TEORIA DE LAS ALEACIONES

Aleacion: es una combinación de dos o mas elementos de los cuales

por lo menos uno es un metal, y que presenta características

metálicas.

Sistema de Aleación: contiene todas las aleaciones que pueden formarse por varios

elementos combinados en todas las proporciones posibles.

Sistema de Aleación Binario: es cuando el sistema de aleación se forma por dos

elementos. Sistema de Aleación Ternario: es cuando el

sistema de aleación se forma por tres elementos.

Cuando se toman 45 de los metales mas comunes, cualquier combinación dará 990

sistemas binarios y alrededor de 14000 sistemas ternarios. Pero para cada sistema es posible

contar con un gran numero de aleaciones diferentes. Si la composición varia de 1% en 1%,

cada sistema binario dará cien clases de aleaciones diferentes y como las aleaciones

comerciales suelen contar con muchos elementos, entonces podemos decir que el

numero de aleaciones es casi infinito.

Las aleaciones suelen clasificarse de acuerdo con su estructura, los sistemas de aleación completos pueden clasificarse según el

tipo de diagrama de equilibrio o diagrama de fase.ESTRUCTURAS DE ALEACION

Homogéneas (constan de una sola fase)- Solución Solida

SustitucionalIntersticial

- Fase Intermedia de AleaciónIntermetalica

IntersticialElectrónica

Mezcla (cualquier combinación de fases solidas)- Metal puro

- Solución solida- Aleación intermedia

Sistema: Una porción del universo que ha sido aislada de tal modo que sus propiedades puedan ser estudiadas.

Equilibrio: un sistema se dice que esta en equilibrio si no tienen lugar cambios macroscópicos con el tiempo.

Fase: Una porción de un sistema material característico y físicamente homogéneo. Es cualquier cosa homogénea y

físicamente distinta. En los elementos puros fase y estado son sinónimos. Si una

aleación es homogénea en el estado solido, solo puede ser lo que se llama solución solida o compuesto.

Si la aleación es una mezcla, entonces esta compuesta de cualquier combinación de las fases posibles en el estado solido; mezcla de dos metales puros, dos soluciones solidas o un metal

puro y una solución solida.

ELEMENTOS PUROS: para los elementos puros (metales puros), hay solo tres fases; gaseosa,

liquida y solida. Algunos materiales son alotrópicos en el estado solido y tienen

diferentes fases solidas.CAMBIO DE FASE: cuando el metal sufre un

cambio en su estructura cristalina, experimenta un cambio de fase, ya que cada tipo de

estructura cristalina es físicamente distinta.

Diagrama de Fase del Agua Pura

Diagrama de Fase del Fe puro

Compuesto: la mayoría de los compuestos químicos ordinarios son combinaciones de elementos con valencia positiva y negativa; NaCl. El compuesto

tendrá sus propias propiedades físicas, químicas y mecánicas características.

Soluciones Solidas: es simplemente una en estado solido y consta de dos clases de átomos combinados

en un tipo de red espacial. La mayoría de las soluciones solidas se solidifican entre un intervalo de

temperaturas.Solución: cualquier solución esta constituida por dos

partes, un soluto y un solvente.Soluto: es la menor parte de la solución, osea el

material que se disuelve.

Solvente: es la mayor parte de la solución. La que disuelve.

Condiciones en que se puede presentar una Solución

Solución no saturada: es la solución en la cual hay menor cantidad de soluto que la que el solvente

puede disolver.Solución Saturada: es la solución que tiene la

cantidad limite de soluto que el solvente puede disolver.

Solución Sobresaturada: es la solución en la que hay mas soluto que la que el solvente puede

disolver.

TIPOS DE SOLUCIONES SOLIDAS.

Solución Solida Sustitucional: en esta solución los átomos del soluto sustituyen átomos del solvente en la

estructura reticular del solvente; por ejemplo, los átomos de Ag pueden sustituir átomos de Au sin que se

pierda la estructura FCC del oro, y viceversa.

Solucione Solida Intersticiales: estas se forman cuando átomos de pequeños radios atómicos se acomodan en los espacios o intersticios de la estructura reticular de

los átomos solventes mas grandes.

Solución Solida Sustitucional e Intersticial

Reglas de Solubilidad de sólidos de Hume-Rothery.

1. El tamaño de los átomos de cada uno de los dos elementos no debe diferir en mas de un 15%.

2. Los elementos no deben formar compuestos entre si. Es decir, no debe haber diferencias apreciables en las

electronegatividades de los dos elementos.3. Los elementos deben tener la misma valencia.

4. La estructura cristalina de cada elemento de la disolución solida debe ser la misma.

Diagrama de Fases en Equilibrio: representación grafica de las presiones, temperaturas y

composiciones para las cuales varias fases son estables en el equilibrio. En Ciencia de los

Materiales, los diagramas de fase mas comunes involucran temperatura frente a composición.

Los diagramas de fase o diagramas de equilibrio, contienen información respecto a los cambios de

fase, en los sistemas de aleaciones.

Los Diagramas de Fase se construyen por los siguientes dos métodos:

Método Analítico: este método consiste en hacer un modelo matemático basado en las leyes de la termodinámica y el concepto de

energía libre de Gibbs. Las ecuaciones resultantes son bastante complicadas y escapan

al contexto de este curso.

Método Experimental: Los datos para construir los diagramas de fase se determinan

experimentalmente por diversos métodos. El mas empleado es el método de análisis térmico.

Métodos Experimentales.

Análisis Térmicos: este es el método experimental que mas se emplea. Cuando se hace un diagrama de temperatura Vs tiempo, a

composición constante, la curva de enfriamiento resultante mostrara un cambio de pendiente cuando ocurre un cambio de fase a causa de la evolución de calor por el cambio de fase. Este método parece ser el mejor para determinar la temperatura de solidificación

inicial y final.Método Metalografico: estos consisten en calentar muestras de una aleación a diferentes temperaturas, esperando que el equilibrio se establezca, y entonces se enfrían rápidamente la estructura a esa temperatura. Entonces las muestras se analizan al microscopio.

Este método es el mas apropiado para verificar un diagrama.Difracción de Rayos X: este método mide las dimensiones de la red,

indicando la aparición de una nueva fase, ya sea por el cambio en las dimensiones de la red o por la aparición de una nueva estructura

cristalina.

Curva de Enfriamiento de una Sustancia Pura

Curva de Enfriamiento de una Aleación

TIPOS DE DIAGRAMAS DE FASES

DIAGRAMA DE FASE TIPO I

DOS METALES COMPLETAMENTE SOLUBLES EN EL ESTADO LIQUIDO Y COMPLETAMENTE SOLUBLES EN EL

ESTADO SOLIDO

Curvas de Enfriamiento DiagFaseTipo-I

Diagrama de Fase Tipo I

DiagFaseEnfLentoUnaAleacion

Regla de la Palanca

Cantidad Relativa de cada fase

% Liquido = *100

% Solido = *100

segmentoOS

segmentoLS

segmentoLO

segmentoLS

Composición Química de Cada Fase

La linea Vinculo LS, toca la frontera de fase en el punto L y en el punto S.

Del punto L se abate una linea al eje horizontal y se lee la composicion quimica de la fase liquida.

(en este caso).

Del punto S se abate una linea al eje horizontal y se lee la composicion quimica de la fase solida.

(en este caso).

ConstDiagFase Cu-Ni

Diagrama de Fase Cu-Ni