Diagramas de fase en aleaciones metálicas

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Ignacio Valverde Mendoza
hace 8 años
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1 Diagramas de fase en aleaciones metálicas Sólidos Inorgánicos Diagramas de fase de sustancias puras 8000 Hielo VI 6000 Presión/atm Hielo V Hielo II Hielo III íquido Temperatura/ C Vapor γfe Fe íquido δfe 1 Hielo I Vapor Presión/atm Temperatura/K Agua Hierro Definiciones para recordar Fase. Porción homogénea de un sistema caracterizado por una estructura y una organización atómica constante. Posee características físicas y químicas constantes. Número de componentes (C). Número mínimo de especies químicas necesarias para determinar la composición de las fases. Grados de libertad ().En un sistema en equilibrio, es el número de variables intensivas (P, T, [ ]) que se pueden modificar en un amplio intervalo sin producir la aparición de nuevas fases o la desaparición de las existentes. Equilibrio de fases.situación de equilibrio termodinámico correspondiente a un sistema que contiene más de una fase. 1

Porción homogénea de un sistema caracterizado por una estructura y una organización atómica constante. Posee características físicas y químicas constantes. Número de componentes (C).

2 Definiciones para recordar Solución sólida. Fase resultante formada por disolución de un metal en un segundo elemento metálico. Solvente Soluto Solución sólida sustitucional Solución sólida intersticial ímite de solubilidad. Concentración máxima de átomos de soluto que se dispersan en el solvente a una temperatura determinada. Regla de las fases de Gibbs número de fases coexistiendo en el equilibrio F + = C + N número de variables no composicionales número de grados de libertad número de componentes Caso particular de aleaciones, N = 1 F + = C íquido () 1 ínea liquidus Sólido () ínea solidus Cu Ni % Ni 2

Concentración máxima de átomos de soluto que se dispersan en el solvente a una temperatura determinada.

3 Condiciones de solubilidad ilimitada (Hume-Rothery) os átomos de los constituyentes deben ser de tamaño similar. os metales deben tener la misma estructura cristalina. os metales deben tener idéntica valencia y similar electronegatividad. Construcción experimental del diagrama T m1 Cu T m2 Temperatura T i Tf 50:50 Temperatura T i T f T m2 Tiempo Ni T m % Cu Determinación de la proporción y composición de las fases 1300 ínea de reparto R B S + Regla de la palanca W = W = S R + S R R + S 20 C C 0 C %Ni 3

Construcción experimental del diagrama T m1 Cu T m2 Temperatura T i Tf 50:50 Temperatura T i T f T m2 Tiempo Ni T m1 0 50 % Cu

4 Determinación de la proporción y composición de las fases Cu Ni % Ni Desarrollo de microestructuras %Ni Endurecimiento por solución sólida 11.6 Resistencia a la tracción Cu Ni % Ni 4

microestructuras 1300 + 20 30 40 50 %Ni Endurecimiento por solución

5 Endurecimiento por dispersión o precipitación Sistema de dos componentes que no cumplen las condiciones para una solubilidad ilimitada, formándose 2 fases sólidas. Caso 1. Una fase en mayor proporción (matriz) y una en menor proporción (precipitado). Endurecimiento por dispersión Caso 2. Dos fases en mezcla íntima (microconstituyente). Condiciones que favorecen el endurecimiento por dispersión: 1. Matriz blanda y dúctil y precipitado duro y frágil. 2. Matriz continua y precipitado discontinuo. 3. Alta cantidad de precipitado, en partículas pequeñas y con geometría esférica. Reacciones de tres fases Eutéctica + + Peritéctica + + Temperatura 1 Monotéctica Composición Reacciones de tres fases Eutectoide γ + γ + Peritectoide + γ + γ Temperatura Composición 5

Condiciones que favorecen el endurecimiento por dispersión: 1. Matriz blanda y dúctil y precipitado duro y frágil. 2. Matriz continua y precipitado discontinuo. 3.

6 Sistemas eutécticos binarios ínea liquidus ínea solidus ínea liquidus ínea solvus Cu Ag % Ag ínea solidus ínea solvus Sistemas eutécticos binarios Isoterma eutéctica Punto invariante 71.9 % Ag 780 C C E aleación eutéctica Cu Ag % Ag Desarrollo de microestructuras en aleaciones eutécticas Pb Sn % Sn (1) Aleación eutéctica 6

7 Desarrollo de microestructuras en aleaciones eutécticas Pb Sn % Sn (2) Aleación hipoeutéctica Desarrollo de microestructuras en aleaciones eutécticas Pb Sn (4) Fase % Sn (3) Aleación hipereutéctica Endurecimiento en aleaciones eutécticas Resistencia a la tracción/mpa Endurecimiento por solución sólida Hipoeutéctico Endurecimiento por dispersión de la fase Incremento del eutéctico Hipereutéctico Pb Sn % Sn 7

hipereutéctica Endurecimiento en aleaciones eutécticas Resistencia a la tracción/mpa 1.01 0.72 0.43 0.

8 Diagramas de fases Mg-Ni Temperatura/ C íquido + Mg 2 Ni + Mg 2 Ni + MgNi 2 Mg 2 Ni+ MgNi 2 + MgNi 2 + Mg Ni % Ni Diagramas de fase ternarios A Porcentaje en peso de B Porcentaje en peso de A B C Porcentaje en peso de C Diagramas de fase ternarios Cr Porcentaje en peso de Fe 40 + σ 20 γ Porcentaje en peso de Cr γ Fe Ni Porcentaje en peso de Ni 8

Porcentaje en peso de A 40 20 20 40 60 80 B C Porcentaje en peso de C Diagramas de fase ternarios Cr 80 60

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