Diagrama de fases

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Diagrama de fases

  1. 1. ALEACIONES. DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
  2. 2. Definición de aleación: <ul><li>Mezcla homogénea de dos o más elementos químicos. La aleación posee carácter metálico y al menos uno de sus componentes debe ser un metal. </li></ul><ul><li>El metal presente en mayor proporción se le llama metal base o disolvente y los restantes elementos aleantes o solutos . </li></ul>
  3. 3. Ventajas e inconvenientes de las aleaciones: <ul><li>Ventajas: </li></ul><ul><ul><li>Más facilidad para colarse en moldes. </li></ul></ul><ul><ul><li>Mayor dureza y resistencia a la tracción. </li></ul></ul><ul><ul><li>Mayor resistencia al roce y la corrosión. </li></ul></ul><ul><ul><li>Menor temperatura de fusión que uno de sus componentes. </li></ul></ul><ul><ul><li>Mejor aspecto exterior. </li></ul></ul><ul><ul><li>Más económicas que, al menos, uno de los componentes. </li></ul></ul><ul><li>Inconvenientes: </li></ul><ul><ul><li>Su conductividad térmica y eléctrica es menor. </li></ul></ul><ul><ul><li>Son menos maleables y dúctiles. </li></ul></ul>
  4. 4. Componentes de una aleación: <ul><li>Elementos químicos que intervienen en su formación. Se simbolizan por su símbolo o genéricamente con letras mayúsculas: A, B… </li></ul><ul><li>Ejemplos: aleación Fe-C </li></ul><ul><li> aleación Cu-Ni </li></ul>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%
  5. 5. Fases: <ul><li>Se denominan fases de un sistema material cada parte homogénea de un sistema físicamente diferenciable de los demás. </li></ul><ul><li>La representación gráfica de las fases presentes en un material para diferentes temperaturas, presiones y composiciones se denomina diagrama de equilibrio o de fases . </li></ul><ul><li>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 . </li></ul><ul><li>En las aleaciones las fases pueden ser disoluciones líquidas (L) o disoluciones sólidas (simbolizadas por letras griegas: α , β , γ …) </li></ul>
  6. 6. Diagrama de Fases: <ul><li>La representación gráfica de las fases presentes en un material para diferentes temperaturas, presiones y composiciones se denomina diagrama de equilibrio o de fases . </li></ul><ul><li>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. </li></ul>
  7. 7. Diagrama de Fases:
  8. 8. Diagrama de Fases: <ul><li>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. </li></ul><ul><li>Línea de sólidus : por debajo de ella todas las aleaciones se encuentran en estado sólido. </li></ul><ul><li>Líquidus (T L ): temperatura a la cual el líquido empieza a solidificar bajo las condiciones de equilibrio. </li></ul><ul><li>Sólidus (T S ): temperatura por debajo de la cual todas las aleaciones se encuentran en estado sólido.. </li></ul>
  9. 9. Elementos que caracterizan un sistema en equilibrio: <ul><li>El nº de componentes. </li></ul><ul><li>El nº de fases que pueden coexistir. </li></ul><ul><li>El nº de grados de libertad. </li></ul><ul><li>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. </li></ul>
  10. 10. Regla de Gibbs: <ul><li>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: </li></ul><ul><li>F + N = C + 2 </li></ul><ul><li>F= Nº de fases que pueden coexistir. </li></ul><ul><li>N= grados de libertad </li></ul><ul><li>C=nº de componentes del sistema </li></ul>
  11. 11. Aplicación de la Regla de Gibbs: <ul><li>Aplicamos la regla de Gibbs: </li></ul><ul><li>En el punto triple del diagrama : </li></ul><ul><ul><li>Coexisten tres fases en equilibrio: sólido, líquido y vapor. </li></ul></ul><ul><ul><li>El nº de componentes es uno (agua). </li></ul></ul><ul><ul><li>Los grado de libertad serán: </li></ul></ul><ul><ul><li> F + N = C + 2 </li></ul></ul><ul><ul><li> 3 + N = 1 + 2  N = 0 </li></ul></ul><ul><ul><li>Podemos sacar que ninguna de las variables P-T se puede modificar. Así pues, el punto triple es un punto invariante . </li></ul></ul><ul><li>En cualquier punto de la línea de solidificación , coexisten dos fases (sólido y líquido). Si aplicamos la regla de Gibbs: </li></ul><ul><ul><li> F + N = C + 2 </li></ul></ul><ul><ul><li> 2 + N = 1 + 2  N = 1 </li></ul></ul><ul><ul><li> Como consecuencia, una de las variables (P o T) puede cambiar manteniendo un sistema donde coexisten dos fases. </li></ul></ul>
  12. 12. Regla de la horizontal: <ul><li>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. </li></ul><ul><li>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. </li></ul><ul><li>c LA =42% c LB =58% </li></ul><ul><li>c SA =80% c SB =20% </li></ul>
  13. 13. Regla de la palanca: <ul><li>En un punto situado en la zona bifásica, por ejemplo el punto “B”, tenemos: </li></ul><ul><li> C L = composición de la fase líquida de A </li></ul><ul><li> C α = composición de la fase sólida de A </li></ul><ul><li> C 0 = composición de A </li></ul><ul><li>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: </li></ul><ul><li>W L + W S =1 </li></ul><ul><li>W L ·R= W S ·S </li></ul><ul><li>Siendo: </li></ul><ul><li>R= C 0 - C L </li></ul><ul><li>S= C α - C 0 </li></ul>A)
  14. 14. Estudio de solidificación en aleaciones de solubilidad total en estados sólido y líquido.
  15. 15. Estudio de solidificación en aleaciones de solubilidad total en estado líquido e insolubilidad en estado sólido.
  16. 16. Estudio de solidificación en aleaciones de solubilidad total en estado líquido y solubilidad parcial en estado sólido.

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