diagrammi di stato -...

DIAGRAMMI DI STATO

• Perché l’acqua bolle a 100°C?

• Perché bolle in montagna ed al mare a temperatura diversa?

• Perché i forni sono rivestiti internamente da mattoni refrattari e non da vetro o plastica o metallo?

• Perchè gli acciai vengono trattati termicamente (ricottura, tempra,....)?

PERCHÉ STUDIARE I DIAGRAMMI DI STATO

DIAGRAMMA DI STATO: grafico nel quale vengono descritte quante e quali

fasi di un sistema sono presenti al variare di pressione/temperatura del sistema

stesso.

I diagrammi di stato sono validi in condizioni di

EQUILIBRIO TERMODINAMICO

Energia libera minima

I diagrammi di stato servono a:

�Determinare le fasi presenti al variare di temperatura, pressione,

composizione del sistema;

�Calcolare le quantità relative delle fasi presenti in un equilibrio;

�Determinare la solubilità massima di un componente in un altro;

�Conoscere la temperatura di fusione delle fasi;

�Determinare la temperatura a cui avvengono le trasformazioni di fase

Funzione di Gibbs G = H-TS

DEFINIZIONI IMPORTANTI

Lega:Lega: materiale metallico ottenuto mediante la combinazione

chimica di diversi elementi

Componente: Componente: metalli puri e/o composti di cui la lega è

formata

Solvente:Solvente: elemento o composto presente in maggiore quantità

Soluto:Soluto: elemento o composto presente in quantità minore

Soluzione solida:Soluzione solida: tipologia di lega ottenuta mediante l’

aggiunta di atomi di soluto nel materiale ospite in modo tale

da preservarne la struttura cristallina e garantirne l’omogeneità

composizionale e strutturale

Sistema:Sistema: Una serie di leghe possibili di uno o più componenti

(Es. sistema Fe-C)

Una fase Una fase èè una porzione omogenea di un sistema con caratteristiche una porzione omogenea di un sistema con caratteristiche

chimiche e fisiche uniformichimiche e fisiche uniformi (quindi, sia a livello microstrutturale che di

composizione).

Una singola fase ha in ogni sua parte un identico comportamento se

sottoposta a sollecitazioni fisiche o chimiche

Acqua e olioAcqua e

ghiaccio

Soluzione solida e

composto

DEFINIZIONI IMPORTANTI: FASE

• Una singola fasesingola fase ha in ogni sua parte un identico identico

comportamentocomportamento se sottoposta a sollecitazioni fisiche o

chimiche

• Può essere costituita da piPuò essere costituita da piùù di un elemento chimicodi un elemento chimico

(ad esempio nelle soluzioni solide metalliche accade che

all’interno della struttura cristallina di uno dei due metalli trovano

posto degli atomi dell’altro (in posizioni interstiziali o

sostituzionali)

• Un elemento o composto chimico può esistere come fasi Un elemento o composto chimico può esistere come fasi

diversediverse

(acqua liquida, vapore d'acqua e ghiaccio, Fe α, Feγ)

FASE

EQUILIBRIO DI FASEEnergia libera:Energia libera:

È una funzione dell’energia interna di un sistema (o entalpia) e del suo stato di disordine (o entropia)In condizioni di equilibrio l’energia libera è minimaLL’’equilibrio di fase:equilibrio di fase:

Viene espresso dalla costanza nel tempo delle caratteristiche delle fasi di un sistemaEsempio: soluzione al 65% in peso di zucchero scaldata da 20°C a 100°C

Nelle soluzioni solidesoluzioni solide le velocità di trasformazione sono spessospesso estremamente basse ll’’equilibrio non viene raggiuntoequilibrio non viene raggiunto

Sistema in stato di equilibrio metastabileequilibrio metastabile

Determinazione del grado di varianza del sistema:

REGOLA DELLE FASI DI GIBBS

V = C – f + nVARIANZA: numero

di gradi di libertà del

sistemaNumero dei

componenti chimici

presenti (elementi o

composti)

Numero delle

fasi

Numero di

variabili

fisiche (es.

temperatura

e pressione)

CASO TIPICO:

2 componenti,

pressione

costante (1atm)

DIAGRAMMI DI STATO BINARI

V = 2+1-f

f =

1 V=2

2 V=1

3 V=0 PUNTI DI INVARIANZA

DIAGRAMMI DI STATO BINARI

• La composizione viene riportata sull’ascissa che viene suddivisa in cento parti; ad ogni punto corrisponde una percentuale dei due componenti.

• Ad esempio, al punto C corrisponde una composizione di 70% di A e di 30 % di B;

MONOVARIANZA

BIVARIANZA

INVARIANZA

Non posso cambiare indipendentemente

T e composizione: se cambio T la

composizione delle 2 fasi segue le linee

di solvus

Per avere 3 fasi

non posso

cambiare né T né

composizione

DIAGRAMMI DI STATO BINARI

Posso realizzare la

fase alfa decidendo

indipendentemente T e

composizione

RIASSUNTO DELLE TRASFORMAZIONI INVARIANTI

Determinare le fasi presenti al variare di temperatura, pressionDeterminare le fasi presenti al variare di temperatura, pressione e composizione di e e composizione di

un sistema un sistema

Calcolare le quantitCalcolare le quantitàà relative delle fasi presenti in un equilibrio relative delle fasi presenti in un equilibrio

Determinare la solubilitDeterminare la solubilitàà massima di un componente in un altro massima di un componente in un altro

Conoscere la temperatura di fusione delle varie fasiConoscere la temperatura di fusione delle varie fasi

DeterminareDeterminare la temperatura a cui avvengono le trasformazioni di fasela temperatura a cui avvengono le trasformazioni di fase

DIAGRAMMI DI STATO

Determinare la composizione di ogni fase Determinare la composizione di ogni fase

• Determinare le fasi presenti al variare di temperatura, pressionDeterminare le fasi presenti al variare di temperatura, pressione e composizione e e composizione

di un sistema di un sistema

L

L+S

S

TfB

TfA

A (100%) B (100%)

Solo fase liquidaSolo fase liquida

Fase Fase liquida+faseliquida+fase solida solida ⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒

REGIONE BIFASICAREGIONE BIFASICA

Solo fase solidaSolo fase solida

Miscibilità completa allo stato liquido e solido

• Determinare le fasi presenti al variare di temperatura, pressionDeterminare le fasi presenti al variare di temperatura, pressione e composizione e e composizione

di un sistemadi un sistema

A+L

L

A+B

B+L

TfB

TfA

A (100%) B (100%)

Solo fase liquidaSolo fase liquida

Fase liquida + fase solida Fase liquida + fase solida

⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒ REGIONE BIFASICAREGIONE BIFASICA

2 fasi solide2 fasi solide

Miscibilità completa allo stato liquido, nulla allo stato solido

• Determinare le fasi presenti al variare di temperatura, pressionDeterminare le fasi presenti al variare di temperatura, pressione e composizione e e composizione

di un sistemadi un sistema

α+L

L

α + β

β+L

α

β

TfB

TfA

A (100%) B (100%)

Solo fase liquidaSolo fase liquida

Fase Fase liquida+Faseliquida+Fase solida solida ⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒

REGIONI BIFASICHEREGIONI BIFASICHE

2 fasi solide2 fasi solide

1 fase solida1 fase solida

αααααααα:: solizione solida di B in A

ββββββββ: : solizione solida di A in B

Miscibilità completa allo stato liquido, parziale allo stato solido.

• determinare la composizione di ogni fase (regioni monofasiche)

L

L+S

S

Composizione liquido

Composizione solido

Nelle regioni

monofasiche la

composizione è

la stessa della

lega di partenza

• determinare la composizione di ciascuna fase (regioni bifasiche)

L

L+S

S

Composizione

del liquido

Composizione

del solido

�Tracciare l’isoterma di interesse - - - - - -

�Individuare i punti di intersezione di questa

linea con le curve di liquidus (•) e di solidus

(++++)

�La composizione del liquido è il valore

dell’asse delle x corrispondente

all’intersezione dell’isoterma con la linea di

liquidus

�La composizione del solido è il valore

dell’asse delle x corrispondente

all’intersezione dell’isoterma con la linea di

solidus

CURVA DI LIQUIDUS = al di sopra di essa non è presente altro che liquido

CURVA DI SOLIDUS = al di sotto di essa non è presente altro che solido

REGIONI BIFASICHE: REGOLA DELLREGIONI BIFASICHE: REGOLA DELL’’ORIZZONTALEORIZZONTALE

• Calcolare le quantitCalcolare le quantitàà relative delle fasi presenti in un equilibriorelative delle fasi presenti in un equilibrio

REGIONI BIFASICHE: REGOLA DELLA LEVAREGIONI BIFASICHE: REGOLA DELLA LEVA

L

L+S

S

c

d

e

�Tracciare l’isoterma di interesse - - - - - -

�Individuare i punti di intersezione di questa

linea con le curve di liquidus (• c) e di solidus

(++++ d)

�La percentuale delle due fasi presenti in un

punto prestabilito della regione bifasica (e) è

definita dalle regola della leva:

%L = (ed/cd)*100

%S = (ce/cd)*100

LIMITE DI SOLUBILITALIMITE DI SOLUBILITA’’:: massima concentrazione di atomi di

soluto che possono dissolversi nel solvente formando una soluzione

solida (dipende dalla temperatura)

At 20°C il limite di solubilitàdello zucchero nell’acqua 65%

A 80°C il limite

di solubilità dello

zucchero

nell’acqua 72%

• Determinare la solubilitDeterminare la solubilitàà massima di un componente in un altromassima di un componente in un altro

MICROSTRUTTURAMICROSTRUTTURA

MICROSTRUTTURAMICROSTRUTTURA

PARAMETRI CHE PARAMETRI CHE

INFLUENZANO LA INFLUENZANO LA

MICROSTRUTTURA :MICROSTRUTTURA :

�� elementi in legaelementi in lega

�� concentrazione concentrazione

�� temperatura di temperatura di

riscaldamento/raffreddamentoriscaldamento/raffreddamento

�� velocitvelocitàà di di

riscaldamento/raffreddamentoriscaldamento/raffreddamento

SIGNIFICATO DELLA SIGNIFICATO DELLA

MICROSTRUTTURA:MICROSTRUTTURA:

��Numero delle fasiNumero delle fasi

��ProporzioniProporzioni

��DistribuzioneDistribuzione

Acid solution

Water

ATTACCO ACIDO ATTACCO ACIDO

SUPERFICIALESUPERFICIALE

SUPERFICIE SUPERFICIE

LUCIDATALUCIDATA

SUPERFICIE ATTACCATASUPERFICIE ATTACCATA

MISCIBILITÀ ILLIMITATASi ha miscibilità illimitata di due componenti quando questi sono completamente solubili l’uno nell’altro sia allo stato liquido che allo

stato solido.

Esempi di componenti completamente miscibili allo stato liquido sono acqua ed alcool, allo stato solido sono Cu-Ni ed Ag-Au.

Tracciando un punto sul diagramma di fase si può capire se ci si trova in un sistema monofasico liquido, in un sistema monofasico solido o in un sistema bifasico; in quest’ultimo caso, per conoscere composizione e quantitàrelative delle fasi si ricorre alla "regola regola

della levadella leva"

REGOLA DELL’ORIZZONTALE E COMPOSIZIONE DELLE FASI

hk

La regola dell’orizzontale permette di trovare le composizioni delle due composizioni delle due

fasi in equilibrio allfasi in equilibrio all’’interno di una interno di una

zona bifasicazona bifasica; ; esse si leggono sull’ascissa di un diagramma di stato. Si traccia l’isoterma e vengono individuati due punti, uno sulla curva del liquidusliquidus ed uno sulla curva del

solidussolidus, Si tracciano, partendo da questi due punti, due linee verticali � vengono individuati altri due punti sull’asse delle ascisseI due punti sono contrassegnati nel diagramma dalle lettere k ed h: la k la k

rappresenta la composizione del rappresenta la composizione del

liquido liquido mentre la h rappresenta la la h rappresenta la

composizione del solidocomposizione del solido

Le percentuali in peso delle fasiLe percentuali in peso delle fasi in una qualsiasi regione bi-fasica di un diagramma di stato di equilibrio possono essere calcolate utilizzando la legge della leva

LEGGE DELLA LEVA

PARAMETRI CHE INFLUENZANO LA PARAMETRI CHE INFLUENZANO LA MISCIBILITAMISCIBILITA’’

ALLO STATO SOLIDOALLO STATO SOLIDO

La solubilità dipende da:

� dimensioni atomiche

� elettronegatività

� valenza

� struttura cristallina

Un esempio di solubilità completa: il

diagramma rame-nichel

CuCu

rCu= 0.128 nm

Elettronegatività

= 1.9

Valenza= +1/+2

Struttura

cristallina: FCC

NiNi

rNi= 0.125 nm

Elettronegatività

= 1.8

Valenza= +2

Struttura

cristallina: FCC

ESEMPIO DI DIAGRAMMA DI STATO A COMPLETA MISCIBILITÀ:

CU-NI

COMPLETA MISCIBILITÀ ALLO STATO SOLIDO

SOLIDIFICAZIONESolidificazione �

attraversamento del sistema bifasico � continue modifiche delle composizioni delle fasi liquida e solida.

Raffreddamento molto molto lentolento

T0 � stato liquido.

T1 � formazione di cristalli di soluzione solida in una matrice di liquido.

T2 � i cristalli aumentano in volume ed il liquido diminuisce.

T3 � sempre più fase solida

T4 �100% di fase solida.

Soluzioni solide che ammettono completa miscibilità

⇒ importanti nella scienza dei materiali ⇒

introduzione di atomi sostituzionali in un reticolo

cristallino ⇒ influenza su proprietà meccaniche

(resistenza), elettriche, ottiche, magnetiche.SITUAZIONE DI EQUILIBRIO !!!!SITUAZIONE DI EQUILIBRIO !!!!

EVOLUZIONE DELLA MICROSTRUTTURA DURANTE LA SOLIDIFICAZIONE

Solidificazione di equilibrio di una lega di composizione 35%Ni e 65%Cu

Solidificazione � attraversamento del sistema bifasico � continue

modifiche delle composizioni delle fasi liquida e solida.

EQUILIBRIOEQUILIBRIO � grani di composizione omogenea grani di composizione omogenea (diversa da

quella che aveva ciascun grano al momento della sua formazione).

NONNON--EQUILIBRIOEQUILIBRIO � grani di composizione diversagrani di composizione diversa (ciascun

grano ha una composizione vicina a quella che aveva quando si è

formato).

SOLIDIFICAZIONE 2

Grani di α con composizione radiale, faccio una media

La curva solidus Si sposta verso sposta verso destradestra: sulla curva tratteggiata leggo composizione media fase α

A Te’ termina solidificazione

Regola della leva: ho più liquido del previsto rispetto alle condizioni di equilibrio.

Fenomeno della SEGREGAZIONEFenomeno della SEGREGAZIONEverso l’esterno del grano ho maggiore concentrazione del componente basso-fondente.

Al riscaldamento ho formazione liquido inattesa –> perdita integritàmeccanica. Serve ricottura di omogeneizzazione)

RAFFREDDAMENTO DI NON EQUILIBRIO

Le soluzioni solide che ammettono completa miscibilitcompleta miscibilitàà sono

importanti nella scienza dei materiali perché permettono:

• Introduzione di atomi sostituzionali atomi sostituzionali in un reticolo cristallino

• Modulazione delle proprietà meccaniche (snervamento), elettriche,

ottiche, magnetiche.

INTERESSE INGEGNERISTICO PER LA COMPLETA MISCIBILITÀ

In presenza di un’impurezza sostituzionale di

dimensioni inferiori rispetto agli atomi della

matrice si sviluppano sollecitazioni di tensione

sugli atomi della struttura ospite.

In presenza di un’impurezza sostituzionale di dimensioni maggiori rispetto agli atomi della matrice si sviluppano sollecitazioni di compressione sugli atomi della struttura ospite.

Rafforzamento per soluzione solida (meccanismo atomico)Rafforzamento per soluzione solida (meccanismo atomico)

Miscibili nello stato liquido e

immiscibili nello stato solido:

Alla solidificazione si ottengono Alla solidificazione si ottengono

i due elementi/composti distintii due elementi/composti distinti.

Es: Bi-Cd:

Bi: struttura ortorombica (legame

metallo-covalente sul piano basale

e legame debole fra piani)

Cd:carattere metallico e struttura

esagonale compatta � Nessuna Nessuna

tendenza a fare soluzione solidatendenza a fare soluzione solida

SOLUBILITÀ NULLA (IMMISCIBILITÀ STATO SOLIDO)

Due elementi o composti possono non risultare affatto miscibili.

SOLUBILITÀ LIMITATA (STATO SOLIDO)Nella zona LL:

Fase liquida Fase liquida alla concentrazione data.

Nella zona L+L+αααααααα:

Sistemi bifasici una fase liquida ed fase liquida ed

una solida una solida (α) di composizioni date

dalle intersezioni delle isoterme con le

rispettive curve di liquidus e solidus.

Nella zona L+L+ββββββββ:

IdemIdem (sostituiamo fase solida α con β)

Nelle zone αααααααα e ββββββββ:

Sistema solido Sistema solido monofasicomonofasico

(rispettivamente α e β).

Nella zona αααααααα + + ββββββββ:

Sistemi bifasiciSistemi bifasici costituiti da:

A saturo di B e B saturo di A.

Linea di Linea di SolvusSolvus

A+L

L

A+B

B+L

TfB

TfA

A (100%) B (100%)

Liquidus

Solidus

Solvus

SOLUBILITA’ NULLA ALLO STATO SOLIDO

α+L

L

α + β

β+L

α

β

TfB

TfA

A (100%) B (100%)

SOLUBILITA’ LIMITATA ALLO STATO SOLIDO

Liquidus

Solidus

Solvusαααααααα:: soluzione solida

di B in A

ββββββββ: : soluzione solida

di A in B

A+L

L

A+B

B+L

TfB

TfA

A

(100%)

B

(100%)

α+L

L

α + β

β+L

αβ

TfB

TfA

A

(100%)

B

(100%)

TRASFORMAZIONE EUTETTICA

L ↔↔↔↔ αααα+ββββ

TRASFORMAZIONE EUTETTICA

L ↔↔↔↔ A+B

EUTETTICOEUTETTICO

α+L

L

α + β

β+L

α

β

TfB

TfA

A (100%) B (100%)

Completamen

te liquido

Solidifica il primo

cristallo di αααα

L’ultima

goccia di

liquido

solidifica

come αααα

Iniziano a

formarsi

piccole

particelle di ββββ

Completamente

liquido

Eutettico: tutto il liquido

solidifica per dare due fasi

solide αααα e ββββCompletamente

liquido

Solidificail

primo cristallo

di ββββ

Il liquido

solidifica

completamente

per dare la

struttura

eutettica αααα-ββββ

Un esempio di diagramma reale: Pb-Sn

Esempio di diagramma di stato a miscibilità parziale: Pb-Sn.

Microstruttura a T ambiente: grani equiassici di alfa

SOLUBILITÀ LIMITATA: ESEMPIO DI RAFFREDDAMENTO (1)

SOLUBILITÀ LIMITATA: ESEMPIO DI RAFFREDDAMENTO (2)

Esempio di diagramma di stato a miscibilità parziale: Pb-Sn.

Microstruttura a T ambiente: grani equiassici di alfa, più piccoli grani di beta

Esempio di diagramma di stato a miscibilitàparziale: Pb-Sn.

Lega ipo-euttettica

Possiamo

calcolare con la

regola della leva:

la concentrazione

di α primario,

della struttura

eutettica,

ed ancora la

concentrazione

totale di α e β

nella struttura

SOLUBILITÀ LIMITATA: ESEMPIO DI RAFFREDDAMENTO (3) –LEGA IPOEUTETTICA

Esempio di diagramma di stato a miscibilità parziale:

Pb-Sn. Microstruttura a T ambiente:

Microstruttura eutettica

SOLUBILITÀ LIMITATA: ESEMPIO DI RAFFREDDAMENTO (3) –LEGA EUTETTICA

SOLIDIFICAZIONE COMPOSIZIONE EUTETTICA

Esempio di diagramma di stato a miscibilità parziale: Pb-Sn. Microstruttura eutettica

Micrografia ottica,

ingrandimento 375x

Lamine scure: fase α

Lamine chiare: fase β

SOLIDIFICAZIONE COMPOSIZIONE EUTETTICA

Un esempio di diagramma reale: Ag-Cu

COMPOSTI EUTETTICI: un esempio nel settore trasportiCOMPOSTI EUTETTICI: un esempio nel settore trasporti

Le piastre eutettiche sono

impiegate per il trasporto e

la distribuzione di cibi

surgelati e gelati.

Il meccanismo di

funzionamento è basato sul

fatto che la soluzione interna

alle piastre presenta un

punto di fusione-

congelamento costante

(l’eutettico). Nella notte la

soluzione viene congelata e

durante il giorno sottrae

calore all’ambiente fino a

fusione.

PerchPerchéé si mette il sale (si mette il sale (NaClNaCl) sulle strade ) sulle strade

in inverno per evitare la formazione di in inverno per evitare la formazione di

ghiaccio? ghiaccio?

Tmelt ice = 0°C

Tmelt NaCl= 804°C

Tmelt (ice+NaCl)= -21.3°C

TRASFORMAZIONE PERITETTICA

Al raffreddamento:Al raffreddamento: αα + L + L ��������ββ

TRASFORMAZIONE PERITETTICA

L

α+L

β+L

α

βα+ β

TfB

TfA

A (100%) B (100%)

Liquidus

Solidus

Solvus

TRASFORMAZIONE PERITETTICA

ββββ ↔↔↔↔ αααα+L

PUNTO PUNTO

PERITETTICOPERITETTICO

• Il diagramma ècaratterizzato da una trasformazione peritettica nel corso della quale, al riscaldamento, una soluzione solida β di composizione p si trasforma, alla temperatura peritetticaTP, costante, in una soluzione solida α a massima concentrazione in B e in un liquido di composizione c.

Trasf. PERITETTICA (INVARIANTE)

ααααd + liqc ↔↔↔↔ ββββp a Tp

DIAGRAMMA DI STATO PERITETTICO

L

α+L

β+L

α

βα+ β

TfB

TfA

A (100%) B (100%)

TfA

Completamente

liquido

Solidifica il primo

cristallo di αααα

αααα Reagisce

completamente con

il liquido per dare ββββ

• Se si raffredda un liquido di composizione M alla temperatura T1 si separa il primo cristallo di α di composizione b.

RAFFREDDAMENTO COMPOSIZIONE IPO-PERITETTICA

•Fra T1 e TP la composizione del solido α e del liquido variano lungo le linee bd e ac.

•A TP ha luogo la trasformazione peritettica nel corso della quale tutto il liquido c reagisce con parte di α

(di composizione d)

per dare la soluzione solida β di composizione p. β

α + β

β

β + liq.

α + liq.

RAFFREDDAMENTO COMPOSIZIONE IPO-PERITETTICA 2

•Scomparsa l’ultima goccia di liquido la temperatura riprende a scendere e le composizioni delle fasi α e βvariano lungo le linee df e pg.

•Alla temperatura dell’ascissa la percentuale di fase αè data da Mg/fg·100 e la percentuale della fase β è data da fM/fg·100.

RAFFREDDAMENTO COMPOSIZIONE IPO-PERITETTICA 3

•Se si raffredda un liquido di composizione D si separa per primo, alla temperatura T2 , un cristallo di fase α di composizione h.

•Alla temperatura TP

tutta la fase α reagisce con parte del liquido c per dare la fase β di composizione peritettica p.

β

RAFFREDDAMENTO COMPOSIZIONE IPER-PERITETTICA

•Scomparsa la fase α la temperatura riprende a scendere finché, alla temperatura T3, tutto il sistema è solidificato sotto forma di fase β.

RAFFREDDAMENTO COMPOSIZIONE IPER-PERITETTICA 2

Soluzioni Solide Intermedie:Soluzioni Solide Intermedie:

Non si trovano agli estremi del diagramma di stato, ma al centro e

presentano struttura cristallina diversa da quella degli elementi puri e

composizione variabile entro un certo range.

ALTRE FASI: SOLUZIONI INTERMEDIE

Composti Intermetallici Composti Intermetallici � Nel caso in cui le due sostanze siano

metalli.

ALTRE FASI: COMPOSTI INTERMEDI

Hanno composizione fissa e gli atomi disposti in modo ordinato

La possibilitLa possibilitàà di esistenza delle soluzioni solide intermedie e dei di esistenza delle soluzioni solide intermedie e dei

composti dipende da fattori dimensionali, di valenza, di composti dipende da fattori dimensionali, di valenza, di

concentrazione elettronica, di elettronegativitconcentrazione elettronica, di elettronegativitàà..

Composti con elementi interstiziali.Composti con elementi interstiziali.Contengono metalli + atomi di piccole dimensioni (H , B , C , N) in posizione

interstiziale.

Presentano alcune caratteristiche metalliche come lucentezza e conduttività, ma

presentano legami covalenti (elevata durezza e l'alto punto di fusione).

Sostanza: TiC ZrC NbC TaC TiN ZrN NbN TaN

Temperatura di fusione: °C 3150 3530 3500 3900 2940 2980 2200 3087

COMPOSTO A FUSIONE CONGRUENTE

Congruente Congruente �������� Il liquido che si forma alla fusione ha la stessa Il liquido che si forma alla fusione ha la stessa

composizione del solido di partenzacomposizione del solido di partenza

Un compostocomposto si differenzia da una soluzione solida perché ad esso corrisponde una formula chimica ben definitaformula chimica ben definita

Esempio di diagramma di stato con composto a fusione congruente: diagramma Mg-Pb

COMPOSTO A FUSIONE CONGRUENTE 2

COMPOSTO A FUSIONE INCONGRUENTE

•Se si raffredda un liquido di composizione M alla temperatura T1 cominciano a separarsi cristalli di B di deposizione primaria; il processo continua fino alla temperatura TP mentre la composizione del liquido raggiunge il punto a.

SOLIDIFICAZIONE conCOMPOSTO A FUSIONE INCONGRUENTE

•A TP costante tutto il liquido di composizione a reagisce con una parte del solido B per dare il composto AmBn; a trasformazione conclusa sono presenti le due fasi solide AmBn e B.

•La percentuale di AmBn è data da [MB/(AmBnB)]·100; quella di B da [(AmBnM)/(AmBnB)]·100.

SOLIDIFICAZIONE conCOMPOSTO A FUSIONE INCONGRUENTE 2

•Se si raffredda un liquido di composizione D alla temperatura T2

comincia a formarsi B solido che , alla temperatura TP, reagisce tutto con una parte del liquido di composizione a per dare il composto AmBn.

SOLIDIFICAZIONE conCOMPOSTO A FUSIONE INCONGRUENTE 3

•Conclusa la trasformazione, il liquido a e il solido AmBn sono presenti nelle seguenti proporzioni: percentuale di liquido a = fp/ap·100; percentuale di solido AmBn = af/ap·100.

SOLIDIFICAZIONE conCOMPOSTO A FUSIONE INCONGRUENTE 4

•Tra la temperatura TP e quella eutettica TE , dal liquido continua a separarsi il composto AmBnmentre la composizione del liquido varia lungo la curva aE.

SOLIDIFICAZIONE conCOMPOSTO A FUSIONE INCONGRUENTE 5

B

•Alla temperatura TE, costante, dal liquido eutettico di composizione E si separano contemporaneamente cristalli fini (lamellari/globulari) di A e di AmBn.

SOLIDIFICAZIONE conCOMPOSTO A FUSIONE INCONGRUENTE 6

B

DIAGRAMMI DI STATO REALI:DIAGRAMMI DI STATO REALI:

IL DIAGRAMMA FERROIL DIAGRAMMA FERRO--CARBONIOCARBONIO

TRASFORMAZIONE EUTETTOIDICATRASFORMAZIONE EUTETTOIDICA

EUTETTOIDE EUTETTOIDE –– solidificazionesolidificazione

LEGA IPOLEGA IPO--EUTETTOIDICA EUTETTOIDICA –– solidificazionesolidificazione

LEGA IPERLEGA IPER--EUTETTOIDICA EUTETTOIDICA –– solidificazionesolidificazione

DIAGRAMMI DI STATO REALI: BRONZI

CURVE DI RAFFREDDAMENTOCURVE DI RAFFREDDAMENTO

A+L

L

A+B

B+L

TfB

TfA

A

(100%)

B

(100%)

COMPONENTE PURO (e.g. A)COMPONENTE PURO (e.g. A)

T

Time

TRASFORMAZIONE DI FASE

CURVE DI RAFFREDDAMENTOCURVE DI RAFFREDDAMENTO

A+L

L

A+B

B+L

TfB

TfA

A

(100%)

B

(100%)

LEGA IPOLEGA IPO--EUTETTICAEUTETTICA

T

Time

BREAK

CURVE DI RAFFREDDAMENTOCURVE DI RAFFREDDAMENTO

A+L

L

A+B

B+L

TfB

TfA

A

(100%)

B

(100%)

LEGA EUTETTICALEGA EUTETTICA

T

Time

TRASFORMAZIONE EUTETTICA