- Tratamientos Térmicos

download - Tratamientos Térmicos

of 76

  • date post

    07-Sep-2015
  • Category

    Documents

  • view

    6
  • download

    1

Embed Size (px)

description

tratamientos térmicos

Transcript of - Tratamientos Térmicos

ESCUELA POLITECNICA NACIONAL

TRATAMIENTOS TERMICOSCIENCIA DE MATERIALES II

Estructura cristalina de los metales.De acuerdo a su naturaleza los cuerpos pueden ser amorfos o cristalinos. En los cuerpos amorfos el paso del estado de agregacin lquido al slido es gradual. Por ejemplo el vidrio slido, si se calienta va ablandndose y pasa poco a poco al estado lquido.La transicin inversa ser completamente suave, el vidrio lquido en la medida que baja la temperatura se va haciendo cada vez ms espeso hasta que finalmente se solidifica. En el vidrio no existe una temperatura de transicin del estado lquido al slido, tampoco existen las temperaturas (puntos) de cambio brusco de propiedades.Continuacin Figura 1: Curvas de enfriamiento correspondientes a un slido cristalino metlico y un slido amorfo.

NOCIONES FUNDAMENTALES SOBRE LAS ALEACIONES.Se entiende por aleacin la sustancia obtenida por la fusin de dos o ms elementos.Tambin son posibles otros procedimientos para preparar aleaciones, como la sinterizacin, la electrlisis y la sublimacin (en este caso las sustancias se llaman seudoaleaciones) pero lo ms corriente es la produccin de aleaciones por fusin de diversas sutancias.Una aleacin puede constar de varios elementos metlicos, o de metales y no metales, en todo caso poseer propiedades metlicas, por lo que se llama ALEACIN METLICA.

Continuacion La estructura de una aleacin metlica es ms compleja que la de un metal puro y depende principalmente de las interacciones en que intervienen los componentes de la aleacin.En estado slido puede no existir interaccin qumica entre los componentes - sustancias simples- que forman la aleacin. Entonces la estructura de la aleacin es la de una mezcla mecnica. Las sustancias que forman una aleacin pueden reaccionar qumicamente y formar compuestos qumicos, o disolverse una en otra originando soluciones. Adems, de las soluciones y compuestos qumicos pueden formarse fases tales, que es imposible inclurlas totalmente en las enumeradas y que son uan especie de intermedias.Mezclas Mecnicas.

Las mezclas mecnicas de dos componentes se forman cuando estos son incapaces de disolverse mutuamente en estado slido y no reaccionan qumicamente formando compuestos. En estas condiciones las aleaciones estaran formadas por cristales de A y B claramente distinguibles en la microestructura.

Continuacion El anlisis metalogrfico de esta aleacin mostrar que existen dos fases de los componentes A y B y el anlisis qumico indicar que existen dos componentes. Si en esta aleacin se analizan por separado las propiedades de los cristales A y de los cristales B estas sern idnticas a las de los metales puros A y B. Las propiedades mecnicas dependen de la relacin cuantitativa entre los componentes y del tamao y forma de los granos siendo sus valores intermedios entre los de las propiedades caractersticas de los componentes puros. Combinacin qumica.Si se forma un compuesto qumico.a) La relacin entre el nmero de tomos de cada elemento coincide con la proporcin estequiomtrica la cual puede expresarse por medio de una frmula sencilla (AnBm).b) Se formar una red cristalina especfica (distinta de los elementos que integran el compuestos qumico) en la cual los tomos de los componentes estn ordenados de manera regular.La combinacin qumica tambin se caracteriza por tener una determinada temperatura de fusin (disociacin) y por variar a saltos las propiedades cuando vara la composicin.8Continuacin En los compuestos de este tipo el enlace es rgido y la composicin qumica constante y corresponde exactamente a la relacin estequiomtrica, es decir, no puede haber exceso ni defecto de tomos de cualquiera de los elementos que forman el compuesto qumico.

SOLUCIN SOLIDA.En estado lquido la mayora de las aleaciones metlicas que se utilizan en la tcnica son lquidos homogneos, es decir, soluciones lquidas. Al pasar al estado slido, en muchas de estas aleaciones se conserva la homogeneidad y, por consiguiente la solubilidad. La fase slida que se forma como resultado de la cristalizacin de una aleacin de este tipo se llama Solucin Solida. El anlisis qumico, demuestra que en las soluciones slidas hay dos o ms elementos, mientras que segn el anlisis metalogrfico esta solucin, lo mismo que el metal puro, tiene granos homogneos, es decir, existe un solo tipo de red.Continuacin La solucin slida tiene una sola fase, est constituida por un tipo de cristales y posee una sola red cristalina, adems, no existe una relacin rigurosamente determinada de sus componentes sino en un intervalo de concentraciones.

CONTINUACIN En la solucin slida, uno de los componentes conserva su propia red cristalina disolvente- y el otro componente en forma de tomos separados se distribuye en la red cristalina del primer componente soluto-. Las soluciones slidas pueden ser por sustitucin e intersticiales (por insercin). Independientemente del tipo las soluciones slidas son monofsicas.DIAGRAMAS DE ESTADO (O DE EQUILIBRIO).Para poder entender a cabalidad los procesos de cristalizacin y transformaciones de fase, los especialistas en Tratamientos Trmicos se auxilian en los diagramas de equilibrio. Estos describen los procesos que transcurren durante los enfriamientos y calentamientos de un sistema aleante dado. Es decir que si se quiere pronosticar las estructuras que se obtendrn durante un tratamiento trmico dado usando el diagrama de estado de la aleacin se podr realizar este pronstico. Esto ser posible siempre y cuando el enfriamiento o el calentamiento sean de equilibrio.Continuacin Un Diagrama de Estado es la representacin grfica del estado de una aleacin, si vara la composicin de una aleacin, su temperatura o presin, el estado de la composicin de la aleacin, su temperatura o presin, el estado de la aleacin tambin cambia, esto se refleja grficamente en el diagrama de estado.

El diagrama de estado muestra los estados estables, es decir, los estados que en esas condiciones poseen el mnimo de energa libre. Por esto el diagrama de estado tambin puede llamarse diagrama de equilibrio, ya que indica las fases en equilibrio que existen en unas condiciones dadas.Continuacin De acuerdo con esto los cambios de estado reflejados en el diagrama tambin se refieren a las condiciones de equilibrio, es decir, en ausencia de sobrecalentamiento subenfriamiento. Sin embargo, para adentrarse en el estudio de un diagrama de estado es indispensable dominar algunos conceptos relacionados con los mismos como aleacin metlica, componente, fase, constituyente estructural, etc. Una Aleacin metlica es la sustancia obtenida por fusin de dos o ms elementos uno de los cuales al menos debe ser un elemento metlico. Como es natural la estructura de una aleacin metlica ser ms compleja que la de un metal puro y depende principalmente de las interacciones en que intervienen los componentes de la aleacin. Continuacin A continuacin se pasar a definir los conceptos de fase, constituyente estructural y componente. Se llaman componentes a las sustancias simples que componen la aleacin. Por lo tanto un metal puro ser un sistema de un componente, una aleacin de dos metales un sistema binario. El componente principal de una aleacin metlica ser siempre un elemento metlico. Los compuestos qumicos se consideran como componentes si no se disocian en las partes que las componen en el intervalo de temperatura que se analizan.Fase.Una FASE se define como una porcin de materia que es qumica y estructuralmente homogenea. No puede subdividirse por medios mecnicos o distinguirse en partes ms pequeas con un microscopio ptico ordinario, que esta separada de las dems partes del mismo (fases) por una superficie de separacin, al pasar la cual la composicin qumica, la estructura de la sustancia o el estado cambia bruscamente.Constituyente estructuralson los elementos constitutivos de diferentes estructuras cristalinas que pueden estar formadas por una o ms fases. Ej: Perlita, Austenita, Ferrita, Ledeburita, Cementita. Las diferentes formas de combinacin de los elementos componentes que se encuentran en la prctica en las aleaciones metlicas pueden ser clasificadas como mezclas mecnicas, soluciones slidas, compuestos qumicos.Construccion de diagramas de fase.Para construir un diagrama de estado se debe partir de las curvas de enfriamiento correspondientes, para ello, se debe recordar que la mayora de las sustancias pueden existir como gases, lquidos y slidos, dependiendo de su temperatura. El agua es una de esas sustancias que pueden existir como vapor, cuando tiene la temperatura suficiente; como lquido y como slido (hielo), cuando llega a estar suficientemente fra.Continuacin Si se eleva la temperatura del agua hasta el punto de ebullicin, y se le permite que enfre lentamente, el cambio a la temperatura en funcin del tiempo puede representarse en la forma mostrada en la figura, dicha grfica se denomina CURVA DE ENFRIAMIENTO.

Continuacin Se observa que cuando se produce un cambio de estado (tal como el de agua lquida a hielo slido), se produce una pausa en el proceso de enfriamiento. Esta pausa se debe a que la sustancia absorbe o entrega Calor Latente. El calor latente es la energa trmica necesaria para producir un cambio de estado en una sustancia a temperatura constante. Los estados gaseoso, lquido y slido de una sustancia se mencionan frecuentemente con el nombre de fases, y se dice que una sustancia se encuentra en su fase gaseosa, en su fase lquida, o en su fase slida. Ms adelante se ver que dentro del estado slido se producen tambin cambios de fase.Continuacin La aleacin utilizada como ejemplo, es la formada por sal comn (cloruro de sodio) y el agua. Para efecto de comparacin en la figura, se presentan las curvas de enfriamiento del agua pura y de la solucin de sal en agua, dentro de intervalos de temperaturas que abarcan las fases lquidas y slidas.

INTERPRETACION DE UN DIAGRAMA DE EQUILIBRIOUn diagrama de equilibrio