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 %)

•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

Diagramas de Equilibrio de las FasesPara estudiar las aleaciones

Aleación es una “mezcla” de un metal con otros metales o no metales.

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 FCCTemp fusión= 960ºCR at.= 1.65Å

Au Estructura FCCTemp fusión= 1064ºCR at.= 1.74Å

940ºC

1064ºC

Ag (pura)

Au (puro)Temp

tiempo

Temp. constante

Ag Estructura FCCT fusión= 960R at.= 1.65Å

Au Estructura FCCT fusión= 1064R at.= 1.74Å

940ºC

1064ºC

Ag (pura)

Au (puro)

Ag75Au25

Ag25Au75Temp

tiempo

Ag Estructura FCCT fusión= 960R at.= 1.65Å

Au Estructura FCCT fusión= 1064R at.= 1.74Å

Ag50Au5050% y 50%(AgAu)

Curva de enfriamiento de un elemento puro en función del tiempo

Temperatura

Tiempo

Líquido

Líquido y sólido

Sólido

Cuando comienza a solidificar la temperatura se mantiene constante.

Tiempo

Líquido

Líquido y sólido

Sólido

Tem

pera

tura

Curva de enfriamiento para una sustancia que posee dos componentes o elementos y una dada composición

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 composicion es el elemento puro A tiene menor temperatura de fusión q ue el elemento B

Elemento A puro curva tiene un plato

Elemento B puro curva tiene un plato

Tem

p

A B

50% B0% B 100% B

Diagrama Temperatura-Composición

Tem

p

A B

m n o

Solución Sólida

CQcaLiq~35%B

CQcasol ~10%B

CQcaLiq~60%B

CQcasol~20%B

50% B0% B 100% B

Solidus: por encima de esta curva (temperatura)todo está sólido

Liquidus: por encima de esta curva (temperatura)todo está líquido

Cqca?

Cqca?22%B

=22%B

Primera región solidificada

Borde de grano. Última región solidificada

C1

C2 Tem

p

C1 C2 C3 C4 C5

Liquidus

SolidusC3

C4

C5

Tem

p

A B

m n o

%40100mo

no Sól% ≈×=

%60100mo

mn Líq% ≈×=

Solución Sólida

¿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

Tem

p

A B

Tem

p

A B

Tem

p

A B

Tem

p

A B

Cu 90 Ni 10

Cu 30 Ni 70

Al82% Si18%

Tem

p

A B

Matriz = ¿α ó β?

Dispersión = ¿α ó β?

α β

%β %α

Eutéctico

Tem

p

A B

Matriz = ¿α ó β?

Dispersión = ¿α ó β?

α β

%β %α

% Sol. Sól β% Eutécticoα+ β

Eutéctico

Tem

p

A B

α β

Eutéctico

~10% de β

Pb Sn plomo estaño

Compuesto intermetálico

Tem

p

A B

α

β

α

Peritéctico puroSolución Sólida

α + líquido

α + β

Líquido

β + Liq

α

β

Líquido

Tem

p

A B

α

β

Peritéctico puroSolución Sólidaα

β

Tem

p

A B

α

β

α Peritéctico incompletoExceso de Sólido

β

α

Tem

p

A B

α

β

β

Peritéctico puroCambio Alotrópico

Curvas de cambio alotrópico

α

Tem

p

A B

α

Peritéctico puroIntermetálico

β

AnBm

α

AnBm

Tem

p

A B

α

Peritéctico + Eutéctico

AnBm

AnBm + BA + AnBm

P

E

Tiempo

Tem

p

A B

E’

líquido

δ

δ + Líq

α + β

β + δα + δα β

Tem

p

α

AnBm + BA + AnBm

P’E’

A B

γ

Diagrama CuZn

Cu70% Zn30%

Cu55% Zn45 %

Cu 80 Sn 20

FeFe3C

Líquido

γ

δ

α

γ + Fe3C

α + Fe3CE’

P

721°C

1130°C

0.023 0.8

768°C

1535°C

2 4.25

Diagrama Metaestable Fe-Fe 3C

Diag. EstableFe-C

F e

γ

δ

α

γ + F e 3 C

α + F e 3 CE ’

P

7 2 1 ° C

1 1 3 0 ° C

0 . 0 2 3 0 . 8

1 5 3 5 ° C

2

δ

Fe

γ

α

γ + Fe3C

α + Fe3CE’

721°C

0.023 0.8 2

αFe3C

S. Sól. Eutect.

F e

γ

δ

α

γ + F e 3 C

α + F e 3 CE ’

P

7 2 1 ° C

1 1 3 0 ° C

0 . 0 2 3 0 . 8

1 5 3 5 ° C

2

FeFe3C

Líquido

γ

δ

α

γ + Fe3C

α + Fe3CE’

P

721°C

1130°C

0.023 0.8

768°C

1535°C

2 4.25

γ

Fe3C

Perlita (α + Fe3C)Matriz: Fe3C

Dispersión: γ

Dispersión: Perlita

Ledeburita

Ledeburita Transformada

Diagrama Metaestable Fe-Fe 3C

Componenteso Elementos

Fases Constituyentes

Diagrama Metaestable Fe-Fe 3C

Componenteso Elementos:

Fases:

γδαFe3C

Fe Fe3C

γ

δ

αγ + Fe3C

α + Fe3C

Fe 6,66% C

Fe

C

Diagrama Metaestable Fe-Fe 3C

Constituyentes:

(nos dan una ideade cómo estanentremezcladaslas fases; causade las propiedadesmecánicas)

γ

δ

αFe3C

Perlita (α+Fe3C)

Ledeburita (γ+Fe3C)

LedeburitaTransformada

Const.Bifásicos

Const.Monofásicos

(α+Fe3C)

FeFe3C

Líquido

γ

δ

αγ + Fe3C

α + Fe3C

P

721°C

1130°C

0.023 0.8

768°C

1535°C

2 4.25

Aceros Fundiciones

Led. + Fe3C (1°)

Led. T. + Fe3C

γ + Led.+ Fe3C 2°

γ + Fe3C 2°

Per. + Led.+ Fe3C 2°

Per. + Fe3C 2°α + Per

Estructuras Metalográficas

•De tipo eutécticas

•Compuestos intermetálicos

•Martensíticas (2°parte de la materia)

Eutectoides

Eutécticos

•De nucleación y crecimiento

Soluciones Sólidas

Metales puros