Soluciones sólidas y equilibrio de...
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Soluciones sólidas y equilibrio de fases
Fases y diagrama de fases
n Los elementos metálicos puros tienen aplicaciones técnicas;
n Ej.; Cu o Al de pureza ultra alta se usan para fabricar circuitos microelectrónicos.
n Sin embargo la mayoría de las aplicaciones se usan aleaciones
n Un acero al carbón es una aleación de hierro (Fe) y el carbono (C).
n Los aceros inoxidables, son aleaciones que suelen tener Fe, C, Cr y Ni.
n Hay aleaciones monofásicas y aleaciones polifásicos.
n Fase se define como toda porción que puede incluir a la totalidad de un sistema, que es físicamente homogénea dentro de sí misma y limitada por una superficie, de tal modo que sea mecánicamente separable de cualquier otra porción.
Una fase tiene las siguientes característicasn 1.- Tiene la misma estructura o arreglo
atómico en su interiorn 2.-Aproximadamente, tienen la misma
composición y propiedades en su interior.n 3.-tienen interfaz definida entre ésta y las
fases que lo rodean o está, adjuntas
Arreglo de fases
n Gibbs desarrolló la reglas de fases.n Describe la relación entre la cantidad de
componentes y la cantidad de fases para determinado sistema y las condiciones que pueden cambiarse, por ej. Temperatura y presión.
n
2 + C = F + P Cuando T y P varían
n C es la cantidad de componentes químicamente independientes.
n F es la cantidad de grados de libertad o cantidad de variables( temperaturas, presión o composición)
n P es la cantidad de fases. Nótese que las fases no necesariamente son la fase gaseosa, líquida o sólida
Ej. Magnesio puro
n Punto A 2 + C =F + 1 F = 2n Se puede cambiar la presión o la
temperatura o ambas y estar en la parte líquida.
n Punto B 2 + 1 =F + 2 F = 1n Se se cambia la presión también se debe
ajustar la temperatura.n Punto C 2 + 1 =F + 3 F = 0n Solo si la presión y las temperatura están
fijosn Punto triple
Solubilidad y soluciones sólidas
n Con frecuencia es bueno conocer cuánto de cada material o componente se puede combinar sin producir una fase adicional.
n Es decir estamos interesados en la solubilidad de un material en otro
Solubilidad ilimitadan Independiente de la relación entre el
solvente y el soluto solo se produce una fase.
n Una solución sólida no es una mezcla.
Una mezcla contiene más de una clase de fase cuyas características se mantienen
Solubilidad ilimitada
Sistemas poliméricos
n Se pueden formar materiales lla mados copolímeros formados por distintos monómeros.
n Ej. Acrilonitrilo, butadieno y estireno.n Co polímero ABS
Condiciones para una solubilidad ilimitadan 1.- Factor tamaño: diferencia de radios no
mayor que un 15%n 2.-Estructura cristalina.n 3.-valencian 4.-Electronegatividad
Endurecimiento por solución sólida
n Generado por la formación de solución sólida.
n Causa mayor resistencia al movimiento de dislocaciones.
n El latón Zn-Cu es mas resistente que el Cu.
n Au-Ag
Grado de reforzamiento por soluciones sólidas n Depende de dos factoresn 1.-Una gran diferencia en el radio atómico
entre el disolvente (anfitrión) y el soluto(huesped) aumenta el efecto de reforzamiento
n 2.- La mayor cantidad de elemento de aleación que se agregue producirá un mayor defecto de reforzamiento.
n Una aleación de Cu-Ni 20% es mas resistente que Cu-Ni10%
Efectos de reforzamiento
n 1.- Son mayores las resistencia de cedencia, resistencia a la tensión y dureza.
n 2.-La ductibilidad es inferiorn 3.-la conductibidad es menorn 4.-La perdida de resistencia a
temperaturas elevadas mejoran con el reforzamiento
Diagrama de fases isomorfos
n Un diagrama de fase muestra las fases y sus composiciones en cualquier temperatura y composición en una aleación.
n Cuando en un material solo existen dos componentes se puede hacer un diagrama binario de fases
Temperaturas liquidus o de líquido
n Temperatura sobre la cual el material se encuentra líquido.
n Temperatura solidus o de sólido, es aquella debajo de la cual existe solo sólido.
n Intervalo de solidificación, coexisten dos fases liquido y sólido
Relación entre las propiedades y el diagrama de fases
Solidificación de aleaciones de solución sólida