Unidad 5 Diagramas de Fase

8/16/2019 Unidad 5 Diagramas de Fase

1/27

Los diagramas de equilibrio son gráficas que representan las fases y estado en quepueden estar diferentes concentraciones de materiales que forma una aleación adistintas temperaturas.Dichas temperaturas van desde la temperatura por encima de la cual un materialestá en fase liquida hasta la temperatura ambiente y en que generalmente losmateriales están en estado sólido. Existen diferentes diagramas de equilibrio segúnlos materiales sean totalmente solubles en estado sólido y liquido o sean miscibles

a que sean insolubles.Uno de los diagramas de equilibrio más clásico es el de los aceros que tieneparticularidades y donde afecta claramente la concentración y las diferentescristali!aciones que puede darse en el hierro estando en estado sólido y adiferentes temperaturas.En la practica los diagramas de uso común son los diagramas binarios que

representan sistemas de dos componentes y los diagramas ternarios querepresentas sistemas de tres componentes.De manera especifica los diagramas binarios son mapas de las fases en equilibrioasociadas a distintas combinaciones de "emperatura y #omposición.

5.- Diagramas de equilibrio de fases:


2/27

5.1.- Solubilidad Total en Estado Sólido

$on aquellos diagramas binarios en los que los dos componentes soncompletamente solubles entre si tanto en estado sólido como en estadoliquido.

%lgunas aleaciones como #u&'i presentan solubilidad total en estado solido.Las condiciones que deben cumplir un sistema para que presente $olubilidad"otal en Estado $olido son las siguientes(

).& "ener radios atómicos similares*.& #ristali!ar en el mismo sistema cristalino o similar.+.&,resentar diferencias de electronegatividad peque-as.


3/27


4/27

5.2.- Diagrama Eutéctico con Insolubilidad Total en Estado Sólido

Es un diagrama opuesto al descrito anteriormente. #uando dos metales presentan

muchas diferencias a nivel de estructura molecular pueden presentar solubilidadtotal en estado liquido pero ser totalmente nsolubles en estado solido.La transformación EU"/#"#% permite obtener estructuras de inter0s a pesar de lainmiscibilidad entre los componentes.La l1nea de sólidus es hori!ontal que corresponde con la temperatura de la Eutéctica.En este caso el material cuya composición es igual a la composición eutéctica funde

por completo a la temperatura eut0ctica.#ualquier composición distinta a la correspondiente a la eut0ctica no fundirácompletamente a la temperatura eut0ctica. En lugar de ello un material deberácalentarse aún mas atravesando con ello la región de dos fases hasta alcan!ar la l1neade liquidus.El diagrama eut0ctico binario presenta dos regiones de dos fases


5/27


6/27

5.3.- Diagrama Eutéctico con solubilidad parcial en estado solido

En muchos casos los materiales son parcialmente solubles entre s1 en este caso eldiagrama es similar al anterior excepto en lo que se refiere a las regiones desolucion solida cercanas a ambos extremos del e2e de composición.En consecuencia se distinguen dos fases de solucion solida.En cualquier caso la estructura cristalina sera la correspondiente a la delcomponente esto se debe que actua como solvente del otro que es elcomponente con carácter de impure!a.


7/27


8/27


9/27

5.4.- Diagrama Eutectoide

%lgunos sistemas binarios presentan una reacción en estado solidoanáloga a la reacción eut0ctica


10/27

5.5.- Diagrama eritéctico

En los sistemas vistos anteriormente los componentes puros presentabantemperaturas de fusión bien diferenciadas. $in embargo en algunos sistemas loscomponentes forman compuestos estables que pueden tener una temperatura defusión no tan clara

E2emplo basico(% y 3 forman un compuesto estable %3 que no funde a una única temperatura

al contrario de lo que sucede con los componentes % y 3.El compuesto %3 experimente una fusión incongruente4 esto es que el liquidoque se forma tras la fusión tiene una composición distinta a la del compuesto%3.

Esta reacción se presenta particularmente si los puntos de fusión de los dos

componentes son completamente diferentes.

Transformación de fases en que, por enfriamiento, una fase líquida reacciona con

una fase sólida para formar una fase sólida nueva y diferente.


11/27

#ompuesto %3


12/27

5.5.- Diagrama !ierro-"arbono #$e-"%.

En este diagrama de equilibro o de fases serepresentan las transformaciones que sufren losaceros al carbono con la temperatura admitiendoque el calentamiento 5o enfriamiento6 de la me!cla se

reali!a muy lentamente de modo que los procesos dedifusión 5homogenei!ación6 tienen tiempo paracompletarse. Dicho diagrama se obtieneexperimentalmente identificando los puntos cr1ticos

7temperaturas a las que se producen las sucesivastransformaciones.


13/27


14/27


15/27


16/27

Fases en el sistema Fe-Fe3C.

$e representa el diagrama de fases del sistema binario 8e& 8e+# para contenidos altos de

hierro.El hierro sufre cambios estructurales con la temperatura antes de fundir. % temperaturaambiente la forma estable es la &errita o 8e&953##6. % :)* ;# la ferrita sufre unatransformación a 'ustenita o 8e& la cual funde a)?+@ ;#. "odos estos cambios se pueden observar en el e2e vertical deldiagrama de fases para el hierro puro.

El otro e2e de la figura =.) sólo llega al A.BC en peso de # concentración que coincidecon el )CC molar del compuesto intermedio 8e+# conocido como carburo de hierro ocementita. La parte entre el A.BC de # y el )CC de # 5grafito puro6 no es importantedesde el punto de vista tecnológico y no se va a estudiar


17/27

El carbono en un soluto intersticial en el hierro y forma disoluciones sólidascon la ferrita 59 y >6 y con la austenita 5


18/27

(a cementita desde el punto de vista mecánico es dura y frágil y su presenciaaumenta la resistencia de muchos aceros.Desde un punto de vista estricto la cementita es metaestable y si se calienta entreA?C y BCC ;# descompone para dar 8e&9 y grafito en el periodo de a-os quepermanece al enfriar. ,or tanto los diagramas no son realmente de equilibriopero al ser la velocidad de descomposición de la cementita tan extremadamentelenta estos diagramas son los útiles.

En la figura siguiente se puede observar regiones bifásicas y un eut0ctico

5#EF =.+C en peso de # y "EF ))=@ ;#6.

La reacción eut0ctica es( LE5=.+C #6 ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ G ⎯H8e&


19/27

Esta transformación de fase es de una importancia vital en los tratamientos t0rmicosde los aceros.Los aceros contienen # entre el C.CC@ y el *.)) de # y al enfriarlos desde el

campo < 5%ustenita6 se obtiene una microestructura que está 1ntimamenterelacionada con las propiedades mecánicas de los aceros.


20/27


21/27


22/27


23/27


24/27

5.6.- Reacciones al estado sólido.

Los átomos de gases l1quidos y sólidos están en constante movimiento y se

despla!an en el espacio tras un per1odo de tiempo.En los gases el movimiento de los átomos es relativamente velo!.En los l1quidos los átomos poseen un movimiento más lento.El transporte de masa en l1quidos y sólidos se origina generalmente debido a unacombinación de convección 5movili!ación de fluido6 y difusión.

En los sólidos estos movimientos atómicos quedan restringidos debido a losenlaces que mantienen los átomos en las posiciones de equilibrio por lo cual elúnico mecanismo de transporte de masa es la difusión.

$in embargo las vibraciones t0rmicas que tienen lugar en sólidos permiten quealgunos átomos se muevan. La difusión de 0stos en metales y aleaciones es

particularmente importante si consideramos el hecho de que la mayor parte delas reacciones en estado sólido llevan consigo movimientos atómicos.


25/27

)E"'*IS)+S DE DI$,SI*Existen dos mecanismos principales de difusión en los átomos en

una estructura cristalina(5)6mecanismo de vacantes o sustitucional5*6 el mecanismo intersticial.

1. )ecanismo de di&usión por acantes o sustitucional

Los átomos pueden moverse en las redes cristalinas desde unaposición a otra si hay presente suficiente energ1a de activaciónproporcionada 0sta por la vibración t0rmica de los átomos y si hayvacantes u otros defectos cristalinos en la estructura para que elloslos ocupen. Las vacantes en los metales son defectos en equilibrio

y por ello algunos están siempre presentes para facilitar que tengalugar la difusión sustitucional de los átomos. $egún va aumentandola temperatura del metal se producirán más vacantes y habrá másenerg1a t0rmica disponible por tanto el grado de difusión esmayor a temperaturas más altas.


26/27

% medida que incrementa el punto de fusión del material. Laenerg1a de activación tambi0n aumenta. Esto se da porque los

metales con temperatura de fusión más altas tienden a mayoresenerg1as de enlace entre sus átomos.

2. )ecanismo de di&usión intersticialLa difusión intersticial de los átomos en redes cristalinas tiene lugarcuando los átomos se trasladan de un intersticio a otro contiguo al

primero sin despla!ar permanentemente a ninguno de los átomosde la matri! de la red cristalina. ,ara que el mecanismo intersticialsea efectivo el tama-o de los átomos que se difunde debe serrelativamente peque-o comparado con el de los átomos de lamatri!. Los átomos peque-os como los de hidrógeno carbonoox1geno y nitrógeno pueden difundirse intersticialmente enalgunas redes cristalinas metálicas. ,or e2emplo el carbono puededifundirse intersticialmente en hierro alfa 3## y hierro gamma 8##.En la difusión intersticial de carbono en hierro los átomos de

carbono deben pasar entre los átomos de la matri! de hierro.


27/27

Los valores de la difusividad dependen de muchas variables las más importantes son lassiguientes(

El tipo de mecanismo de difusión. El hecho de que la difusión sea intersticial osustitucional afectará la difusividad. Los átomos peque-os pueden difundirseintersticialmente en la red cristalina de átomos mayores del solvente. Los átomos puedendifundirse sustitucionalmente en una red siempre y cuando los átomos de loscomponentes sean aproximadamente iguales.

La temperatura a la cual ocurre la difusión. $i la temperatura aumenta en el sistema ladifusividad tambi0n se ve incrementada.

El tipo de estructura cristalina de la red matriz. La estructura cristalina 3## que posee unfactor de empaquetamiento de C.A@ ayuda a que la difusividad sea mayor que una red 8##que posee un factor de empaquetamiento de C.B=.

El tipo de imperfecciones cristalinas.

La mayor1a de estructuras abiertas permiten unadifusión más rápida de los átomos. ,or e2emplo la difusión tiene lugar más rápidamente alo largo de los l1mites de grano que en la matri! del mismo. Las vacantes en excesoincrementarán las velocidades de difusión en metales y aleaciones.

Unidad 5 Diagramas de Fase

Documents

Transcript of Unidad 5 Diagramas de Fase