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Diagrama de fases Diagrama de fases Presentation Transcript

  • ALEACIONES. DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
  • Definición de aleación:
    • Mezcla homogénea de dos o más elementos químicos. La aleación posee carácter metálico y al menos uno de sus componentes debe ser un metal.
    • El metal presente en mayor proporción se le llama metal base o disolvente y los restantes elementos aleantes o solutos .
  • Ventajas e inconvenientes de las aleaciones:
    • Ventajas:
      • Más facilidad para colarse en moldes.
      • Mayor dureza y resistencia a la tracción.
      • Mayor resistencia al roce y la corrosión.
      • Menor temperatura de fusión que uno de sus componentes.
      • Mejor aspecto exterior.
      • Más económicas que, al menos, uno de los componentes.
    • Inconvenientes:
      • Su conductividad térmica y eléctrica es menor.
      • Son menos maleables y dúctiles.
  • Componentes de una aleación:
    • Elementos químicos que intervienen en su formación. Se simbolizan por su símbolo o genéricamente con letras mayúsculas: A, B…
    • Ejemplos: aleación Fe-C
    • aleación Cu-Ni
    Composición de una aleación: % en peso de sus componentes: C A =(m A /m aleación )x100 C B =(m B /m aleación )x100 … C A + C B +….=100%
  • Fases:
    • Se denominan fases de un sistema material cada parte homogénea de un sistema físicamente diferenciable de los demás.
    • La representación gráfica de las fases presentes en un material para diferentes temperaturas, presiones y composiciones se denomina diagrama de equilibrio o de fases .
    • Así, una sustancia pura como el agua , según las condiciones de presión y temperatura a las que se encuentre sometida, puede presentarse en tres fases diferentes: sólida, líquida y gaseosa .
    • En las aleaciones las fases pueden ser disoluciones líquidas (L) o disoluciones sólidas (simbolizadas por letras griegas: α , β , γ …)
  • Diagrama de Fases:
    • La representación gráfica de las fases presentes en un material para diferentes temperaturas, presiones y composiciones se denomina diagrama de equilibrio o de fases .
    • Los diagramas de fases se obtienen en condiciones de equilibrio , en el transcurso de enfriamientos muy lentos ; es decir, a una determinada presión y a partir de una temperatura elevada se enfría el material muy lentamente, de tal forma que se encuentre en equilibrio a lo largo de todo el proceso, y se van anotando las temperaturas a las cuales se producen los cambios de fase.
  • Diagrama de Fases:
  • Diagrama de Fases:
    • Línea de líquidus : línea que separa la fase líquida del resto del diagrama. Por encima de esta línea todas las aleaciones estarán en estado líquido.
    • Línea de sólidus : por debajo de ella todas las aleaciones se encuentran en estado sólido.
    • Líquidus (T L ): temperatura a la cual el líquido empieza a solidificar bajo las condiciones de equilibrio.
    • Sólidus (T S ): temperatura por debajo de la cual todas las aleaciones se encuentran en estado sólido..
  • Elementos que caracterizan un sistema en equilibrio:
    • El nº de componentes.
    • El nº de fases que pueden coexistir.
    • El nº de grados de libertad.
    • El nº de grados de libertad viene dado por el nº de variables o de factores independientes que caracterizan las condiciones de equilibrio. Estas variables son: presión, temperatura y concentración.
  • Regla de Gibbs:
    • J.W. Gibbs, a partir de estudios termodinámicos, desarrolló una ecuación que permite relacionar al número de componentes, la cantidad de fases y el número de grados de libertad que pueden coexistir en equilibrio dentro de un sistema material. A esta ecuación se la conoce como regla de Gibbs y se representa por:
    • F + N = C + 2
    • F= Nº de fases que pueden coexistir.
    • N= grados de libertad
    • C=nº de componentes del sistema
  • Aplicación de la Regla de Gibbs:
    • Aplicamos la regla de Gibbs:
    • En el punto triple del diagrama :
      • Coexisten tres fases en equilibrio: sólido, líquido y vapor.
      • El nº de componentes es uno (agua).
      • Los grado de libertad serán:
      • F + N = C + 2
      • 3 + N = 1 + 2  N = 0
      • Podemos sacar que ninguna de las variables P-T se puede modificar. Así pues, el punto triple es un punto invariante .
    • En cualquier punto de la línea de solidificación , coexisten dos fases (sólido y líquido). Si aplicamos la regla de Gibbs:
      • F + N = C + 2
      • 2 + N = 1 + 2  N = 1
      • Como consecuencia, una de las variables (P o T) puede cambiar manteniendo un sistema donde coexisten dos fases.
  • Regla de la horizontal:
    • En el punto “c” la aleación se encuentra en un estado bifásico en el que coexisten un sólido y un líquido. En esta zona se puede determinar su composición química mediante la llamada regla de la horizontal.
    • Se traza una recta isoterma a la temperatura correspondiente al punto “c” y en sus puntos de corte con la línea de líquidus y sólidus (c s y c L ), se construyen rectas perpendiculares verticales; los puntos de intersección de estas últimas con el eje de abcisas indican la composición de ambas fases.
    • c LA =42% c LB =58%
    • c SA =80% c SB =20%
  • Regla de la palanca:
    • En un punto situado en la zona bifásica, por ejemplo el punto “B”, tenemos:
    • C L = composición de la fase líquida de A
    • C α = composición de la fase sólida de A
    • C 0 = composición de A
    • Si queremos calcular las cantidades de sólido y de líquido (porcentajes de fase sólida “W S ” y líquida “W L ”) que existe en una aleación [A:B] debemos aplicar la ley de conservación de materia con su expresión de regla de palanca:
    • W L + W S =1
    • W L ·R= W S ·S
    • Siendo:
    • R= C 0 - C L
    • S= C α - C 0
    A)
  • Estudio de solidificación en aleaciones de solubilidad total en estados sólido y líquido.
  • Estudio de solidificación en aleaciones de solubilidad total en estado líquido e insolubilidad en estado sólido.
  • Estudio de solidificación en aleaciones de solubilidad total en estado líquido y solubilidad parcial en estado sólido.