MATERIALES METALICOS2do Ingeniería Mecánica

Diagramas de Equilibrio de Fases

Ing. Víctor GómezUniversidad Tecnológica Nacional

Facultad Regional Tucumán

• 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.

• 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

•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

• * Solubilidad y soluciones sólidas• a) El Cu y Ni líquidos son totalmente solubles entr e 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 ap arece una segunda fase debido a la solubilidad limitada del Zn en el Cu.

• 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 peritectoideDiagrama de fases solubilidad total

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 form ada será una solución sólida sustitucional. Los dos metales tendrán generalmente el mismo tipo de estructura cristalina y diferirán en sus radios ató micos en menos del 8%.

REGLA DE LA PALANCA O DE SEGMENTOS INVERSOS

% Liquido = ( OS / LO + OS ) * 100 % Solido = ( LO / LO + OS ) * 100

DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO DE FASES• Microestructuras:

Diagrama de fase binario con eutécticoSolubilidad total en estado líquido e insolubles en estado sólidoCada 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

• Microestructuras en diagrama de Solubilidad parcial

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.

Evolución de la microestructura durante el enfriami ento lento de una composición Hipereutéctica y una Hipoeutectoide

Curva esquemática de enfriamiento Temperatura – Tiem po, de una aleación de 60% Pb y 40% Sn

Reacciones en los Diagramas de Fases