferior: de de

sólido o sólidus, findel estado líquido –sólido.


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DIAGRAMA TOTALMENTE MISCIBLEY SU CURVA DE ENFRIAMIENTO


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REGLA DE LA PALANCA INVERSA


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DIAGRAMA DE FASES DE DOS COMPONENTES QUE NO SONTOTALMENTE MISCIBLES Y NO FORMAN SOLUCIONES


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Aparece el llamado punto eutéctico, que es unamezcla de 2 o más sólidos, en la cual el punto de fusión

es el más bajo posible y todos sus constituyentes

cristalizan simultáneamente a partir del líquidoformando una mezcla mecánica de cristales de

composición invariante para cada aleación.


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Formación de cristales en el punto eutéctico

Se observa a laizquierda del puntoeutéctico, llamadahipoeutéctica, la

preponderancia decristales de A; a laderecha, llamadahipereutéctica, la de

los cristales de B.En ambos, cristaleseutécticos.


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Curvas de enfriamiento para un diagrama sinsoluciones sólidas con punto eutéctico


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De solubilidad total en estado liquido ysolubilidad parcial en estado sólido

También aparece un punto eutéctico, pero además,

cuando hay pequeñas cantidades de un componentecon respecto al otro, suelen formarse SOLUCIONESSÓLIDAS que se acomodan en la red, que se reconocenporque siempre se ubican contra los ejes de los

diagramas.Puede presentarse más de un punto eutéctico en losdiagramas más complejos.


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Solución sólida de Sn en Pb

Solución sólida de Pb en Sn


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Diagrama de fases con soluciones sólidas y eutécticomás diagrama de proceso de enfriamiento


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DIAGRAMA DE FASES CON PUNTOPERITÉCTICO


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DETALLE DEL PERITÉCTICO

Todas las aleaciones entre los puntos M y N sufren lareacción peritéctica, P es el punto peritéctico.

L M + N

Para las aleaciones entre M y P hay exceso de líquido, ypara las comprendidas entre P y N existe un excesode solución N


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DIAGRAMASCOMPLEJOS

El diagrama de fasesCu-Zn se caracterizapor tener: dos fasesterminales ( y ) y

cuatro fasesintermedias (, , y). Presenta cincopuntos peritécticosinvariantes y un punto

eutectoide de laregión de la faseintermedia


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Existen múltiplesdiagramas de fase,según suscomponentes, quepueden ser tanto

elementos comocompuestos químicos.

Asimismo existenotras reacciones,como la eutectoide,que veremos condetenimiento en eldiagrama Fe – C.

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