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MATERIALES METALICOS
2do Ingeniería Mecánica
Diagramas de Equilibrio de Fases
Ing. Víctor Gómez
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Tucumán
• Aleaciones
• Ø Aleación: Sustancia que tiene propiedades metálicas y
esta constituida por dos o mas elementos químicos de los
cuales por lo menos uno es un metal. Si tiene dos
elementos, se llama sistema de aleación binaria.
• Ej. Acero al carbono ( Fe y C ) , Ac. Inox. ( Fe, C , Cr ,Ni)
• Las aleaciones pueden ser Homogéneas o Mezclas. Las
primeras, tendrán una sola fase y en el segundo serán
una combinación de varias fases.
• Fase: porción físicamente homogénea:
• 1.La misma estructura o arreglo atómico
• 2.La misma composición aproximada
• 3.Una interfaz definida entre esta y las que la rodean.
• En estado sólido hay 3 fases posibles: Metal puro,
Aleación intermedia o Compuesto y Solución sólida.
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FASES
a) Las tres formas del agua
b) Agua y alcohol solubilidad ilimitada
c) Agua y sal solubilidad limitada
d) Aceite y agua prácticamente insolubles
•Soluciones y solubilidad
•Solución química = soluto + solvente ( liquidas o
sólidas )
•Solubilidad es la cantidad de material o componente
que se puede disolver sin formar una nueva fase.
•* Solubilidad total > independiente de las cantidades
•Soluciones Sólidas Sustitucionales: Los átomos del
soluto sustituyen a los átomos del solvente en la estructura
reticular.
•Soluciones Sólidas Intersticiales: Los átomos del soluto
de pequeños radios atómicos, se acomodan en los espacios
o intersticios de la estructura reticular de los átomos
solventes mas grandes.
•Condiciones para solubilidad total.
•1. Átomos o iones tamaño semejante ( radio atómico no
mas 15% )
•2. Igual estructura cristalina
•3. Los iones deben tener igual valencia
•4. Las electronegatividades deben ser similares
•De no ocurrir 3 y 4 se forman compuestos
•Compuesto químico > composición fija
• * Solubilidad y soluciones sólidas
• a) El Cu y Ni líquidos son totalmente solubles entre sí
• b) Las aleaciones sólidas Cu-Ni tienen solubilidad total y los átomos ocupan
sitios aleatorios
• c) En las aleaciones. Cu-Zn con mas de 30% de Zn aparece una segunda fase
debido a la solubilidad limitada del Zn en el Cu.
• DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO DE FASES
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Tipos más importantes de diagramas de fases:
Componentes completamente solubles en estado líquido:
Completamente solubles en estado sólido (tipo I)
Insolubles en estado sólido: la reacción eutéctica (tipo II)
Parcialmente solubles en estado sólido: la reacción eutéctica (tipo III)
Transformaciones en estado sólido:
Cambio alotrópico
Orden-desorden
La reacción eutectoide
La reacción peritectoide
Diagrama de fases solubilidad total
Diagrama de fases Cu Ni • Tipo I: Dos metales completamente solubles en los
estados líquido y sólido: como los dos metales son completamente solubles en
el estado sólido, el único tipo de fase sólida formada será una solución sólida
sustitucional. Los dos metales tendrán generalmente el mismo tipo de
estructura cristalina y diferirán en sus radios atómicos en menos del 8%.
REGLA DE LA PALANCA O DE SEGMENTOS INVERSOS
% Liquido = ( OS / LO + OS ) * 100
% Solido = ( LO / LO + OS ) * 100
DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO DE FASES
• Microestructuras:
Diagrama de fase binario con eutéctico
Solubilidad total en estado líquido e insolubles en estado sólido
Cada metal disminuye el punto de fusión del otro.
La línea de liquidus, muestra un punto mínimo. Conocido como punto eutéctico
• El diagrama está formado por cuatro áreas:
El área arriba de la línea liquidus es una solución líquida homogénea de una sola fase, ya que los
dos metales son solubles en estado líquido.
• Las áreas restantes son de dos fases.
• En estas aleaciones ocurre la reacción eutéctica:
• La reacción eutéctica se da a una temperatura fija llamada temperatura eutéctica.
• Un sólido eutéctico tiene una forma diferente a las otras fases de la aleación, por lo que se
considera una fase del material: se solidifican alternativamente A y B puros, resultando una mezcla
muy fina (mezcla eutéctica)
Enfriamiento: Líquido →sólido1+ sólido2
• Microestructuras en diagrama de Solubilidad parcial
DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO DE FASES
• Tipo III: dos metales completamente solubles en el estado líquido, pero sólo
parcialmente solubles en el estado sólido.
Cuando la solubilidad es parcial, el diagrama de fase es diferente:
• La línea de solubilidad describe cuánto de un componente puede disolverse en otro.
• Al cruzar la línea de solubilidad durante el enfriamiento se da la precipitación de una
de las fases.
• En estas aleaciones ocurre también la reacción eutéctica.
Evolución de la microestructura durante el enfriamiento lento de una
composición Hipereutéctica y una Hipoeutectoide
Curva esquemática de enfriamiento Temperatura – Tiempo, de una aleación de
60% Pb y 40% Sn
Reacciones en los Diagramas de Fases