Diagramas de Fase de aleaciones metálicas

11 de abril del 2013

Contenido

Introducción Diagramas binarios de solubilidad total Diagramas binarios de insolubilidad total Diagramas binarios de solubilidad parcial

INTRODUCCIÓN

Materiales metálicos

Están compuestos por átomos metálicos. Tienen un gran número de electrones

deslocalizados que no pertenecen a ningún átomo en concreto.

Conducen el calor y la electricidad y son opacos a la luz visible.

Son resistentes aunque deformables.

Estructuras cristalinas

Cúbica centrada en el cuerpo

Cúbica centrada en las caras

Hexagonal Compacta

AluminioCobreHierro

Hierro Cromo

Titanio Zinc

Diagrama de fases del agua:Presión-Temperatura

Tres fases en equilibrio

Dos fases en equilibrio

Una fase en equilibrio

Este sistema posee un solo componente

FASES Fase: es una porción homogénea de un sistema

que tiene características físicas y químicas uniformes.

Componentes: metal y/o compuesto que forma parte de una aleación.

Equilibrio: un sistema está en equilibrio si la energía libre es mínima, en ciertas condiciones de temperatura, presión y composición.

El equilibrio de fases: en sistemas de más de una fase,significa que las características del sistema se mantienen constantes en el tiempo.

ALGUNOS CONCEPTOS

El estado de una sustancia cambia al aumentar o disminuir su temperatura, a presión constante, este cambio de estado es un cambio de fase.

Estado no es lo mismo que fase. Por ejemplo en estado sólido el Hierro (Fe)

puede presentar diferentes fases a una temperatura mucho menor de producirse su fusión.

CAMBIOS DE FASE DEL HIERRO(Con diferentes parámetro de red)

Centrada en el cuerpo

Centrada en las caras

Centrada en el cuerpo

tiempo

Análisis térmico: sin cambios de fase.

Curva de calentamiento Curva de enfriamiento

Si entregamos calor en forma constante y no hay un cambio de fase durante el calentamiento el aumento de la temperatura que experimenta el material es constante (no cambia la capacidad calorífica del material)

Por ejemplo calentamiento del hierro puro entre los 25ºC y los 910ºC

Hierro puro

¿Y si ahora miramos esta figura entre qué rangos de temperatura podría decir lo mismo?

¿Cómo es la variación de la temperatura durante los cambios de fase?

tiempo

Curvas de enfriamiento de un metal puro

Se observa una meseta a la temperatura de solidificación.

En la práctica se observa esto, un pequeño subenfriamiento antes del cambio de fase

Curvas de enfriamiento de una aleación (solución sólida)

Defecto puntual : por sustitución

Se presenta un intervalo dónde se produce la solidificación, ya no es una meseta como en el caso de los metales puros.

Curvas de enfriamiento de una aleación (solución sólida)

Diagrama de fase

Los diagramas de fase representan los cambios experimentados por las distintas aleaciones al variar su concentración y su temperatura.

Estas representaciones aluden a transformaciones lentas que permitan al sistema efectuar los desplazamientos atómicos necesarios para mantener durante todo el tiempo un estado de equilibrio estable.

Sistema con solubilidad total

DIAGRAMAS BINARIOS DE SOLUBILIDAD

TOTAL

Diagrama de fases de solubilidad totalPunto de fusión del elemento A

Indica la composición en peso del componente B

TemperaturaPunto de fusión del elemento B

Diagrama de fases de solubilidad total: Sistema Cu-Ni

Metalogrofía observada a todas las composiciones

Granos poligonales más o menos equiaxiales semejantes a los metales puros.

Aumenta la resistencia mecánica hasta un 50%

A temperatura ambiente, a menor tamaño de grano corresponde una mayor resistenciaMecánica, a temperaturas elevadas se invierten los valores.

Regla de la palanca invertida

KO es proporcional a la cantidad de sólido.

JO es proporcional a la cantidadDe líquido.

Composición del LÍQUIDOComposición del SÓLIDO

Regla de la palanca

Ejercicio para los alumnos: El punto de fusión del Cobre es de 1084ºC y el del

Níquel de 1452ºC. Para una aleación con 40% de Ni a 1480ºC,

1300ºC y 200ºC indicar:1. Fases presentes2. Proporción en que se encuentran las fases a las

diferentes temperaturas3. Composición química de las fases en cada

temperatura

Diagrama Ag-Pd

Ambos tienen estructura cúbica centrada en las caras

Diagrama Nb-Ta

Ambos tienen estructura cúbica centrada en el cuerpo