MATERIALES INDUSTRIALESTRABAJO COLABORATIVO 2

TUTOR:DIEGO ALEJANDRO ALARCON.

PRESENTADO POR:PEDRO JOSE PADILLA RABACE

GRUPO:256599_53INGENIERIA INDUSTRIAL

UNAD VIRTUAL CEAD BARRANQUILLABARRANQUILLA

29 de septiembre de 2015

Trabajo individual:

1. Diagramas de fases y cambios de estado.

Explique detalladamente dos diagramas de fase binarios de materiales industriales como metales, polmeros, cermicos, compuestos etc. Determine la composicin qumica de las fases y las cantidades relativas de cada una de ellas.

Diagrama de fase del Ni Ti

La aleacin NiTi que exhibe memoria de forma superelasticidad tiene una composicin aproximadamente equiatmica que oscila en un rango de 48 a 58% at. de Ni y por lo tanto constituye la regin central del diagrama de fases limitado por otras dos fases estables, Ti2Ni y TiNi3 que aparecen como resultado de la descomposicin eutectoide de la fase TiNi a 630 C, la cual, an no ha sido verificada y por lo tanto se muestra como una lnea puntada en el diagrama.

Tambin se observa que el lmite entre la fase TiNi y la fase enriquecida de titanio (Ti2Ni) es casi vertical, mientras que el lmite con la fase enriquecida en nquel (TiNi3) decrece de forma significativa con la temperatura reduciendo el rango de solubilidad de la fase TiNi hasta ser casi despreciable por debajo de los 500C.

De esta forma cualquier desviacin de la composicin equiatmica conduce a la formacin de estos precipitados que acompaaran a la fase TiNi.

Se hace necesario el diseo de un tratamiento trmico de envejecimiento para el control del tipo, tamao y distribucin de los precipitados permitiendo ajustar las temperaturas de transformacin y mejorar las caractersticas de memoria de forma y superelasticidad. Tambin se deben considerar otras fases intermedias de carcter meta estables (Ti3Ni4, Ti2Ni3) observables en funcin de las condiciones del tratamiento (temperatura y tiempo de envejecido), teniendo en cuenta que la transformacin difusional conduce a la fase de equilibrio TiNi3, en el siguiente orden de precipitacin:

NiTi NiTi + Ti3Ni4 NiTi +Ti2Ni3 NiTi + TiNi3

1. DIAGRAMA COBRE-NIQUEL

Los diagramas se compones de la aleaciones estas aleaciones Son una mezcla slida homognea, de uno o ms metales con algunos elementos no metlicos. Se puede observar que las aleaciones estn constituidas por elementos metlicos en estado elemental (estado de oxidacin nulo), por ejemplo Fe, Al, Cu, Ni Pb... Para su fabricacin en general se mezclan los elementos llevndolos a temperaturas tales que sus componentes fundan. Las aleaciones presentan brillo metlico y alta conductividad elctrica y trmica, aunque usualmente menor que los metales puros.

Las propiedades fsicas y qumicas son, en general, similares a la de los metales, sin embargo las propiedades qumicas tales como dureza, ductilidad, tenacidad etc. pueden ser muy diferentes, de ah el inters que despiertan estos materiales, que pueden tener los componentes de forma aislada. Las aleaciones no tienen una temperatura de fusin nica, dependiendo de la concentracin, cada metal puro funde a una temperatura, coexistiendo simultneamente la fase lquida y fase slida como se puede apreciar en los diagramas de fase anteriormente vistos. Actualmente de estudia en las aleaciones porque pueden presentar propiedades muy importantes en la industria y como vemos una de las aleaciones importantes utilizadas es la aleacin Cu-Ni esta aleacin.

Los elementos como el cobre y nquel tienen solubilidad total tanto en estado lquido como slido. En el diagrama de la figura 1 se muestra el diagrama de fases de este sistema en el que se representa la composicin qumica de la aleacin en tanto por ciento en peso en abscisas y la temperatura en C en ordenadas. Este diagrama se ha determinado bajo condiciones de enfriamiento lento y a presin atmosfrica y no tienen aplicacin para aleaciones que sufren un proceso de enfriamiento rpido. El rea sobre la lnea superior del diagrama, lnea de lquidus, corresponde a la regin en la que la aleacin se mantiene en fase lquida. El rea por debajo de la lnea inferior, lnea slidus, representa la regin de estabilidad para la fase slida. Entre ambas lneas se representa una regin bifsica en la que coexisten las fases lquida y slida. La cantidad de cada fase presente depende de la temperatura y la composicin qumica de la aleacin.

Para una determinada temperatura puede obtenerse aleaciones totalmente en fase slida, en fase (slida + lquida) y en fase totalmente lquida segn la proporcin de sus componentes. De la misma manera, para una determinada proporcin de la mezcla, se puede definir una temperatura por debajo de la cual toda la aleacin se encuentre en fase slida, un intervalo de temperaturas en donde la aleacin se encuentre en dos fases (slida y lquida) y una temperatura a partir de la cual toda la aleacin est lquida.

El diagrama bifsico del sistema cobre-nquel (Figura 1) quizs es el de ms fcil comprensin e interpretacin. Como anteriormente habamos nombrado los ejes, el de las ordenadas que representa la temperatura, y en el de abscisas la composicin en peso (abajo) y el porcentaje atmico (arriba) de la aleacin de nquel. La composicin vara desde el 0% en peso de Ni (100% de Cu) en el extremo izquierdo horizontal hasta el 100% en peso de Ni (0% de Cu) en el derecho.

La zona lquido L es una disolucin lquida homognea compuesta por cobre y nquel. La fase es una disolucin slida sustitucional, de tomos de cobre y de nquel, de estructura cristalina FCC. A temperaturas inferiores a 1080C el cobre y el nquel son mutuamente solubles en estado slido en cualquier composicin.

Esto se puede explica porque Cu y Ni tienen la misma estructura cristalina (FCC), radios atmicos y electronegatividades casi idnticos y valencias muy similares, lo podemos observar en la tabla peridica. Otro concepto importante para tener en cuenta es que el sistema cobre-nquel se denomina isomorfo debido a las solubilidades totales de los dos componentes en estados slido y lquido.

Las lneas slidas (slidus) y lquidas (lquidus) de la (Figura 2), interceptan en los dos extremos de la composicin y corresponden a las temperaturas de fusin de los componentes puros. Las temperaturas de fusin del cobre y del nquel puros son de 1085C y 1455C, respectivamente. El calentamiento del cobre puro significa desplazamiento vertical a lo largo del eje izquierdo de la temperatura.

El cobre permanecer slido hasta llegar a la temperatura de fusin. La transformacin slido a lquido tiene lugar a la temperatura de fusin, que permanece constante hasta que termina la transformacin.

Reiterando lo anterior para otra composicin distinta de la de los componentes puros, ocurre el fenmeno de la fusin en un tramo de temperaturas comprendido entre las lneas slidas y lquidas. En este tramo permanecen en equilibrio las fases slido y lquido.

Por ejemplo, calentando una aleacin de 50% en peso de Ni y 50% en peso de Cu (Figura 2.a), empieza a fundir a unos 1280C y la proporcin de lquido aumenta al incrementar la temperatura hasta llegar a los 1320C, en que la aleacin funde totalmente.

Ahora Interpretaremos los diagramas de fases de la (Figura 2) para un mayor entendimiento.

Conociendo la composicin y la temperatura de equilibrio, los sistemas binarios o bifsicos suministran la siguiente informacin:(1) las fases presentes,(2) la composicin de cada fase(3) la fraccin o porcentaje de cada fase. El procedimiento empleado para realizar estas determinaciones se desarrollar en el sistema cobre-nquel.

Este procedimiento se volver relativamente fcil para conocer las fases presentes. Se localiza en el diagrama el punto definido por la temperatura y la composicin y se identifican las fases presentes en este campo.

Ejemplos de anlisis

Ejemplo 1:

El punto A de la Figura 1.a representa una aleacin de 60% en peso de Ni y 40% en peso de cobre a 1100C; puesto que este punto se encuentra en la regin monofsica, slo estar presente la fase fase slida.

Ejemplo 2:

Una aleacin de 35% en peso de Ni y 65% en peso de Cu a 1250C (punto B) consistir en la fase a en equilibrio con la fase lquida.

En la aleacin 35% en peso Ni y 65% Cu, de la (Figura 2.b), a 1250C, existen las fases y lquido. La dificultad radica en calcular la proporcin de ambas. El segmento de recta de reparto se ha trazado para determinar las composiciones de las fases y lquido. La composicin global de la aleacin est localizada en el punto Co de este segmento: las fracciones de las masas de las fases presentes estn representadas por WL y W, La fraccin WL se calcula mediante la regla de la palanca.

REGLA DE LA PALANCA

Esta frmula matemtica consiste en encontrar las cantidades de % de sustancia en los diagramas de fases, Estas cantidades normalmente se expresan como porcentaje del peso (% peso), y es vlida para cualquier diagrama de fase binario.

La regla de la palanca da a conocer la composicin de las fases y es un concepto comnmente utilizado en la determinacin de la composicin qumica real de una aleacin en equilibrio a cualquier temperatura en una regin bifsica.

En regiones de una sola fase, la cantidad de la fase simple es 100%. En regiones bifsicas se deber calcular la cantidad de cada fase. Y la tcnica es hacer un balance de materiales.

Para calcular las cantidades de lquido y de slido, se construye una palanca sobre la isoterma con su punto de apoyo en la composicin original de la aleacin (punto dado). El brazo de la palanca, opuesto a la composicin de la fase cuya cantidad se calcula se divide por la longitud total de la palanca, para obtener la cantidad de dicha fase.Si como en el ejemplo del diagrama estamos a una temperatura T1 y con una composicin del sistema X1% de B tendremos una mezcla de dos fases, L y S (lquido y slido), determinaremos la composicin qumica de cada una y sus cantidades relativas. As: Habr en la fase L (lquido) a T1, un X2% en peso de B y (1- X2 ) % de A. La composicin de la fase S (slido) a T1 ser de un X3% de B y un (1 X3 )% de A.Para determinar las cantidades relativas de L (lquido) y S (slido) que hay a una temperatura y composicin prefijadas usaremos la regla de la palanca:

Para cualquier composicin y temperatura

Evidentemente:% de L + % de S = 100%

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Fundamentos de la ciencia e ingeniera de materiales. Willian F. Smith, Cuarta Ed. Caracterizacin de una aleacin con memoria nquel titanio recuperado de http://repositorio.uis.edu.co/jspui/bitstream/123456789/1450/2/122064.pdf Regla de la palanca y composicin qumica de las fases recuperado de http://www.uam.es/docencia/labvfmat/labvfmat/practicas/practica1/palanca_archivos/palanca.htm