DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO BINARIOS

Presentación del tema: "DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO BINARIOS"— Transcripción de la presentación:

1 DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO BINARIOS
(Diagramas de fases)

2 Fase Una fase de un material, en términos de su microestructura, es una región que difiere en estructura y/o composición de otra región. Aleación polifásica Aleación monofásica

3 Una fase tiene las siguientes características:
Definición de Fase Parte de un sistema cuya composición (naturaleza y concentración de constituyentes) y organización atómica (estructura cristalina o amorfa) son fijas. Es decir, parte homogénea de un sistema cuyas características físicas y químicas son comunes. Una fase tiene las siguientes características: La misma estructura y ordenamiento atómico en todo el material. Tiene en general la misma composición y propiedades en su interior. Hay una interfase definida entre la fase y cualquiera de las otras fases circundantes.

4 Agua líquida Hielo Vapor de agua agua

5 Solución sólida: Fase sólida formada por la combinación de dos o más elementos que están atómicamente dispersos, formando una única estructura (fase) y de composición variable (por ser una solución, hay un rango de solubilidad). Solubilidad de soluciones sólidas: Solubilidad total (completa) Solubilidad parcial o limitada Insolubilidad total

6 a) Solubilidad total b) solubilidad limitada c) insolubilidad total

7 Solubilidad del azúcar en un jarabe de agua azucarada
Límite de solubilidad Para una temperatura específica, existe una concentración máxima de átomos de soluto que se disuelven en el disolvente para formar una solución sólida. Solubilidad del azúcar en un jarabe de agua azucarada

8 Tipos de soluciones sólidas
Solución sólida sustitucional: los átomos de B ocupan posiciones de la red A Solución sólida intersticial: los átomos B ocupan posiciones intersticiales de la red A

9 Solución sólida sustitucional:
En las soluciones sólidas sustitucionales, los átomos de soluto sustituyen en términos de posición, a los átomos de la matriz. Para que un sistema de aleación, como el de Cu-Ni, tenga solubilidad sólida ilimitada, deben satisfacerse ciertas condiciones conocidas como las Reglas de Hume- Rothery: El radio atómico de cada uno de los dos elementos no debe diferir en más del 15%,para minimizar la deformación de la red. Los elementos no deben formar compuestos entre sí. Es decir, no debe haber diferencias apreciables en la electronegatividad de cada elemento. Los elementos deben tener la misma valencia. La estructura cristalina de cada elemento de la disolución sólida debe ser la misma

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11 Diagramas de fases Son representaciones gráficas de las fases que están presente en un sistema de materiales a varias temperaturas, presiones y composiciones. De los diagramas de fases se puede obtener la siguiente información: Mostrar que fases están presentes a diferentes composiciones y temperaturas Determinar la temperatura a la cual una aleación enfriada bajo condiciones de equilibrio comienza a solidificar y el rango de temperatura en el que se presenta la solidificación. Conocer la temperatura a la cual fases diferentes comienzan a fundir.

12 Un diagrama de fases muestra las fases y sus composiciones en cualquier combinación de temperatura y composición de la aleación. Se tienen 3 tipos de diagramas: Tipo I: Solubilidad total al estado sólido y liquido Tipo II: Solubilidad total al estado liquido e insolubilidad al estado sólido Tipo III: Solubilidad total al estado liquido y solubilidad parcial al estado sólido.

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14 Tipo I: Solubilidad total al estado sólido y liquido

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16 Temperatura liquidus y solidus
Fases presentes Composición de cada fase Cantidad de cada fase (regla de la palanca) Solidificación de aleaciones

17 Temperatura liquidus y solidus
La temperatura liquidus o de líquido se define como aquella arriba de la cual un material es totalmente líquido. La temperatura solidus o de sólido, es aquella por debajo de la cual esa aleación es 100% sólida La diferencia de temperaturas entre la de líquido y la de sólido es el intervalo de solidificación de la aleación

18 b) Fases presentes El diagrama de fases puede considerarse como un mapa de caminos; si se conocen las coordenadas, temperatura y composición de la aleación, se pueden determinar las fases que se encuentren presentes.

19 c) Composición de cada fase
Cada fase presente en una aleación tiene una composición, expresada como el porcentaje de cada elemento en la fase. Cuando se encuentra presente sólo una fase en la aleación, la composición de la fase es igual a la composición general de la aleación. Cuando coexisten dos fases, como líquido y sólido, la composición de ambas difiere de la composición general original. Usualmente la composición está expresada en porcentaje en peso.

20 c) Composición de cada fase
Se utiliza una línea de enlace o isoterma para determinar la composición de las dos fases Una línea de enlace o isoterma es una línea horizontal en una región de dos fases, que se traza a la temperatura de interés. Los extremos de la isoterma representan la composición de las dos fases en equilibrio.

21 d) Cantidad de cada fase (regla de la palanca)
Conocer las cantidades relativas de cada fase presentes en la aleación Considere el diagrama de fases del cobre-níquel y la aleación de composición C0 a 1250°C, donde C y CL representan la concentración de níquel en el sólido y en el líquido y W y WL las fracciones de masa de las fases presentes.

22 La deducción de la regla de la palanca se fundamenta en dos expresiones de conservación de la masa:
En primer lugar, tratándose de una aleación bifásica, la suma de las fracciones de las fases presentes debe ser la unidad: En segundo lugar, las masas de los componentes (Cu y Ni) deben coincidir con la masa total de la aleación Las soluciones simultáneas de estas dos ecuaciones conducen a la expresión de la regla de la palanca para esta situación particular

23 En general, la regla de la palanca se puede enunciar como:
Se puede aplicar la regla de la palanca en cualquier región de dos fases de un diagrama de fases binario. Se utiliza para calcular la fracción relativa o porcentual de una fase en una mezcla de dos fases. Los extremos de la palanca indican la composición de cada fase (es decir, la concentración química de los distintos componentes)

24 Tipo II: Solubilidad total al estado liquido e insolubilidad al estado sólido
Técnicamente no existe ningún par de metales que sean totalmente insolubles uno en otro. Sin embargo, en algunos casos la solubilidad es tan limitada que prácticamente pueden considerarse como insolubles.

25 El punto de intersección de las líneas liquidus, se denomina punto eutéctico.
La temperatura correspondiente a este punto, se llama temperatura de solidificación del eutéctico La composición 40%A-60%B, correspondiente a este punto, se conoce como composición eutéctica.

26 Cuando el líquido de composición eutéctica se enfría lentamente hasta la temperatura eutéctica, la fase líquida se transforma simultáneamente en dos fases sólidas. Esta transformación se conoce como reacción eutéctica y se escribe:

27 Diferentes microestructuras de enfriamiento lento de composición eutéctica

28 Aleación 1: aleación eutéctica
Aleación 3: aleación hipoeutéctica Aleación 2: aleación hipereutéctica

29 a) Microestructura enfriamiento lento Aleación 1

30 b) Microestructura enfriamiento lento Aleación 2

31 c) Microestructura enfriamiento lento Aleación 3

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33 Tipo III : Totalmente soluble al estado líquido y parcialmente solubles al estado sólido

34 Solvus: líneas llamadas curvas de solubilidad, indican la solubilidad máxima (solución saturada) de B en A (solución ) o de A en B (solución ) en función de la temperatura. El punto E, como en el tipo II, es el punto eutéctico Reacción eutéctica:

35 a) Aleaciones de solución sólida

36 b) Aleaciones que rebasan el límite de solubilidad

37 c) Aleaciones hipoeutécticas

38 d) Aleación eutéctica

39 Ejemplos: 1) 2)