¿por qué estudiar diagramas de fase? - guías usb. edda rodríguez • cantidad relativa ... lala...

¿Por qué estudiar diagramas de fase? ¿Por qué estudiar diagramas de fase?

1. Diseño de tratamientos térmicos para los materiales

2. Algunas propiedades de los materiales dependen estrechamente de la microestructura y de su historial térmicomicroestructura y de su historial térmico.

3. A pesar de que los diagramas de fase muestran las fases presentes en condiciones de equilibrio, en muchos casos las propiedades d d i di i d ilib ideseadas se consiguen en condiciones de no-equilibrio.

Información disponible en los diagramas de faseInformación disponible en los diagramas de fase

Conocida la composición y temperatura de equilibrio, al menos hay tres clases de información disponible:

• Fases presentes.

• Composición de las fases presentes

Prof. Edda Rodríguez

• Cantidad relativa (porcentajes o fracciones) de las fases presentes

SOLUCIONES SÓLIDASSOLUCIONES SÓLIDAS

CONCEPTOCONCEPTOEs una combinación de dos o mas elementos, uno de los cuales actúa como solvente(normalmente el que esta en mayor cantidad) y los demás son denominados solutos.

CONCEPTOCONCEPTO

Tiene características físicas, químicas y mecánicas bien definidas, además de un aspectohomogéneo.

LaLa mayormayor parteparte dede loslos metalesmetales dede ingeniería,ingeniería, estánestánbi dbi d tt t lt l t lt lcombinadoscombinados concon otrosotros metalesmetales oo nono metalesmetales parapara

conseguirconseguir mejoresmejores propiedadespropiedades mecánicas,mecánicas, mayormayorresistenciaresistencia aa lala CorrosionCorrosion uu otrasotras propiedadespropiedades dedeinterésinterés..

ALEACIONALEACION METALICAMETALICA:: MezclaMezcla dede dosdos oo masmasmetalesmetales oo unun metalmetal (metales)(metales) yy unun nono metalmetal (no(nometales)metales)..

SOLUCIONSOLUCION SÓLIDASÓLIDA:: EsEs unun sólidosólido queque constaconsta dede dosdosoo masmas elementoselementos queque estánestán dispersosdispersos atómicamenteatómicamenteformandoformando unauna únicaúnica estructuraestructura.. HayHay dosdos tipostipos tipostipos dedesolucionessoluciones sólidassólidas sustitucionalessustitucionales ee intersticialesintersticiales


solucionessoluciones sólidassólidas sustitucionalessustitucionales ee intersticialesintersticiales..

ESTRUCTURAS GENERALES DE LAS SOLUCIONES SÓLIDASESTRUCTURAS GENERALES DE LAS SOLUCIONES SÓLIDAS

Una solución sólida puede existir a lo largo de un cierto intervalo de composición ytemperatura y para cualquier composición y temperatura del mismo.

D i l f i d d fí i í i l t t ti lDe igual forma sus propiedades físicas y químicas y las constantes reticulares,experimentan muy poca variación dentro del intervalo de composición.

Puede darse::1 A b l t l t t i ibl l bl C d1. Ambos elementos completamente miscibles o solubles: Caso de una

solución sólida cuyo rango de existencia va desde la composición de un metalpuro hasta la del otro.

2. Soluciones primarias o terminales. Caso en que los intervalos de existenciali it d d d l lí it l tit l t l t lson limitados y cuando uno de los límites lo constituye el metal puro entonces la

solución es denominada primaria o terminal.3. Soluciones sólidas secundarias. Existencia de soluciones sólidas para

concentraciones más elevadas que la del elemento añadido y cuyos intervalosd h id d b h t l tde homogeneidad no abarcan hasta el componente puro.

4. Compuestos Intermetalicos. Formaciones a una determinada composición oun rango muy pequeño de composición.


SOLUCIONES SÓLIDASSOLUCIONES SÓLIDAS


CARACTERÍSTICAS DE LOS ÁTOMOS PARA QUE TENGA LUGAR LA CARACTERÍSTICAS DE LOS ÁTOMOS PARA QUE TENGA LUGAR LA MISCIBILIDAD TOTAL EN LAS SOLUCIONESMISCIBILIDAD TOTAL EN LAS SOLUCIONES

REGLASREGLAS DEDE HUMEHUME ROTHERYROTHERY ParaPara queque tengatenga lugarlugar unauna miscibilidadmiscibilidad totaltotal enen laslassolucionessoluciones sólidassólidas metálicas,metálicas, loslos dosdos metalesmetales debendeben serser bastantesbastantes similaressimilares.. CondicionesCondicionesqueque favorecenfavorecen unauna grangran solubilidadsolubilidad dede unun elementoelemento aa otrootro..qq gg

1.1. LaLa diferenciadiferencia entreentre loslos radiosradios atómicosatómicos debendeben serser inferiorinferior alal 1515%%.. DeDe lolo contrariocontrarioloslos átomosátomos dede solutosoluto crearancrearan unauna distorsióndistorsión enen lala redred yy sese formaráformará unauna nuevanueva fasefase..

2.2. LosLos dosdos metalesmetales debendeben tenertener lala mismamisma estructuraestructura cristalinacristalina..

3.3. LaLa electronegatividadelectronegatividad (capacidad(capacidad deldel átomoátomo parapara atraeratraer unun electrón)electrón) debedebe sersersimilarsimilar dede lolo contrariocontrario mayormayor seráserá lala tendenciatendencia dede queque formeforme unun compuestocompuestointermetálicointermetálico..

4.4. LaLa valenciavalencia debierandebieran tenertener lala mismamisma valenciavalencia serser lala mismamisma..DeDe mantenersemantenerse loslos otrosotros factoresfactores igualesiguales unun metalmetal tienetiene masmas tendenciatendencia dede disolverdisolverotrootro metalmetal dede valenciavalencia mayormayor queque unouno dede menormenor valenciavalencia..


SOLUCIONES SÓLIDAS SUSTITUCIONALESSOLUCIONES SÓLIDAS SUSTITUCIONALES

SOLUCION SÓLIDA SOLUCION SÓLIDA SUSTITUCIONALSUSTITUCIONAL: :

Solución sólida de Cu y Ni vista a loSolución sólida de Cu y Ni vista a loSolución sólida de Cu y Ni, vista a lo Solución sólida de Cu y Ni, vista a lo largo de un plano (100). Se trata de largo de un plano (100). Se trata de una solución sólida sustitucional en la una solución sólida sustitucional en la que átomos de Níquel han sido que átomos de Níquel han sido sustituidos por átomos de Cu en sussustituidos por átomos de Cu en sussustituidos por átomos de Cu en sus sustituidos por átomos de Cu en sus posiciones de la red FCC.posiciones de la red FCC.Esta configuración se presenta Esta configuración se presenta cuando el tamaño de los átomos no cuando el tamaño de los átomos no difiere muchodifiere muchodifiere mucho.difiere mucho.Características:Características:Estructuras FCCEstructuras FCCElectronegatividades: Cu 1.9 / 1.8 NiElectronegatividades: Cu 1.9 / 1.8 NirCu / rNi 0 128 nm /0 125 nmrCu / rNi 0 128 nm /0 125 nmrCu / rNi 0.128 nm /0.125 nmrCu / rNi 0.128 nm /0.125 nmValencia Cu +1 /Ni+2Valencia Cu +1 /Ni+2


SOLUCIONES SÓLIDAS SUSTITUCIONALESSOLUCIONES SÓLIDAS SUSTITUCIONALES


SOLUCIONES SÓLIDAS INTERSTICIALESSOLUCIONES SÓLIDAS INTERSTICIALES

SOLUCIONES SÓLIDAS INTERSTICIALES:

EN ESTAS SOLUCIONES LOSEN ESTAS SOLUCIONES LOS ATOMOS DE SOLUTO SE SITUAN EN LOS ESPACIOS QUE HAY ENTRE LOS ATOMOS DE DISOLVENTE ESTOSDISOLVENTE. ESTOS ESPACIOS O HUECOS SE DENOMINAN INTERSTICIOS.

EJEMPLO:EJEMPLO:ESTAS SE FORMAN CUANDO UN ATOMO ES MAYOR QUE OTRO.

OS O OS Q

EJEMPLO: EJEMPLO:

SOLUCION SÓLIDA INTERSTICIAL DE C EN HIERRO γFCC ESTABLE ENTRE 912 Y 1394ºC. EL RADIOATOMICO DEL Fe 0,129 nm MIENTRAS QUE EL C 0.075nm. MAXIMA SOLUBILIDAD 2.08%C.

EJEMPLOS DE ATOMOS QUE PUEDEN FORMAR SOLUCIONES SÓLIDAS INTERSTICIALES DEBIDO A SU PEQUEÑO TAMAÑO H C N O

SO U 08%C

SOLUCION SÓLIDA INTERTICIAL DE C EN HIERRO αBCC. EL RADIO DEL MAYOR HUECO INTERTICIAL ES DE 0.036 Y POR DEBAJO DE 723ªC SOLO ES POSIBLE DISOLVER UN 0.025% DE CARBONO.ATOMICO DEL Fe


TAMAÑO: H, C, N, O. 0,129 nm MIENTRAS QUE EL C 0.075nm. α

CONSTITUCION DE ALEACIONESCONSTITUCION DE ALEACIONES

UnaUna aleaciónaleación eses unauna sustanciasustancia queque estáestá constituidaconstituida porpor dosdos oomásmás elementoselementos químicos,químicos, dede loslos cualescuales porpor lolo menosmenos unouno eses

t lt l ll l iól ió tt i d di d d

ALEACIONALEACION

unun metal,metal, porpor lolo queque unauna aleaciónaleación presentapresenta propiedadespropiedadesmetálicasmetálicas..

LasLas aleacionesaleaciones puedenpueden serser homogéneashomogéneas oo mezclasmezclas.. LasLasaleacionesaleaciones homogéneashomogéneas sonson aquellasaquellas queque estánestán constituidasconstituidasgg qq qqporpor unauna solasola fase,fase, mientrasmientras queque laslas mezclasmezclas sonson unaunacombinacióncombinación dede variasvarias fasesfases..

FASESFASES

AlgunosAlgunos metalesmetales sonson alotrópicosalotrópicos enen elel estadoestado sólido,sólido, porpor lolo quequetendrántendrán diferentesdiferentes fasesfases sólidassólidas.. CuandoCuando unun metalmetal sufresufre ununcambiocambio enen susu estructuraestructura cristalina,cristalina, experimentaexperimenta unun cambiocambio dedeff dd titi dd t tt t fí i tfí i t di ti tdi ti t

FASESFASES

fase,fase, yaya queque cadacada tipotipo dede estructuraestructura eses físicamentefísicamente distintadistinta..

EnEn elel estadoestado sólidosólido existenexisten trestres fasesfases posiblesposibles::a)a) DeDe metalmetal puropurob)b) DeDe aleaciónaleación intermediaintermedia oo compuestocompuesto


)) ppc)c) DeDe soluciónsolución sólidasólida..

METAL PUROMETAL PURO

UnUn metalmetal puropuro solidificasolidifica aa unauna temperaturatemperatura constanteconstantequeque constituyeconstituye susu puntopunto dede fusiónfusión.. ElEl procesoproceso ocurreocurreenen unun tiempotiempo determinadodeterminado comocomo sese muestramuestra enen unaunacurvacurva dede enfriamientoenfriamiento..

LaLa solidificaciónsolidificación ocurreocurre dede lala siguientesiguiente formaforma::LaLa solidificaciónsolidificación ocurreocurre dede lala siguientesiguiente formaforma::

1.1. PorPor lala acciónacción refrigeranterefrigerante dede lala paredpared deldel molde,molde, seseformaforma unauna delgadadelgada películapelícula inicialinicial dede metalmetal sólidosólido enen lalaparedpared inmediatamenteinmediatamente despuésdespués deldel vaciadovaciado.. ElEl

dd tt lí llí l tt f df d ttespesorespesor dede estaesta películapelícula aumentaaumenta formandoformando unauna costracostraalrededoralrededor deldel metalmetal fundidofundido creciendocreciendo haciahacia elel centrocentrodede lala cavidadcavidad.. LosLos granosgranos sonson finosfinos equiaxialesequiaxiales yyorientadosorientados aleatoriamentealeatoriamente..

Curva de enfriamiento para un metal puroCurva de enfriamiento para un metal puro1.1. AlAl continuarcontinuar elel enfriamientoenfriamiento sese formanforman másmás granosgranos yyelel crecimientocrecimiento ocurreocurre enen direccionesdirecciones alejadasalejadas dede lalatransferenciatransferencia dede calorcalor.. ElEl calorcalor sese transfieretransfiere aa travéstravés dedelala costracostra yy lala paredpared deldel moldemolde creciendocreciendo loslos granosgranoscomocomo agujasagujas oo espinasespinas dede metalmetal sólidosólido formándoseformándose

Curva de enfriamiento para un metal puro Curva de enfriamiento para un metal puro durante la fundicióndurante la fundición

comocomo agujasagujas oo espinasespinas dede metalmetal sólidosólido formándoseformándoseramasramas lateraleslaterales queque crecencrecen yy sese formanforman ramasramasadicionalesadicionales enen ángulosángulos rectosrectos concon laslas primerasprimeras.. EsteEstesese denominadenomina crecimientocrecimiento dendríticodendrítico deldel granograno.. EstosEstosgranosgranos adoptanadoptan unauna orientaciónorientación preferencialpreferencial siendosiendo

Estructura Estructura metalografica metalografica característica característica


gruesosgruesos alineándosealineándose enen formaforma dede granosgranos columnarescolumnareshaciahacia elel centrocentro dede lala fundiciónfundición..

de un metal de un metal puro.puro.

ALEACION INTERMEDIA O COMPUESTOALEACION INTERMEDIA O COMPUESTO

LasLas aleacionesaleaciones solidificansolidifican generalmentegeneralmente enen unun intervalointervalo dede temperaturatemperatura enen lugarlugar dede unauna temperaturatemperaturaLasLas aleacionesaleaciones solidificansolidifican generalmentegeneralmente enen unun intervalointervalo dede temperaturatemperatura enen lugarlugar dede unauna temperaturatemperaturaúnicaúnica.. ElEl rangorango exactoexacto dependedepende deldel sistemasistema dede aleaciónaleación yy dede susu composicióncomposición particularparticular..

LaLa solidificaciónsolidificación ocurreocurre dede lala siguientesiguiente formaforma::

•• ConformeConforme desciendedesciende lala temperatura,temperatura, comienzacomienza lala solidificaciónsolidificación enen lala línealínea liquidusliquidus yy sese completacompletacuandocuando sese alcanzaalcanza lala solidussolidus.. AquíAquí sese formaforma unauna delgadadelgada películapelícula enen lala paredpared deldel moldemolde porpor unun altoaltogradientegradiente dede temperaturatemperatura enen estaesta superficiesuperficie..

•• LaLa solidificaciónsolidificación continuacontinua mediantemediante lala formaciónformación dede dendritasdendritas alejadasalejadas dede laslas paredesparedes..

•• PorPor lala propagaciónpropagación dede lala temperaturatemperatura entreentre liquidusliquidus yy solidussolidus sese formaforma unauna zonazona dondedonde elel metalmetalsólidosólido yy liquidoliquido coexistencoexisten llamadallamada zonazona blandablanda.. EstoEsto sese debedebe aa lala lentalenta transferenciatransferencia dede calorcalor fuerafueradeldel metalmetal calientecaliente

Estructura metalográfica Estructura metalográfica característica de característica de fundición para una fundición para una

l iól ió


aleación.aleación.

SOLIDIFICACIÓNSOLIDIFICACIÓN


DIAGRAMAS DE FASEDIAGRAMAS DE FASE

EsEs cualquiercualquier representaciónrepresentación gráficagráfica dede laslas variablesvariables dede estadoestado asociadosasociados concon laslasmicroestructurasmicroestructuras.. ModeloModelo regularregular dede trestres dimensionesdimensiones dede átomosátomos oo ionesiones enen elel espacioespacio..

DiDi Bi iBi i Si tSi t dd dd tt••DiagramasDiagramas BinariosBinarios:: SistemasSistemas dede dosdos componentescomponentes

••DiagramasDiagramas TernariosTernarios:: SistemasSistemas dede trestres componentescomponentes

DiagramaDiagrama dede fasesfases binariobinario quequemuestranmuestran unun casocaso dede solubilidadsolubilidadtotaltotal enen estadoestado sólidosólido.. ElEl campocampodede lala fasefase líquidalíquida sese identificaidentificamediantemediante unauna LL yy lala soluciónsoluciónsolidasolida mediantemediante SSSS.. LaLa regiónregióndondedonde coexistencoexisten laslas dosdos fasesfasesestaesta referenciadareferenciada porpor L+SSL+SS


DIAGRAMAS DE FASE ISOMORFOSDIAGRAMAS DE FASE ISOMORFOS


TIPO I: SOLUBILIDAD TOTAL EN ESTADO SÓLIDO.TIPO I: SOLUBILIDAD TOTAL EN ESTADO SÓLIDO.

LaLa composicióncomposición dede cadacada fasefase sese estableceestablecedede lala siguientesiguiente formaforma::LaLa línealínea horizontalhorizontal (línea(línea dede temperaturatemperaturaconstante)constante) queque pasapasa porpor elel puntopunto dedeconstante)constante) queque pasapasa porpor elel puntopunto dedeestadoestado cortacorta tantotanto aa lala línealínea dede líquiduslíquiduscomocomo lala dede solidussolidus..LaLa composicióncomposición dede lala fasefase líquidalíquida vienevienedadadada porpor elel puntopunto dede intersecciónintersección concon laladadadada porpor elel puntopunto dede intersecciónintersección concon lalalínealínea líquiduslíquidus yy lala dede lala fasefase sólidasólida vienevienedadadada porpor elel puntopunto dede intersecciónintersección concon lalalínealínea sólidussólidus..

LasLas composicionescomposiciones dede laslas fasesfases enen elel interiorinterior dedeunauna regiónregión dede dosdos fasesfases sese determinarandeterminaranmediantemediante unauna línealínea dede temperaturatemperatura constanteconstante

VariasVarias microestructurasmicroestructuras característicascaracterísticas dede distintasdistintasregionesregiones deldel diagramadiagrama dede fasesfases concon solubilidadsolubilidadtotaltotal enen estadoestado sólidasólida..


TIPO I: SOLUBILIDAD TOTAL EN ESTADO SÓLIDOTIPO I: SOLUBILIDAD TOTAL EN ESTADO SÓLIDO..

DiagramaDiagrama binariobinario enen loslos queque loslos dosdos componentescomponentessonson completamentecompletamente solublessolubles entreentre sísí tantotanto enen estadoestadosólidosólido comocomo enen estadoestado líquidolíquido.. EnEn elel diagramadiagramadestacadestaca::

SeSe indicanindican loslos puntospuntos dede fusiónfusión correspondientescorrespondientes aaloslos dosdos componentescomponentes purospuros AA yy BB..

AA temperaturastemperaturas relativamenterelativamente altasaltas cualquiercualquierpp qqcomposicióncomposición habráhabrá fundidofundido completamentecompletamente parapara dardarlugarlugar aa unun campocampo dede fasefase líquida,líquida, regiónregión marcadamarcadaconcon LL..

AA temperaturastemperaturas bajasbajas existeexiste unun campocampoAA temperaturastemperaturas bajasbajas existeexiste unun campocampocorrespondientecorrespondiente aa unauna únicaúnica fasefase dede soluciónsolución sólidasólidaqueque sese señalaseñala comocomo SSSS..

EntreEntre loslos dosdos camposcampos correspondientescorrespondientes aa unauna solasolafasefase sese encuentraencuentra unauna regiónregión dede dosdos fasesfases queque seseindicaindica comocomo LL ++ SSSS.. ElEl límitelímite superiorsuperior reciberecibe elelnombrenombre dede líquiduslíquidus yy elel límitelímite inferiorinferior sólidussólidus..

LasLas composicionescomposiciones dede laslas fasesfases enen elel interiorinterior dede lala


LasLas composicionescomposiciones dede laslas fasesfases enen elel interiorinterior dede lalaregiónregión dede dosdos fasesfases sese determinadetermina mediantemediante unauna línealíneadede temperaturatemperatura constanteconstante..

TIPO II: DIAGRAMA EUTÉCTICO CON INSOLUBILIDAD TOTAL EN TIPO II: DIAGRAMA EUTÉCTICO CON INSOLUBILIDAD TOTAL EN ESTADO SÓLIDO.ESTADO SÓLIDO.

1.1. AA temperaturastemperaturas relativamenterelativamente bajasbajaste pe atu aste pe atu as e at a e tee at a e te bajasbajasexisteexiste unauna zonazona dede coexistenciacoexistencia dede dosdosfasesfases parapara loslos sólidossólidos purospuros AA yy BB..

2.2. ElEl sólidussólidus eses unauna línealínea horizontalhorizontal queque

MicroestructurasMicroestructuras característicascaracterísticas dededistintasdistintas regionesregiones dede unun diagramadiagrama dedefasesfases eutécticoeutéctico binariobinario conconinsolubilidadinsolubilidad totaltotal..


qqsese correspondecorresponde concon lala temperaturatemperatura dedelala euctécticaeuctéctica..

TIPO II: DIAGRAMA EUTÉCTICO CON INSOLUBILIDAD TOTAL EN TIPO II: DIAGRAMA EUTÉCTICO CON INSOLUBILIDAD TOTAL EN ESTADO SÓLIDO.ESTADO SÓLIDO.

AA medidamedida queque sese agregaagrega BB enen A,A, lala temperaturatemperatura parapara elelcomienzocomienzo dede lala solidificaciónsolidificación disminuyedisminuye.. LoLo mismomismo ocurreocurreaa medidamedida queque sese agregaagrega AA enen BB..

AhoraAhora comocomo cadacada metalmetal disminuyedisminuye susu puntopunto dedesolidificaciónsolidificación (línea(línea líquidus)líquidus) debedebe mostrarmostrar unun mínimomínimo..

EstoEsto lolo señalaseñala lala línealínea queque muestramuestra unun mínimomínimo enen elelpuntopunto EE conocidoconocido comocomo elel puntopunto EutécticoEutéctico parapara unaunapuntopunto E,E, conocidoconocido comocomo elel puntopunto Eutéctico,Eutéctico, parapara unaunacomposicióncomposición eutécticaeutéctica..

AA temperaturastemperaturas relativamenterelativamente bajasbajas existeexiste unauna zonazona dedecoexistenciacoexistencia dede dosdos fasesfases parapara loslos sólidossólidos purospuros AA yy BB..

ElEl sólidussólidus eses unauna línealínea horizontalhorizontal queque sese correspondecorresponde conconlala temperaturatemperatura dede lala euctécticaeuctéctica..

ElEl diagramadiagrama estaesta formadoformado porpor cuatrocuatro áreasáreas .. ElEl áreaáreaElEl diagramadiagrama estaesta formadoformado porpor cuatrocuatro áreasáreas .. ElEl áreaáreasuperiorsuperior dede lala línealínea líquiduslíquidus eses unauna soluciónsolución liquidaliquidahomogéneahomogénea dede unauna solasola fase,fase, yaya queque loslos dosdos metalesmetales sonsonsolublessolubles enen elel estadoestado líquidolíquido.. LasLas áreasáreas restantesrestantes sonson dededosdos fases,fases, cadacada áreaárea estaesta limitadalimitada aa lolo largolargo dede unauna línealíneahorizontalhorizontal porpor fasesfases simplessimples

ComoComo loslos dosdos metalesmetales sonson completamentecompletamenteinsolublesinsolubles enen elel estadoestado sólido,sólido, cuandocuando lalasolidificaciónsolidificación comienza,comienza, elel únicoúnico sólidosólido quequesese puedepuede formarformar eses unun metalmetal puropuro.. También,También,


horizontalhorizontal porpor fasesfases simplessimples.. pp pp ,,cuandocuando cadacada aleaciónaleación estaesta completamentecompletamentesolidificada,solidificada, debedebe serser unauna mezclamezcla dede dosdosmetalesmetales purospuros..

TIPO III:TIPO III: DIAGRAMA EUTÉCTICO CON SOLUBILIDAD PARCIAL EN DIAGRAMA EUTÉCTICO CON SOLUBILIDAD PARCIAL EN ESTADO SÓLIDOESTADO SÓLIDO

EnEn laslas aleacionesaleaciones dede esteeste sistema,sistema, loslos cristalescristalesdede AA puropuro yy dede BB puropuro nuncanunca solidifican,solidifican, sinosino quequesiempresiempre solidificansolidifican enen unauna mezclamezcla dede solucionessoluciones..AsíAsí sese marcanmarcan laslas áreasáreas dede lala dosdos fasesfases dedesoluciónsolución sólida,sólida, αα (alfa)(alfa) yy ββ (beta)(beta)..

EstasEstas fasesfases presentanpresentan estructurasestructuras cristalinascristalinasdistintasdistintas.. EnEn cualquieracualquiera dede loslos casos,casos, lalaestructuraestructura cristalinacristalina dede αα seráserá lala mismamisma deldelestructuraestructura cristalinacristalina dede αα seráserá lala mismamisma deldelcomponentecomponente AA yy lala dede ββ seráserá lala deldel componentecomponenteBB.. EstasEstas solucionessoluciones sólidassólidas próximaspróximas aa loslos ejesejessese conocenconocen comocomo solucionessoluciones sólidassólidas terminalesterminales..

ffLasLas áreasáreas restantesrestantes dede dosdos fasesfases sese puedenpuedenmarcarmarcar ahoraahora comocomo líquido+líquido+αα,, líquido+líquido+ββ yy αα++ββ..

LaLa transformacióntransformación durantedurante elel enfriamientoenfriamiento dede ununlíquidolíquido concon lala composicióncomposición eutécticaeutéctica enen dosdoslíquidolíquido concon lala composicióncomposición eutécticaeutéctica enen dosdosfasesfases sólidassólidas concon unauna microestructuramicroestructuracaracterizadacaracterizada porpor unun tamañotamaño dede granogranorelativamenterelativamente finofino puedepuede serser consideradaconsiderada comocomounun tipotipo dede reacciónreacción químicaquímica..

Prof. Edda RodríguezLaLa reacciónreacción eutécticaeutéctica sese puedepuede escribirescribir comocomo::

LL (eutéctico)(eutéctico) αα ++ ββ

TIPO IV:TIPO IV: DIAGRAMA EUTECTOIDEDIAGRAMA EUTECTOIDE

LaLa reacciónreacción eutectoideeutectoide sese puedepuede escribirescribir comocomo::

γγ (eutectoide)(eutectoide) αα ++ ββenfriamientoenfriamientoenfriamientoenfriamiento

EsteEste diagramadiagrama dede fasesfases eutectoideeutectoidecontienecontiene tantotanto unauna reacciónreacción eutécticaeutécticacomocomo susu análogaanáloga enen estadoestado sólida,sólida, unaunareacciónreacción eutectoideeutectoide..


Microestructuras representativas del Microestructuras representativas del diagrama eutectoidediagrama eutectoide

TIPO V: TIPO V: FORMACIÓN DE UNA FASE INTERMEDIA DE FUSIÓN FORMACIÓN DE UNA FASE INTERMEDIA DE FUSIÓN CONGRUENTE.CONGRUENTE.

CuandoCuando unauna fasefase cambiacambia enen otraotra isotérmicamenteisotérmicamente yy sinsinningunaninguna modificaciónmodificación enen composicióncomposición química,química, sese dicedice queque esesunun cambiocambio dede fasefase congruentecongruente oo unauna transformacióntransformacióncongruentecongruente..

LasLas fasesfases intermediasintermedias sese llamanllaman asíasí porqueporque sonson únicasúnicas yy sesepresentanpresentan entreentre laslas fasesfases terminalesterminales enen unun diagramadiagrama dede fasefase..

CualquierCualquier fasefase intermediaintermedia puedepuede tratarsetratarse comocomo otrootrocomponentecomponente enen unun diagramadiagrama dede fasefase.. SiSi lala fasefase intermediaintermediatienetiene unun reducidoreducido intervalointervalo dede composición,composición, comocomo sucedesucede enenloslos compuestoscompuestos intermetálicosintermetálicos yy loslos compuestoscompuestos intersticiales,intersticiales,entoncesentonces sese representerepresente enen elel diagramadiagrama comocomo unauna línealíneaverticalvertical yy sese indicaindica bajobajo lala fórmulafórmula químicaquímica deldel compuestocompuesto..verticalvertical yy sese indicaindica bajobajo lala fórmulafórmula químicaquímica deldel compuestocompuesto..

EnEn lala figurafigura ,, sese muestramuestra lala fasefase intermediaintermedia dede lala aleaciónaleacióncomocomo unauna línealínea verticalvertical.. DadoDado queque unun compuestocompuesto sese indicaindicacomocomo ABAB..

ElEl sistemasistema AA--BB puedepuede separarsesepararse enen dosdos partespartesindependientes,independientes, unauna muestramuestra laslas aleacionesaleaciones entreentre AA yy elelcompuestocompuesto AB,AB, yy otraotra entreentre ABAB yy BB..


TIPO V: TIPO V: FORMACIÓN DE UNA FASE INTERMEDIA DE FUSIÓN FORMACIÓN DE UNA FASE INTERMEDIA DE FUSIÓN CONGRUENTECONGRUENTE..

LaLa reacciónreacción peritécticaperitéctica sese puedepuede escribirescribir comocomo::

ABAB LL ++ BBCALENTAMIENTOCALENTAMIENTOCALENTAMIENTOCALENTAMIENTO

Microestructuras representativas delMicroestructuras representativas del


Microestructuras representativas del Microestructuras representativas del diagrama eutectoidediagrama eutectoide

COMPOSICION QUIMICA Y CANTIDADES RELATIVAS DE CADA COMPOSICION QUIMICA Y CANTIDADES RELATIVAS DE CADA FASEFASE

EVOLUCIONEVOLUCION DEDE LALA MICROESTRUCTURAMICROESTRUCTURADURANTEDURANTE ELEL ENFRIAMIENTOENFRIAMIENTO LENTOLENTO DEDEUNAUNA COMPOSICIONCOMPOSICION EUTÉCTICAEUTÉCTICA

EVOLUCIONEVOLUCION DEDE LALA MICROESTRUCTURAMICROESTRUCTURADURANTEDURANTE ELEL ENFRIAMIENTOENFRIAMIENTO LENTOLENTO DEDEUNAUNA COMPOSICIONCOMPOSICION 5050%% AA ,, 5050%% BB ENEN UNUNDIAGRAMADIAGRAMA DEDE FASESFASES CONCON SOLUBILIDADSOLUBILIDADTOTALTOTAL ENEN ESTADOESTADO SÓLIDOSÓLIDO..


EVOLUCION DE LA MICROESTRUCTURA DURANTE EL EVOLUCION DE LA MICROESTRUCTURA DURANTE EL ENFRIAMIENTO LENTO DE UNA COMPOSICION EUTECTICAENFRIAMIENTO LENTO DE UNA COMPOSICION EUTECTICA


SISTEMA FeSISTEMA Fe--CC

ÍCARACTERÍSTICAS IMPORTANTES:

La Temperatura a que tienen lugar los cambiosalotrópicos en el hierro está influida por loselementos de aleación de los cuales el máselementos de aleación, de los cuales el másimportante es el Carbono.

En el siguiente diagrama se muestra la porción deinterés del Sistema de Aleación Hierro-Carbono.E t l t t hi tEsta es la parte entre hierro puro y un componenteintersticial, carburo de hierro Fe 3 C que contiene6,67 % de Carbono por peso.

El Carburo de Hierro se llama fase metaestable yayque es un hecho que el componente carburo dehierro se descompondrá en Hierro y Carbono(Grafito), lo cual tomará un tiempo muy largo atemperatura ambiente, y aún a 1300 ºF tarda variosaños en formar grafitoaños en formar grafito.

Ahora bien aunque representa condicionesmetaestables, puede considerarse representante decambios en equilibrio, bajo condiciones de


enfriamiento y calentamiento relativamente lentas.

SISTEMA FeSISTEMA Fe--FeFe33CCCARACTERÍSTICAS IMPORTANTES:

El diagrama contiene las siguientes fases sólidas:El diagrama contiene las siguientes fases sólidas:ferrita α , austenita γ cementita Fe3 C y ferrita δ.

FerritaFerrita αα1.1. SoluciónSolución SólidaSólida IntersticialIntersticial dede CC enen FeFe αα (b(b..cc..cc..))..2.2. SolubilidadSolubilidad máximamáxima enen estadoestado sólidosólido deldel 00,,02180218 %% CC aa

727727 ºCºC yy disminuyedisminuye aa 00..005005 %% aa 00 ºCºC..3.3. EsEs lala estructuraestructura másmás suavesuave deldel diagramadiagrama..Austenita γ1.1. SoluciónSolución SólidaSólida IntersticialIntersticial dede CC enen FeFe γγ (f(f..cc..cc..))..2.2. SolubilidadSolubilidad máximamáxima enen estadoestado sólidosólido dede carbonocarbono eses2.2. SolubilidadSolubilidad máximamáxima enen estadoestado sólidosólido dede carbonocarbono eses

deldel 22..1111 %% CC aa 11481148ºCºC yy disminuyedisminuye aa unun 00..88 %% aa 726726ºCºC

3.3. GeneralmenteGeneralmente nono eses estableestable aa temperaturatemperatura ambienteambiente..CementitaCementita FeFe33 CC11 C tC t i t tálii t táli FF 33 CC1.1. CompuestoCompuesto intermetálicointermetálico FeFe33 CC2.2. TieneTiene unauna composicióncomposición deldel 66..6767%% enen carbonocarbono yy 9393,,3333

%% enen hierrohierro3.3. EstructuraEstructura cristalinacristalina ortorrómbicaortorrómbica4.4. EsEs duroduro yy frágilfrágilyy gg5. Ferrita δ.6.6. SoluciónSolución sólidasólida intersticialintersticial dede carbonocarbono enen FeFe δ (b.c.c)7.7. SolubilidadSolubilidad máximamáxima enen estadoestado sólidosólido dede carbonocarbono eses

deldel 00..0909 %% CC aa 14951495ºCºC


SISTEMA FeSISTEMA Fe--FeFe33CC

ReaccionesReacciones invariantesinvariantes enen elel diagramadiagrama dede fasesfases FeFe--FeFe33ReaccionesReacciones invariantesinvariantes enen elel diagramadiagrama dede fasesfases FeFe FeFe33CC

Reacción Peritéctica:Reacción Peritéctica:Un líquido de 0,53% C se combina con ferrita δ de un0 09% para formar a stenita del 0 17% Esta reacción0.09% para formar austenita γ del 0.17%. Esta reacciónque tiene lugar a 1495º C, se puede escribir como:

Líquido (0.53%C) + Líquido (0.53%C) + δδ (0.09%C)(0.09%C)→→γγ (0.17%C)(0.17%C)

Reacción Eutéctica:Reacción Eutéctica:Un líquido de 4.3% C forma austenita γ del 2.08% C y el compuesto intermetálico Fe3 C que contiene 6.67% C. Esta reacción que tiene lugar a 1148º C, se puede escribir como:como:

Líquido (0.43%C) → Líquido (0.43%C) → γγ (2.08%C) + (2.08%C) + Fe3 C (6.67%C)Fe3 C (6.67%C)

ReacciónReacción EutectoideEutectoide::La austenita sólida de 0.8%C produce ferrita α con 0.02 %C y Fe3 C cementita con 6.67%C. Esta reacción quetiene lugar a 723º C, se puede escribir como:

AustenitaAustenita γγ (0.8%C) → ferrita(0.8%C) → ferrita αα(0.02%C) + F(0.02%C) + Fee33CC


Diagrama de fases hierro-carburo de hierro

Austenita Austenita γγ (0.8%C) → ferrita (0.8%C) → ferrita αα(0.02%C) F(0.02%C) Fee33C C (6.67%C) (6.67%C)


Transformación de un acero eutectoide (0 8% C) en condiciones de enfriamiento

Transformación de un acero ordinario al carbono hipoeutectoide de 0 4% enfriado


(0.8% C) en condiciones de enfriamiento lento

carbono hipoeutectoide de 0.4% enfriado lentamente.


Microestructura de un acero hipereutectoidede 1.2 % C enfriado lentamente a partir de la

Transformación de un acero ordinario al carbono hipereutectoide de 1.2 % enfriado

lentamente

región austenítica. En esta grafica lacementita proeutectoide aparece como elconstituyente blanco, que se ha formado enlos bordes de los granos austeníticos


lentamente. previos.

COMPOSICION QUIMICA Y CANTIDADES RELATIVAS DE CADA COMPOSICION QUIMICA Y CANTIDADES RELATIVAS DE CADA FASEFASE

REGLAREGLA II:: COMPOSICIONCOMPOSICION QUIMICAQUIMICA DEDE LASLAS FASESFASESREGLAREGLA II:: COMPOSICIONCOMPOSICION QUIMICAQUIMICA DEDE LASLAS FASESFASES

ParaPara determinardeterminar lala composicióncomposición químicaquímica realreal dede laslas fasesfases dedeunauna aleación,aleación, enen equilibrioequilibrio aa cualquiercualquier temperaturatemperatura enen unaunaregiónregión bifásica,bifásica, sese debedebe trazartrazar unauna línealínea horizontalhorizontal parapara lalatemperatura,temperatura, llamadallamada línealínea vínculovínculo,, aa laslas fronterasfronteras deldelcampocampo..

EstosEstos puntospuntos dede intersecciónintersección sese abatenabaten aa lala línealínea basebase yy lalacomposicióncomposición sese leelee directamentedirectamentecomposicióncomposición sese leelee directamentedirectamente..

REGLA II: CANTIDADES RELATIVAS DE CADA FASEREGLA II: CANTIDADES RELATIVAS DE CADA FASE

ParaPara determinardeterminar laslas cantidadescantidades relativasrelativas dede laslas dosdos fasesfases enenilib iilib i l il i ífiífi ióióequilibrio,equilibrio, aa cualquiercualquier temperaturatemperatura específicaespecífica enen unauna regiónregión

bifásica,bifásica, sese debedebe trazartrazar unauna línealínea verticalvertical queque representarepresenta lalaaleaciónaleación yy unauna línealínea horizontalhorizontal (( comocomo lala temperatura),temperatura), aa losloslímiteslímites deldel campocampo..LaLa línealínea verticalvertical dividirádividirá aa lala horizontalhorizontal enen dosdos partespartes cuyascuyasaa eaea e t cae t ca d d ád d á aa aa o o tao o ta ee dosdos pa tespa tes cuyascuyaslongitudeslongitudes sonson inversamenteinversamente proporcionalesproporcionales aa lala cantidadcantidaddede laslas fasesfases presentespresentes.. EstaEsta sese conoceconoce comocomo lala reglaregla dede lalapalancapalanca ..ElEl puntopunto dondedonde lala línealínea verticalvertical intersectaintersecta aa lala horizontalhorizontal seseconsideraráconsiderará comocomo ejeeje dede oscilaciónoscilación dede unun sistemasistema dede


consideraráconsiderará comocomo ejeeje dede oscilaciónoscilación dede unun sistemasistema dedepalancapalanca.. LasLas longitudeslongitudes relativasrelativas dede loslos brazosbrazos dede palancapalancamultiplicadasmultiplicadas porpor laslas cantidadescantidades dede laslas fasesfases presentespresentesdebendeben balancearsebalancearse..

REACCIONES DE UN DIAGRAMA DE EQUILIBRIOREACCIONES DE UN DIAGRAMA DE EQUILIBRIO

L1

L2 + SMONOTECTICA L1 ↔ L2 + S

EUTÉCTICA L1 ↔ S 1 + S 2

L1

S 1+ S 2

EUTECTOIDE S1 ↔ S 2 + S 3

S1

S + SS 2+ S 3

PERITÉCTICA L + S 1 ↔ S 2

L+S

1 2S 2

PERITECTOIDE S 1 + S 2 ↔ S 3

S1+S 2

S


S 3


EvoluciónEvolución microestructuralmicroestructural dede unun aceroaceroEvoluciónEvolución microestructuralmicroestructural dede unun aceroacerohipoeutectoidehipoeutectoide (( 00..5050%% enen pesopeso dede Carbono)Carbono)

EvoluciónEvolución microestructuralmicroestructural dede unun aceroaceroEvoluciónEvolución microestructuralmicroestructural dede unun aceroacero


eutectoideeutectoide (( 00..7777%% enen pesopeso dede Carbono)Carbono)EvoluciónEvolución microestructuralmicroestructural dede unun aceroacerohipereutectoidehipereutectoide (( 11..1313 %% enen pesopeso dede Carbono)Carbono)

SISTEMASSISTEMAS

DIAGRAMA DE FASES AlDIAGRAMA DE FASES Al--Si.Si.

SistemaSistema eutécticoeutéctico AlAl--Si,Si, existeexiste unauna pequeñapequeñazonazona dede solubilidadsolubilidad sólidasólida LaLa regiónregión ricarica enen

DIAGRAMA DE FASES AlDIAGRAMA DE FASES Al--CuCu

DiagramaDiagrama complejocomplejo queque puedepuede analizarseanalizarse comocomo unundiagramadiagrama eutécticoeutéctico simplesimple enen lala regiónregión dede elevadoelevadocontenidocontenido enen aluminioaluminio..


zonazona dede solubilidadsolubilidad sólidasólida.. LaLa regiónregión ricarica enenaluminioaluminio describedescribe elel comportamientocomportamiento dedealgunasalgunas aleacionesaleaciones importantesimportantes dede aluminioaluminio..

SISTEMASSISTEMAS

DIAGRAMA DE FASES AlDIAGRAMA DE FASES Al--Mg.Mg.

Prof. Edda RodríguezDIAGRAMA DE FASES CuDIAGRAMA DE FASES Cu--ZnZn

SISTEMASSISTEMAS

DIAGRAMA DE FASES PbDIAGRAMA DE FASES Pb SSDIAGRAMA DE FASES PbDIAGRAMA DE FASES Pb--SnSn

Diagrama eutéctico binario consolubilidad parcial en estado sólido. Lasaleaciones de soldadura caen dentro de

t i teste sistema.

Las aleaciones de soldadura con menosdel 5% de peso en Sn se empleasellando recipientes, revestimientos,unión de metales y aplicaciones conunión de metales y aplicaciones contemperaturas de servicio que excedanlos 120ºC.

Las aleaciones entre un 10 y 20% enpeso de Sn se emplean en sellarpeso de Sn se emplean en sellarradiadores de automóviles y pararellenar juntas y hendiduras en losautomóviles.

Las aleaciones entre un 40 y 50 % enpeso de Sn presentan una consistenciapastosa durante su aplicación y suaplicación va desde la fontanería hastala electrónica


la electrónica.

SISTEMASSISTEMAS

DIAGRAMA DE FASES AlDIAGRAMA DE FASES Al22OO3 3 –– SiOSiO2 2

Diagrama importante en la industria de los materialesg pcerámicos.

Los ladrillos refractarios de sílice están compuestos de SiO2casi puro con Al2O3 entre 0.1 y 0.6% molar.

Los de arcilla comunes están localizados en el intervalo de16 32% l d Al O S tilid d l t

DIAGRAMA DE FASES MgODIAGRAMA DE FASES MgO-- AlAl22OO33

Diagrama que incluye el compuesto intermedio,espinela MgO.Al2O3 (Espinela) o MgAl2O4 , conextenso rango de de solución sólida. Las espinelas

un 16 a 32% molar de Al2O3. Su utilidad como elementosestructurales en el diseño de hornos esta limitada por unatemperatura eutéctica de 1587ºC.

La mullita es un compuesto intermedio AL2O3. 2SiO2..

El Al2O3 casi puro representa la mas alta capacidad


g prefractarias son muy utilizadas en la industria.

El Al2O3 casi puro representa la mas alta capacidadrefractaria de los materiales pertenecientes al sistema Al2O3.

¿por qué estudiar diagramas de fase? - guías usb. edda rodríguez • cantidad relativa ... lala...

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