DIAGRAMAS DE FASE Unidad No. 5

CONSTITUCIÓN DE LAS ALEACIONES Una aleación es una sustancia que tiene propiedades metálicas y está constituída por dos o más elementos químicos, de los cuales por lo menos uno es metal. Un sistema de aleación contiene todas las aleaciones que pueden formarse por varios elementos combinados en todas las proporciones posibles.

CONSTITUCIÓN DE LAS ALEACIONES Si el sistema se forma por dos elementos, se llama sistema de aleación binaria; si se forma por tres elementos, se denomina, sistema de aleación ternaria; etc. El número de aleaciones posibles es casi infinito.

CLASIFICACIÓN DE LAS ALEACIONES Pueden clasificarse de acuerdo con su estructura, en tanto que los sistemas de aleación completos pueden clasificarse sgún el tipo de su equilibrio o diagrama de Fase. Las aleaciones pueden ser homogéneas o mezclas. En el primer caso, constarán de una sola fase, y en el segundo serán una combinación de varias fases.

CLASIFICACIÓN DE LAS ALEACIONES

Solución Sólida Cualquier solución está constituida por dos partes: un soluto y un solvente. Consta de dos clases de átomos combinados en un tipo de red espacial. Solidifica entre un intervalo de temperatura. Hay dos tipos de soluciones sólidas: sustitucionales e intersticiales.

Solución Sólida Sustitucional Los átomos de soluto sustituyen átomos del solvente en la estructura reticular del solvente. Existen varios factores que controlan el intervalo de solubilidad en los sistemas de aleación (Hume-Rothery):

Factores (Hume-Rothery) Factor de la estructura del cristal.La solubilidad sólida completa o total de dos elementos jamás se logra, a menos que los elementos tengan el mismo tipo de estructura cristalina. Factor de tamaño relativo. Es favorable cuando la diferencia de radios atómicos es menor que el 15%.

Factores (Hume-Rothery) 3) Factor de afinidad química. Cuanto mayor afinidad química tengan dos metales, más restringida será su solubilidad sólida y mayor tendencia a formar compuestos. 4) Factor de valencia relativa. Un metal de menor valencia tiende a disolver más a un metal de mayor valencia que viceversa.

Solución Sólida Intersticial Se forman cuando átomos de pequeños radios atómicos se acomodan en los espacios o intersticios de la estructura reticular de los átomos solventes más grandes. Sólo los átomos con radios atómicos menores que un angstrom tendrán posibilidades de formar soluciones sólidas intersticiales.

Solución Sólida Intersticial Suelen tener una solubilidad muy limitada y generalmente son de poca importancia. El carbono en hierro es una notable excepción.

FASE INTERMEDIA DE ALEACIÓN También se le llama Compuesto, que son combinaciones de elementos con valencia positiva y negativa. Exhiben punto de fusión definido. Las fases intermedias de una aleación mas comunes son:

FASES INTERMEDIAS DE UNA ALEACIÓN Compuestos intermetálicos o de valencia. Formados por metales no similares químicamente. Compuestos intersticiales. Se forman por la unión entre los elementos de transición, con el hidrógeno, el oxígeno, el carbono, el boro y el nitrógeno. Compuestos electrónicos. Composición química que tiene una razón definida de número de electrones de valencia a número de átomos.

DIAGRAMA DE FASES Es un “mapa” de las fases a composiciones y temperaturas específicas. Con base en el diagrama de fases se puede prever qué composiciones de aleación tendrán probablemente buenas propiedades.

Tipo I. Dos metales completamente solubles en los estados líquido y sólido El único tipo de fase sólida formada será una solución sólida sustitucional. Los dos metales tendrán generalmente el mismo tipo de estructura cristalina. Diferirán en sus radios atómicos en menos del 8%.

Tipo I. Dos metales completamente solubles en los estados líquido y sólido

líquido sólido A + sólido B Tipo II. Dos metales completamente solubles en estado líquido y completamente insolubles en el estado sólido Desde el punto de vista técnico, dos metales no pueden ser completamente insolubles entre sí; sin embargo, en algunos casos, la solubilidad es tan restringida que para propósitos prácticos podrían considerarse como insolubles. Se genera la reacción eutéctica: líquido sólido A + sólido B

Tipo III. Dos metales completamente solubles en estado líquido pero sólo parcialmente solubles en el estado sólido Como la mayoría de los metales muestran alguna solubilidad de uno con otro en el estado sólido, este tipo es el más común y el más importante sistema de aleación. Se presenta la reacción Eutéctica. Hay una relacion lineal entre los constituyentes que aparecen en la microestructura y la composición de la aleación para un sistema eutéctico.

Tipo III. Dos metales completamente solubles en estado líquido pero sólo parcialmente solubles en el estado sólido

Tipo IV. La fase intemedia de fusión congruente Cuando una fase cambia en otra isotérmicamente y sin ninguna modificación en composición química, se dice que es un cambio de fase congruente. Considera la formación de una fase intermedia por fusión congruente.

Tipo V. La reacción peritéctica Un líquido y un sólido reaccionan isotérmicamente para formar un nuevo sólido al enfriarse: Líquido + sólido 1 sólido 2 Las aleaciones peritécticas siguen los mismos principios establecidos por las aleaciones eutécticas, con dos diferencias:

Tipo V. La reacción peritéctica Es más probable que las fases individuales sean diferentes que lo predicho para condiciones de equilibrio. Por lo general, el tamaño de grano de colada es grueso.

Líquido 1 líquido 2 + sólido Tipo VI. La reacción monotéctica. Dos líquidos parcialmente solubles en el estado líquido Es posible que sobre cierto intervalo de composición se formen dos soluciones líquidas no miscibles entre sí. Cuando un líquido forma otro líquido, más un sólido, en enfriamiento, se dice que hay una reacción monotéctica: Líquido 1 líquido 2 + sólido

Tipo VII. DOS METALES INSOLUBLES EN LOS ESTADOS LÍQUIDO Y SÓLIDO Cuando se enfrían, los dos metales parecen solidificar en sus puntos de congelación individuales en dos capas distintas, con una aguda línea de contacto y casi sin difusión.

TRANSFORMACIONES EN EL ESTADO SÓLIDO Alotrópía. Propiedad que presentan algunos metales pudiendo existir en más de un tipo de estructura critalina, dependiendo de la temperatura.

TRANSFORMACIONES EN EL ESTADO SÓLIDO Transformación orden-desorden. Al formarse una solución sólida del tipo sustitucional, los átomos de soluble están distribuidos al azar en la estructura reticular del solvente. Algunas veces estas soluciones si se enfrían lentamente, sufren un rearreglo de los átomos, donde los átomos de soluto se mueven en posiciones definidas.

TRANSFORMACIONES EN EL ESTADO SÓLIDO La reacción eutectoide. En este caso, una fase sólida se transforma, al enfriarse, en dos fases sólidas nuevas. Sólido 1 Sólido 2 + Sólido 3 La mezcla eutectoide es extremadamente fina.

TRANSFORMACIONES EN EL ESTADO SÓLIDO La reacción peritectoide. Ésta es una reacción medianamente común en el estado sólido y aparece en muchos sistemas de aleación. Sólido 1 + Sólido 2 Sólido 3 La nueva fase sólida suele ser una aleación intermedia, pero puede ser también una solución sólida.

TRANSFORMACIONES EN EL ESTADO SÓLIDO La reacción peritectoide tiene la misma relación a la reacción peritéctica que la eutectoide tiene a la eutéctica. Esencialmente, es el reemplazo de un líquido por un sólido.

TIPOS DE REACCIONES EN LOS DIAGRAMAS DE FASE