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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 %)
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•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.
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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.
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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
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Ag Estructura FCCTemp fusión= 960ºCR at.= 1.65Å
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Au Estructura FCCTemp fusión= 1064ºCR at.= 1.74Å
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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
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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)
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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.
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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
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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
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Tem
p
A B
50% B0% B 100% B
Diagrama Temperatura-Composición
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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
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Primera región solidificada
Borde de grano. Última región solidificada
C1
C2 Tem
p
C1 C2 C3 C4 C5
Liquidus
SolidusC3
C4
C5
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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.
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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
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Tem
p
A B
Tem
p
A B
Tem
p
A B
Tem
p
A B
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Cu 90 Ni 10
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Cu 30 Ni 70
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Al82% Si18%
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Tem
p
A B
Matriz = ¿α ó β?
Dispersión = ¿α ó β?
α β
%β %α
Eutéctico
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Tem
p
A B
Matriz = ¿α ó β?
Dispersión = ¿α ó β?
α β
%β %α
% Sol. Sól β% Eutécticoα+ β
Eutéctico
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Tem
p
A B
α β
Eutéctico
~10% de β
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Pb Sn plomo estaño
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Compuesto intermetálico
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Tem
p
A B
α
β
α
Peritéctico puroSolución Sólida
α + líquido
α + β
Líquido
β + Liq
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α
β
Líquido
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Tem
p
A B
α
β
Peritéctico puroSolución Sólidaα
β
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Tem
p
A B
α
β
α Peritéctico incompletoExceso de Sólido
β
α
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Tem
p
A B
α
β
β
Peritéctico puroCambio Alotrópico
Curvas de cambio alotrópico
α
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Tem
p
A B
α
Peritéctico puroIntermetálico
β
AnBm
α
AnBm
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Tem
p
A B
α
Peritéctico + Eutéctico
AnBm
AnBm + BA + AnBm
P
E
Tiempo
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Tem
p
A B
E’
líquido
δ
δ + Líq
α + β
β + δα + δα β
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Tem
p
α
AnBm + BA + AnBm
P’E’
A B
γ
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Diagrama CuZn
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Cu70% Zn30%
Cu55% Zn45 %
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Cu 80 Sn 20
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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
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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
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Fe
γ
α
γ + Fe3C
α + Fe3CE’
721°C
0.023 0.8 2
αFe3C
S. Sól. Eutect.
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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
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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
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γ
Fe3C
Perlita (α + Fe3C)Matriz: Fe3C
Dispersión: γ
Dispersión: Perlita
Ledeburita
Ledeburita Transformada
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Diagrama Metaestable Fe-Fe 3C
Componenteso Elementos
Fases Constituyentes
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Diagrama Metaestable Fe-Fe 3C
Componenteso Elementos:
Fases:
γδαFe3C
Fe Fe3C
γ
δ
αγ + Fe3C
α + Fe3C
Fe 6,66% C
Fe
C
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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)
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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
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Estructuras Metalográficas
•De tipo eutécticas
•Compuestos intermetálicos
•Martensíticas (2°parte de la materia)
Eutectoides
Eutécticos
•De nucleación y crecimiento
Soluciones Sólidas
Metales puros