DIAGRAMA DE EQUILIBRIO DE ALEACIONES BINARIAS

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ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN LAS ALEACIONES
Es todo producto que resulte de la unión
de dos o más elementos químicos, uno de los
cuales ha de tener carácter metálico. Para que
la unión de estos elementos se considere
aleación tienen que cumplirse dos condiciones:
Que los elementos componentes
sean totalmente miscibles en
estado líquido, de forma que al
solidificar
resulte
un
cuerpo
homogéneo.
Que el producto resultante tenga
mayoría de enlaces metálicos,
(carácter metálico).
Las aleaciones mejoran notablemente las
propiedades mecánicas de los metales puros
como pueden ser tenacidad, dureza, resistencia
a la oxidación, etc; sin embargo se empeoran
propiedades como conductividad eléctrica y
térmica.
ESTRUCTURAS POSIBLES DEL PASO DE
ESTADO L->S DE UNA ALEACIÓN
Solución de A y B Metal A Metal B
Metal en exceso
TOTAL
Cu-Ni
MEZCLA
SIMPLE
Sn-Pb
TEMA Nº 3: DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO I
PRINCIPIOS DE DIAGRAMAS DE FASES
ALEACIÓN
SOLUBILIDAD
BLOQUE TEMÁTICO Nº 1: MATERIALES
COMPUESTO
QUÍMICO
En las aleaciones, para que se produzca una
solución sólida estable, es necesario que los elementos
que la constituyen formen parte de la misma red
cristalina. Para una aleación de dos elementos que
poseen la misma estructura cristalina, se denomina
solvente al elemento que entra en mayor proporción, y
soluto al que lo hace en menor proporción. Cuando los
elementos poseen distinta estructura cristalina, se
denomina solvente al elemento que proporciona la
estructura final de la aleación.
Tal y como se ha dicho, los metales puros solidifican
formando una estructura cristalina determinada, por lo tanto los
átomos que introducimos han de formar parte de esa estructura
cristalina, distinguiéndose dos tipos de
soluciones:
Solución sólida por sustitución: en este caso, el disolvente y soluto
tienen una estructura cristalina similar, por lo que un átomo de
soluto ocupa la posición de otro átomo de disolvente en la
estructura cristalina final.
Solución sólida por inserción: ocurre cuando los átomos de soluto
son muy pequeños y ocupan los huecos intersticiales del
disolvente. Esto provoca un aumento de la resistencia de la
aleación, ya que se hace más difícil la deformación del producto
final
DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO O DE FASES
Desde el punto de vista estructural, una fase de un
material, es una parte homogénea del mismo que difiere
de las demás en su composición, estado o estructura. Al
conjunto de las representaciones de los estados posibles
se denomina diagrama de fases.
La ecuación o regla de Gibbs nos permite calcular
el número de fases que pueden existir en equilibrio en
cualquier sistema.
DIAGRAMA DE EQUILIBRIO DE ALEACIONES BINARIAS
Componentes de solubilidad total en estado
sólido y líquido
Componentes totalmente solubles en
estado líquido e insolubles en estado
sólido.
L
t 100%A
100%B
Componentes totalmente solubles en estado
líquido e insolubles en estado sólido, con
formación de punto eutéctico.
Componentes totalmente solubles en
estado líquido y parcialmente solubles en
estado sólido.
III
II
I
100%B
100%A
II
I
E
100%A
100%B
II
I II
III
L
L
E (A+B)
B+E(A+B)
Una aleación eutéctica se caracteriza por ser la de más
bajo PF y porque funde a una temperatura cte,
coloquialmente se dice que funde bien.
Β
Para facilitar el estudio de las aleaciones se recurre a
una representación gráfica de las distintas dosificaciones de
los componentes, relacionando los tiempos con las
temperaturas críticas de las distintas aleaciones.
Curva de solidificación o diagrama de enfriamiento de
un metal puro (solidifica a una Tª cte) y de un a aleación (la
Tª de solidificación es variable).
A
A
Sol B+L
α
E + α Β +E
DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO O DE
SOLIDIFICACIÓN
T
L+α
Sol A+ L
Β+L
100%B
100%
El metal de más bajo PF solidifica a temperatura cte
A
cuando ha solidificado totalmente el metal A
A+E(A+B)
α
Β+α
La solidificación no se realiza a temperatura cte, sino que
empieza por debajo del metal de más alto PF y termina por
encima del metal de más bajo PF.
E
L+α
L+α
α
I
II
I II E
L
100%B
L+α
I
I
E
100%A
100%A
L
I
100%B
I
100%A
I
100%B
T
T
Componentes totalmente solubles en estado
líquido y parcialmente solubles en estado
sólido, con formación de eutéctica.
Β+α
Θ1
Θ2
Θs
B
B
C
C
D
D
LIMITE DE SATURACIÓN
AB: período fase líquida.
BC: solidificación
CD: fase sólida
t
B: comienzo solidificación.
Θs: Tª de solidificación
metal puro
Θ2:
Tª
final
de
solidificación.
Θ1: Tª de comienzo solidificación aleación
DIAGRAMA DE EQUILIBRIO DE ALEACIONES BINARIAS:
Componentes de solubilidad total en estado sólido Componentes totalmente solubles en estado
y líquido
líquido e insolubles en estado sólido
Componentes totalmente solubles en estado líquido e
insolubles en estado sólido, con formación de punto
eutéctico.
C
D
A
B
E
Espacio reservado para resolución:
Espacio reservado para resolución
rellenar la tabla
para siguiente para cada uno de los ptos señalados por el
profesor en el diagrama.
PTO
Tª
Fase
Concentración
Cantidad
PTO
T
ª
Fase
Concentración
Cantidad
Espacio reservado para resolución
PTO
A
T
ª
Fase
Concentración
Cantidad
α+L
Cα = 100% A 0% B
CL = 60% A 0% B
 A 
 LA
B
α+L
Cα = 100% A 0% B
CL = 50% A 50% B
80  60
 100  50%
100  60
100  80

 100  50%
100  60
80  50
 100  60%
100  50
100  80

 100  40%
100  50
 A 
 LA
C
L
80% A 20% B
100%
D
α+L
Cα = 100% A 0% B
CL = 60% A 0% B
 A 
 LA
80  60
 100  50%
100  60
100  80

 100  50%
100  60
Cuando un punto se encuentra en un estado bifásico en el que coexisten una fase sólida y otra líquida L. la composición química del sólido y líquido puede
determinarse por la regla de la horizontal, trazando una horizontal que pase por el punto y que corte a las líneas de fase (solidus y liquidus) en cα y cL. Si
llamamos wL al tanto por uno que tenemos de masa líquida en ese punto y w α al tanto por uno que tenemos de masa sólida en ese mismo punto, podemos
determinar las masas mediante las siguientes ecuaciones, aplicando lo que se conoce como regla de la palanca.
Co = concentración del elemento A o B en el punto de estudio.
Si utilizamos concentraciones del elemento A, las ecuaciones
correspondientes a
wL y w α son:
CL = concentración del líquido correspondiente al elemento A o B.
Cα = concentración del sólido correspondiente al elemento A o B.
 
co  c L
c  c L
L 
c  c o
c  c L
PROBLEMAS
Espacio reservado para la resolución
Problema Nº 1:
En este ejercicio cada alumno o grupo de alumnos deberá escoger los datos
convenientemente y resolverlo adecuadamente.
Dos metales A y B, son totalmente solubles en estado líquido y en estado
sólido. Solidifican a ______ y ______, respectivamente. Se sabe que una aleación
con el _____ de A es totalmente líquida por encima de los ________ y sólida por
debajo de ______. se pide:
A. dibuje el diagrama de equilibrio indicando las fases presentes en cada una
de sus zonas.
B. Analice lo que ocurre en el enfriamiento de una aleación del _____% de A,
desde ______ªC hasta la temperatura ambiente.
C. Para la aleación anterior y la temperatura de ______ºC, ¿existe más de una
fase?. Si la respuesta es afirmativa, ¿qué porcentaje hay de cada una?:
(nota tomar los cortes con el diagrama en _____ y ______ para la
resolución del ejercicio.
Espacio reservado para la resolución
Nota aclaratoria: como los diagramas están ya dibujados para que todos
podamos obtener los mismos resultados en la resolución del problema, cada alumno
deberá ir siguiendo las explicaciones del profesor de cómo se construyen dichos
diagramas a partir de los datos dados, marcando sobre el mismo con un lápiz o
bolígrafo.
Problema Nº2
DIRECCIONES WEBS RECOMENDADAS
http://portaleso.homelinux.com/portaleso/trabajos/tecnologia/materiales/diagr
amas_de_equilibrio.swf
PARA SABER MÁS