Los tiempos necesarios para la solidificacin invariante de cuatro aleaciones, dos hipoeutcticas-1 y 2- y dos hipereutcticas

1. Los tiempos necesarios para la solidificacin invariante de cuatro aleaciones, dos hipoeutcticas 1 y 2 y dos hipereutcticas 3 y 4 fueron los siguientes:

1. A con 2%B, t=24 minutos

2. A con 4%B, t=72 minutos

3. A con 9%B, t=64 minutos

4. A con 15%B, t=16 minutosSe pide:

Calcular la composicin de la aleacin eutctica y las solubilidades mximas respectivas de B en A (constituyente ) y de A en B (constituyente ).

Representar aproximadamente el diagrama de solidificacin.

Datos: TB=660C; TA=420C; Te=382C.

Identificar industrialmente el sistema AB; la aleacin de moldeo ms importante y sus aplicaciones.

Tendra repercusin en el tratamiento de homogeneizacin y forja posterior la solidificacin de no equilibrio de la aleacin B con 7%A?. Aplicaciones de dicha aleacin.

SOLUCION

1)Aplicando el mtodo de Taman, representamos los valores en la grfica:

(x,y)

t

Ecuacin analtica de las rectas t=m(%B)+C

Lnea que pasa por [2;24] y [4;72]:

[1]

Lnea que pasa por [9;64] y [15;16]:

[2]

; [1]

; [2]

Igualando ambas expresiones, obtendramos la composicin de la eutcticas

(x=5%B => 95%A)

Haciendo igual a cero el tiempo de solidificacin en las ecuaciones [1] y[2] obtendramos las solubilidades mximas:

Solubilidades mximas:

1%B en A() ;

17%B en ()

2)

7%A

B

Calculamos el intervalo de solidificacin de equilibrio de la aleacin B con 7%A:

, de donde Tl=639,5

, de donde TS=636,55,con lo que:

de la aleacin B con 7%A.

3)Sistema A-B: Zinc-Aluminio. Piezas con formas complicadas, industria del automvil.

4)Solidificacin de NO EQUILIBRIO (B con 7%A):

(no tiene prcticamente ninguna influencia)

2. Para una aleacin del sistema Pb-Sn con el 30%Sn, calcular:

A) Temperatura de comienzo de la precipitacin de solucin solida .

B) Temperatura final de solidificacin.

C) Composicin y proporcin de las fases existentes instantes antes de alcanzar la temperatura eutctica.

D) Composicin y proporcin de las fases en equilibrio a temperatura ambiente.

SOLUCION

A)

;

temperatura de comienzo del proceso de solidificacin.

B)

= Temperatura eutctica

Intervalo de solidificacin:

C)

Solucin slida (del Sn en el Pb)

(19%Sn)

lquido eutctico=26%(61,9%Sn)

Composicin de la eutctica

Eutectico: , (45% ) y (55% )

Cantidad total de fase (la primaria ms la eutctica)= 74+0,45(26%)=86%

A 182C: 86% ss- (19%Sn) y 14% ss- (2,5% Pb)

D)

(ss) a temperatura ambiente=(rica en plomo); =29%(rica en estao)

A 150C tenemos que para el 30%Sn

12%Sn

98%Sn

3. El sistema Al-Si presenta un diagrama de equilibrio con solidificacin eutctica. La composicin de las tres fases en equilibrio a la temperatura eutctica son : L = 12%Si; ( = 1,5%Si; ( = 100%Si. En la aleacin Al-11%. Si se pide:

Dibujar aproximadamente la curva de enfriamiento de dicha aleacin a partir de estado lquido.

Calcular, a una temperatura ligeramente inferior a la eutctica, las proporciones de constituyente matriz y disperso, as como las proporciones de ( y ( presentes.

Qu ventajas presenta la aleacin eutctica? Por qu el silicio aparece preferentemente en forma de agujas? Puede modificarse su estructura para hacerla ms tenaz?.

Citar algunas aplicaciones.

a)

b)

Constituyente matriz = ltimo lquido que solidifica = lquido eutctico

(eutctico)

(Slido ()

9,5% ( primario

Cantidad de ( = +

Cantidad de ( = 10% 89 (0.905) = 80,5%

90% total

c)

Minimiza heterogeneidades qumicas

Buena colabilidad

Eutctica anormal Al-Si, se potencia el crecimiento del silicio

sobre planos (001)

Se puede modificar las agujas de Si y se convierten en glbulos acumulando Sr Na que retrasan la nucleacin precoz del silicio en la eutctica.

4. En una aleacin eutctica del sistema binario AB, la composicin de las tres fases en equilibrio a la temperatura eutctica son: ( = 15%B , L = 75%B y ( = 95%B. Se parte de una aleacin 50%A - 50%B. Si su solidificacin ha tenido lugar en condiciones de equilibrio y no presentan transformaciones en estado slido, calcular a una temperatura inferior a la eutctica:

A) Las proporciones de fase primaria ( y eutctica ( + (.

B) Las proporciones totales de ( y (.

Representamos el diagrama:

T

50%B 50%A

15%B Te 95%

75%B

A %B B

A) %( = %el resto es eutctico

( + ( = 58% eutctico

B)El eutctico est compuesto por fases ( + ( en la siguiente proporcin:

%( (eutctica) = %

%( (eutctica) = 75%

Por lo tanto:

58% eutctico (0.25) = 15% ( en el eutctico

( total = ( (disperso) + ( (eutctico) = 42% + 15% = 57%(( total = 43% (75%( . 0.58)

5. El estao metlico puede obtenerse por descomposicin acuosa de sus sales. Calcular el potencial de descomposicin necesario para depositar catdicamente el estao de una disolucin alcalina de estao (II), en la cual, la actividad de las especies electroqumicas activas es igual a la unidad.

En la micrografa que se adjunta, se presenta la estructura de una aleacin del sistema Pb-Sn a 100X. Se conoce que el sistema Pb-Sn presenta a 183C una afinidad eutctica: L (38% Pb) ( Slido ( (2,5% Pb) + Slido ( (81% Pb). Estimar, si la fase rica en estao de la micrografa aparece de color blanco:

A) El contenido en plomo aproximado de la muestra de la micrografa.

B) Si existe microsegregacin en la muestra.

Para una aleacin del sistema Pb-Sn con el 1,50% Pb, en una solidificacin de no equilibrio, calcular la cantidad de lquido eutctico que podra esperarse. Adems de las soldaduras blancas del sistema Pb-Sn, sealar otras aplicaciones del estao.

a) Potencial de descomposicin del agua a temperatura ambiente: (del diagrama JAP 1,25 voltios) (Figura 0.2)

Edesc = Eoctodo + Eonodo (Estado estndar, actividad unidad)

Eoctodo = 0 (referencia) => Eonodo = -1,25 Voltios (Potencial estndar de oxidacin)

2OH- O2(g) + 2e- +H2O o bien Esal/estao = -0,136 1,25

H2O O2(g) + 2e- +2H+ Eo = 1,25 voltios

((Go = -n.F.Eodescomp ) Sn2+ + 2e- Sn

b) Disperso: fase rica en Pb (slido (). En la micrografa se puede ver 70% eutctico y 30%(

%Pb = 0,70 (38%Pb) + 0,30 (81%Pb) = 51%Pb

c) S, ya que existen granos con el 81% de Pb y otros con el 2,5% Pb

d) fL = ; Co = 1,50% Pb; CL = 38 %Pb

1,07066

fL = 0,031 ~ 3% de lquido

e) Recubrimientos (hojalata); Cu-Sn (bronces); aleaciones antifriccin (Pb-Sb-Sn); Varios: raticidas, fungicidas, conservadores de madera

6. (Problema No. 17, Cap. VI (JAP), pg. 648)

Un lingote de aleacin A-1%B de 2000 mm. de longitud solidificado segn el modelo de fusin por zonas. Calcular la concentracin de soluto a las distancias x = 100 y 1000 mm. del extremo que solidifica en primer lugar en los supuestos a) k = 0,1 y b) k = 0,01

Qu consecuencias deduce de la comparacin de ambos valores de k?

Dato: anchura de la zona caracterstica a = 10 mm.

MSZ

MSPClculo para estos dos casos:

Cs(MSZ) = 0,67; k = 0,10 Cs(MSP) = 0,11; x = 100mm.

Cs(MSZ) = 0,99; k = 0,10 Cs(MSP) = 0,19; x = 1000mm.

Cs(MSZ) = 0,10; k = 0,01 Cs(MSP) = 0,01; x = 100mm.

Cs(MSZ) = 0,64; k = 0,01 Cs(MSP) = 0,02; x = 1000mm.

Cuanto menor sea k ms tarde se alcanza el rgimen estacionario en el modelo de solidificacin por zonas. Cuanto menor sea k aumenta el espesor de las zonas segregadas positiva o negativamente.

7.

A) Calcular los porcentajes de constituyentes matriz y disperso en la solidificacin de no equilibrio de la aleacin 50%Ni-50%Cu.

Dato: coeficiente de reparto k=0,5.

B) Calcular los ndices de segregacin negativa, positiva y global de la citada aleacin. Consecuencias.

C) Aplicacin de las aleaciones del sistema Cu-Ni.

SOLUCION

A)

a 1080C

25% de constituyente matriz Cu

75% de constituyente disperso s.s Cu-Ni

1450CL

50%

25%

S.S1080C

Ni

50%

Cu

100%Cu

B)

ndice de Segregacin Global: ISG=

ndice de Segregacin Positiva:ISP=

ndice de Segregacin Negativa:ISN=

C)

Cu-25%Ni:Monedas

Cu-50%Ni:Resistencias de calentamiento; termopares

Cu-75%Ni:Mneles (intercambiadores de calor)

Cu

S.S (Cu-Ni)

30%Sn

Ti

T

T

(11%Si)

(()

(12%Si)

TL

(100%)(

TE

1,5%

%Al

%Si

t

del eutctico es solucin slida (

x

y

z

[9;64]

[15;16]

[4;72]

[2;24]

(5%B)

%B

%B

1%

5%

A

17%

B

B con 7%A

660C

420C

382C

327,502C

0

((Sn)

((Sn)

19

183C

231,9681C

Temperatura en C

97,5

13C

(Pb)

Porcentaje en peso

L

Pb

Sn

Esal/estao = -1,38 Voltios

Grupo de Siderurgia, Metalurgia y Materiales_______________________________________Universidad de Oviedo

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