Diagramas de fases Aleación es una “mezcla” de un metal con otros metales o no metales. Componentes son los elementos químicos que forman la aleación Una aleación binaria está formada por dos componentes Una aleación se describe comenzando por los elementos que la componen y su concentración % en peso (Wt %) % atómico (At %)

Para estudiar las aleaciones Diagramas de Equilibrio de las Fases Para estudiar las aleaciones Aleación es una “mezcla” de un metal con otros metales o no metales. Fase: son las partes de una aleación con la misma composición e iguales propiedades físicas químicas. Para describir completamente una aleación es necesario conocer: Fases presentes Fracción en peso de cada fase Composición de cada fase Equilibrio es la condición del sistema en el que no se manifiesta ninguna tendencia al cambio. Variables de estado . Variables independientes de las cuales depende el estado del sistema. Temperatura, presión y composición

Un diagrama de equilibrio o más comúnmente llamado diagrama de fases es un diagrama Temperatura vs. Composición el cual muestra las fases presentes en condiciones de equilibrio.

Sistemas binarios característicos Solubles en estado líquido y en estado sólido Solubles en estado líquido e insolubles en estado sólido Solubles en estado líquido y parcialmente solubles en estado sólido Sistemas que forman compuestos intermetálicos

Ag Estructura FCC Temp fusión= 960ºC R at.= 1.65Å

Au Estructura FCC Temp fusión= 1064ºC R at.= 1.74Å

Temp Au (puro) 1064ºC 940ºC Temp. constante tiempo Ag (pura)

Ag25Au75 Temp Ag75Au25 1064ºC 940ºC Au (puro) tiempo Ag (pura) 8

Curva de enfriamiento de un elemento puro en función del tiempo Cuando comienza a solidificar la temperatura se mantiene constante. Temperatura Tiempo Líquido Líquido y sólido Sólido

Curva de enfriamiento para una sustancia que posee dos componentes o elementos y una dada composición Tiempo Líquido Líquido y sólido Sólido Temperatura A diferencia del caso anterior el líquido y el sólido coexisten no solo a una temperatura sino que a un rango

Curva de enfriamiento para una sustancia que posee dos componentes o elementos para diferentes composiciones el elemento puro A tiene menor temperatura de fusión que el elemento B Elemento B puro curva tiene un plato Elemento A puro curva tiene un plato

Diagrama Temperatura-Composición B 0% B 50% B 100% B

Solución Sólida o n m Cqca? =22%B Cqca? 22%B CQcasol ~10%B CQcaLiq Liquidus: por encima de esta curva (temperatura) todo está líquido n o m Solidus: por encima de esta curva (temperatura) todo está sólido Cqca? 22%B CQcasol ~10%B CQcaLiq ~35%B CQcaLiq ~60%B CQcasol ~20%B 0% B 50% B 100% B

Primera región solidificada Liquidus C5 C4 C3 Solidus C2 C1 C1 C2 C3 C4 C5 Borde de grano. Última región solidificada

Solución Sólida n o m ¿Cuál es la proporción de fase sólida y de fase líquida que hay? Rta: Regla de la Palanca. Se aplica entre dos fases.

REGLAS DE HUME-ROTHERY Para obtener una solución sólida total               Las reglas de Hume-Rothery representan un conjunto de condiciones que deben cumplir las soluciones sólidas metálicas, para que tenga lugar la miscibilidad total entre las distintos componentes. Dichas reglas establecen que:     1.    La diferencia entre los radios atómicos debe ser inferior al 15 por 100.     2.    La electronegatividad (capacidad del átomo para atraer un electrón) debe ser similar.           3.    Los dos metales deben poseer la misma estructura cristalina.             Si no se cumple una o más de las reglas de Hume-Rothery, sólo es posible obtener solubilidad parcial

Cu 90 Ni 10

Cu 30 Ni 70

Al82% Si18%

Eutéctico Temp A B   % % Matriz = ¿ ó ? Dispersión = ¿ ó ?

Eutéctico Temp A B   % % % Eutéctico +  % Sol. Sól  Matriz = ¿ ó ? Dispersión = ¿ ó ?

Eutéctico Temp A B   ~10% de 

Pb Sn plomo estaño

Compuesto intermetálico

Peritéctico puro Solución Sólida  Líquido Temp A B   a + líquido b + Liq a + b

  Líquido

 Peritéctico puro Solución Sólida Temp A B   

Peritéctico incompleto Exceso de Sólido  Temp A B    

Peritéctico puro Cambio Alotrópico  Temp  Curvas de cambio alotrópico   A B

Peritéctico puro Intermetálico  Temp  AnBm  AnBm A B

Peritéctico + Eutéctico Temp  P E A + AnBm AnBm + B A AnBm B Tiempo

Temp A B E’ líquido d d + Líq a + b b + d a + d a b

 Temp  P’ E’ A + AnBm AnBm + B A B

Diagrama CuZn

Cu70% Zn30% Cu55% Zn45 %

Cu 80 Sn 20

   + Fe3C   + Fe3C 1535°C Diagrama Metaestable Fe-Fe3C Líquido P Diag. Estable Fe-C 1535°C Diagrama Metaestable Fe-Fe3C  Líquido P  1130°C  + Fe3C 768°C 721°C  E’  + Fe3C Fe 0.023 0.8 2 4.25 Fe3C



S. Sól. Eutect.  Fe3C

   + Fe3C   + Fe3C Fe Fe3C Líquido E’ P 721°C 1130°C 0.023 0.8 4.25

 Ledeburita Dispersión:  Fe3C Ledeburita Transformada Matriz: Fe3C Perlita Perlita ( + Fe3C)

Diagrama Metaestable Fe-Fe3C Componentes o Elementos Fases Constituyentes

      + Fe3C   + Fe3C Diagrama Metaestable Fe-Fe3C Fe Componentes o Elementos: Fe Fe3C     + Fe3C  + Fe3C    Fe3C Fases:

   Diagrama Metaestable Fe-Fe3C Constituyentes: Const. Monofásicos (nos dan una idea de cómo estan entremezcladas las fases; causa de las propiedades mecánicas) Perlita (+Fe3C) Ledeburita (+Fe3C) Ledeburita Transformada Const. Bifásicos (+Fe3C)

   + Led.   + Per Líquido P + Fe3C 2° Led. + Fe3C (1°) Per. + Fe3C 2° Per. + Led. + Fe3C 2° Led. T. + Fe3C Aceros Fundiciones  + Fe3C Fe 0.023 0.8 2 4.25 Fe3C

De nucleación y crecimiento Soluciones Sólidas Metales puros Eutectoides Eutécticos Estructuras Metalográficas De tipo eutécticas Compuestos intermetálicos Martensíticas (2° parte de la materia)