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7/31/2019 Presentacion Ciencia de Los Materiales
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Marcelo AguirreFabin GonzlezOscar Monroy seccin
DIAGRAMAS DE FASES
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Introduccin
La mayora de los elementos qumicosexistentes y las sustancias compuestas porellos, pueden existir en tres estados diferentes:liquido, solido y gaseoso. Esto depende
absolutamente de las condiciones detemperatura y presin en las que seencuentren. Para poder representar el transitoentre estos tres estados se utiliza el diagramade fase.
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PUNTOS PRINCIPALES:
-Curva verde
- Curva roja
- Curva azul
- Punto triple
- Punto critico
PROPIEDADES ANEXAS:
-Presin critica
- T critica
- Fluido sper critico.
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Reglas de las fases de Gibbs
Esta regla nos define los grados de libertad que posee elsistema dependiendo del tipo de variables que consideremos.
Establece la siguiente formula:
F=C-P+2
Siendo:
F numero de grados de libertad
C numero de componentes
P numero de fases presentes
2 es el numero de variables presentes en el sistema ( presin ytemperatura)
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Ejemplo de aplicacin
Para este ejemplo la variacin de la presin es despreciable.Diremos que p= 1atm y constante. Por lo tanto la formula variay queda as: F=C-P+1
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1. Si tenemos un metal puro y nos situamos en su punto defusin: C=1, P=2 (slido + lquido). As, F=0, con lo quepodemos deducir que el punto de fusin es un punto fijo que seda a una temperatura y presin fijas.
2. Si nos situamos en el punto donde coexisten dos fases: C=2,P=2, obtenemos que F=1. Tenemos un nico grado de libertad,
es posible mantener la microestructura de 2 fases mientras semodifica la temperatura del material (en un rango limitado).
3. Cuando nos situamos en la regin donde hay una sola fase auna composicin intermedia: C=2, P=1, es por esto que: F=2,tenemos dos grados de libertad, podemos variar tanto latemperatura como la composicin en un rango limitado
manteniendo la microestructura.
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Sistemas de aleaciones binarias isomorfas
Un diagrama de fases de este tipomuestra las fases y sus composicionespara cualquier combinacin detemperatura y composicin de la
aleacin. Cuando en la aleacin sloestn presentes dos elementos, sepuede elaborar un diagrama de fasesbinario. Se encuentran diagramas defases binarios isomorfos en variossistemas metlicos y cermicos. En lossistemas isomorfos, slo se forma una
fase slida; los dos componentes delsistema presentan solubilidad slidailimitada.
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Informacin que podemos obtener de los diagramas de fase:
1. Conocer que fases estn presentes a diferentescomposiciones y temperaturas bajo condiciones deenfriamiento lento (equilibrio).
2. Averiguar la solubilidad, en el estado slido y en el
equilibrio, de un elemento (o compuesto) en otro.
3. Determinar la temperatura a la cual una aleacinenfriada bajo condiciones de equilibrio comienza a solidificar yla temperatura a la cual ocurre la solidificacin.
4. Conocer la temperatura a la cual comienzan a fundirsediferentes fases.
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Diagrama cobre nquel
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Temperaturas de lquidus y de slidus:
La curva superior en el diagrama es la temperatura de lquidus. Se debe
calentar una aleacin por encima de lquidus para producir una aleacintotalmente lquida que pueda ser colocada para obtener un productotil. La aleacin lquida empezar a solidificarse cuando la temperaturase enfre hasta la temperatura de lquidus. La temperatura de slidus esla curva inferior. Una aleacin de este tipo, no estar totalmente slidahasta que el metal se enfre por debajo de la temperatura de slidus
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Regla de la palanca
La regla de la palanca es unaherramienta para determinar elporcentaje en peso de cada faseen un diagrama de fases binario.Se usa para determinar elporcentaje en peso de las faseslquida y slida de un sistema
binario composicin-temperaturaentre lquido y slido.
%en peso de fase solida
Xs= (Wo-Wl)/(Ws-Wl)
%en peso de fase liquida
Xl= (Ws-Wo)/(Ws-Wl)
Donde Wo es el porcentaje enpeso del elemento B en el sistema.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8e/Lever_rule.svg -
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Solidificacion de aleaciones fuera del equilibrio
Un proceso normal de enfriamiento se realiza en unos pocos minutos oa lo mas en unas pocas horas, por lo cual no se logran las condicionesde equilibrio.
Las fases fuera de equilibrio no se pueden estimar en un diagrama dehierro-carbono.
Se requiere de un diagrama adicional que considere el tiempo deenfriamiento del material.
- La difusion en el liquido siempre es alta (composicion calculada congran presicion) linea liquidus en equilibrio.
- En el solido la difusion es muy lenta (composicion del solido soloaproximada) linea solidus fuera del equilibrio.
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Consecuencias
- Distrbucion no uniforme dentro de los cristales producionsegregacion (composicion no homogenea de los granos).
- La parte central de cada grano se solidifica primero por tantoes rica en el elemento de alto punto de fusion (el niquel en elcaso de Ni-Cu).
- La concentracion del elemento de baja tde fusion va
aumentando desde el centro hacia el limite del grano.
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EUTECTICA:
LIQUIDO= SOLIDO + SOLIDO (dependiendo de la temperatura)
PERITECTICA:
SOLIDO + LIQUIDO= SOLIDO.
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REACCIONES EUTECTICAS: Transformacin de un liquido, con la composicinde dos fases solidas durante el enfriamiento.
REACCION EUTECTOIDE: Transformacion de un solido gama con la composicinde dos fases solidas durante el enfriamiento
REACCION PERITECTICAS: Transformacin de un solido beta y un liquido en un
solido inicia alfa durante el enfriamiento.
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PRODUCCION DE ACEROS Y FUNDICIONES DE HIERRO
Qu es el acero?
Aleacin de Hierro (98%) y carbono (2% max.)(Comun 0.2 a 0.3%)
Cundo se comenz a utilizar?
Ao 3.000 A.C. Aprox.
Sir Henry Bessemer en 1856 (Fsforo y Azufre)
Sir William Siemens en 1857 (Oxido de Hierro)
Reduccin con oxigeno inventado en Austria en 1948
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PRODUCCION DE ACEROS Y FUNDICIONES DE HIERRO
Caractersticas:
Densidad de 7850 Kg/m3
Punto de funcin : 1500C
Punto de ebullicin : 3000C
Es dctil (maleable) y tenaz (resistente al impacto)
Fcilmente maquinable y Soldable
Se oxida fcilmente (Cromo para evitar)
Buen conductor del calor y la electricidad
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PRODUCCION DE ACEROS Y FUNDICIONES DE HIERRO
Proceso de forja del acero de Damasco con el que se fabrican los mejores cuchillos espaoles
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PRODUCCION DE ACEROS Y FUNDICIONES DE HIERRO
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PRODUCCION DE ACEROS Y FUNDICIONES DE HIERRO
Se funden con el paso de una corriente elctrica introducida conelectrodos de grafito.
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FUNDICIONES DE HIERRO
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Fundicin Gris
El hierro gris es uno de los materiales ferrososms empleados y su nombre se debe a laapariencia de su superficie al romperse. Estaaleacin ferrosa contiene en general ms de 2%de carbono y ms de 1% de silicio, adems demanganeso, fsforo y azufre. Una caractersticadistintiva del hierro gris es que el carbono seencuentra en general como grafito, adoptando
formas irregulares descritas como hojuelas.Este grafito es el que da la coloracin gris a lassuperficies de ruptura de las piezas elaboradascon este material.
Propiedades fsicas: es muy frgil, es decir noes dctil, tiene mucha resiliencia, es decir,capacidad de absorber trabajo en el periodoelstico o deformaciones no permanentes.
Impulsor hecho de fundicin gris
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Fundicin blanca
Son aquellas en las que todo el carbono seencuentra combinado bajo la forma decementita. Estas fundiciones secaracterizan por su dureza y resistencia aldesgaste, siendo sumamente quebradiza ydifcil de mecanizar. Esta fragilidad y falta
de maquinabilidad limita la utilizacinindustrial de las fundiciones " totalmenteblancas ", quedando reducido su empleo aaquellos casos en que no se quieraductilidad como en las camisas interioresde las hormigoneras, molinos de bolas,Tambin se utiliza en grandes cantidades,
como material de partida, para lafabricacin de fundicin maleable.
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Fundicin maleable
Para aprovechar las ventajas que ofrecen lasfundiciones y conseguir adems que sean
maleables, la fundicin blanca se somete a unproceso de recocido para conseguir que lacementita se descomponga y se transforme engrafito. Segn el procedimiento que se le apliquese obtiene:
Fundicin maleable europea o de coraznblanco: se obtiene mediante la
descarburizacion, calentando la pieza obtenidapor moldeo de fundicin blanca. Se requiere unoxidante, que suele ser oxido de hierro, y lapieza se coloca en cajas hermticamentecerradas a temperaturas entre 900 y 1100cdurante unos 10 das, para finalmente enfriarla
lentamente. Estas piezas deberan presentaruna microestructura en la que solo aparecieraferrita, pero en la practica suele quedar algo degrafito nodular e incluso restos de cementita yperlita sin transformar.
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Fundicin maleable americana o decorazn negro: se basa en ladescomposicin total o parcial de lacementita. El proceso se realiza
calentando la pieza obtenida enfundicin blanca recubierta de unmaterial neutro a temperatura de unos850-900c durante unos 6 das. Estasfundiciones presentan unamicroestructura de ndulos de grafitosobre matriz ferritica.
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FUNDICION GRAFITO NODULAR
Caractersticas:
El contenido total en carbono de la fundicin nodular es igual al dela fundicin gris.Las partculas esferoidales de grafito se forman durante lasolidificacin, debido a la presencia de pequeas cantidades de
alguno elemento de aleacin formadores de ndulos, normalmentemagnesio y cerio.
Ventajas:-Tienen una buena ductilidad, tenacidad y maquinabilidad.
Desventajas:-Las fundiciones, incluyendo tambin las de acero, se hanreconocido (2009) como factores de riesgo para el cncer depulmn.
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GRACIAS POR SU ATENCION