MATERIALES METALICOS 2do Ingeniería Mecánica. Diagramas de Equilibrio de Fases

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Ángel Núñez Blázquez
hace 7 años
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1 MATERIALES METALICOS 2do Ingeniería Mecánica Diagramas de Equilibrio de Fases Ing. Víctor Gómez Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Tucumán

2 Aleaciones Ø Aleación: Sustancia que tiene propiedades metálicas y esta constituida por dos o mas elementos químicos de los cuales por lo menos uno es un metal. Si tiene dos elementos, se llama sistema de aleación binaria. Ej. Acero al carbono ( Fe y C ), Ac. Inox. ( Fe, C, Cr,Ni) Las aleaciones pueden ser Homogéneas o Mezclas. Las primeras, tendrán una sola fase y en el segundo serán una combinación de varias fases. Fase: porción físicamente homogénea: 1.La misma estructura o arreglo atómico 2.La misma composición aproximada 3.Una interfaz definida entre esta y las que la rodean. En estado sólido hay 3 fases posibles: Metal puro, Aleación intermedia o Compuesto y Solución sólida.

3 FASES a) Las tres formas del agua b) Agua y alcohol solubilidad ilimitada c) Agua y sal solubilidad limitada d) Aceite y agua prácticamente insolubles

4 Soluciones y solubilidad Solución química = soluto + solvente ( liquidas o sólidas ) Solubilidad es la cantidad de material o componente que se puede disolver sin formar una nueva fase. * Solubilidad total > independiente de las cantidades Soluciones Sólidas Sustitucionales: Los átomos del soluto sustituyen a los átomos del solvente en la estructura reticular. Soluciones Sólidas Intersticiales: Los átomos del soluto de pequeños radios atómicos, se acomodan en los espacios o intersticios de la estructura reticular de los átomos solventes mas grandes. Condiciones para solubilidad total. 1. Átomos o iones tamaño semejante ( radio atómico no mas 15% ) 2. Igual estructura cristalina 3. Los iones deben tener igual valencia 4. Las electronegatividades deben ser similares De no ocurrir 3 y 4 se forman compuestos Compuesto químico > composición fija

5 * Solubilidad y soluciones sólidas a) El Cu y Ni líquidos son totalmente solubles entre sí b) Las aleaciones sólidas Cu-Ni tienen solubilidad total y los átomos ocupan sitios aleatorios c) En las aleaciones. Cu-Zn con mas de 30% de Zn aparece una segunda fase debido a la solubilidad limitada del Zn en el Cu.

6 DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO DE FASES Tipos más importantes de diagramas de fases: Componentes completamente solubles en estado líquido: Completamente solubles en estado sólido (tipo I) Insolubles en estado sólido: la reacción eutéctica (tipo II) Parcialmente solubles en estado sólido: la reacción eutéctica (tipo III) Transformaciones en estado sólido: Cambio alotrópico Orden-desorden La reacción eutectoide La reacción peritectoide Diagrama de fases solubilidad total

7 Diagrama de fases Cu Ni Tipo I: Dos metales completamente solubles en los estados líquido y sólido: como los dos metales son completamente solubles en el estado sólido, el único tipo de fase sólida formada será una solución sólida sustitucional. Los dos metales tendrán generalmente el mismo tipo de estructura cristalina y diferirán en sus radios atómicos en menos del 8%.

8 REGLA DE LA PALANCA O DE SEGMENTOS INVERSOS % Liquido = ( OS / LO + OS ) * 100 % Solido = ( LO / LO + OS ) * 100

9 DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO DE FASES Microestructuras:

10 Diagrama de fase binario con eutéctico Solubilidad total en estado líquido e insolubles en estado sólido Cada metal disminuye el punto de fusión del otro. La línea de liquidus, muestra un punto mínimo. Conocido como punto eutéctico El diagrama está formado por cuatro áreas: El área arriba de la línea liquidus es una solución líquida homogénea de una sola fase, ya que los dos metales son solubles en estado líquido. Las áreas restantes son de dos fases. En estas aleaciones ocurre la reacción eutéctica: La reacción eutéctica se da a una temperatura fija llamada temperatura eutéctica. Un sólido eutéctico tiene una forma diferente a las otras fases de la aleación, por lo que se considera una fase del material: se solidifican alternativamente A y B puros, resultando una mezcla muy fina (mezcla eutéctica) Enfriamiento: Líquido sólido1+ sólido2

11 Microestructuras en diagrama de Solubilidad parcial

12 DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO DE FASES Tipo III: dos metales completamente solubles en el estado líquido, pero sólo parcialmente solubles en el estado sólido. Cuando la solubilidad es parcial, el diagrama de fase es diferente: La línea de solubilidad describe cuánto de un componente puede disolverse en otro. Al cruzar la línea de solubilidad durante el enfriamiento se da la precipitación de una de las fases. En estas aleaciones ocurre también la reacción eutéctica.

13 Evolución de la microestructura durante el enfriamiento lento de una composición Hipereutéctica y una Hipoeutectoide

14 Curva esquemática de enfriamiento Temperatura Tiempo, de una aleación de 60% Pb y 40% Sn

15 Reacciones en los Diagramas de Fases

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