Teoria Aleaciones

SISTEMA:
Todo elemento, compuesto o conjunto de elementos o compuestos
susceptibles de sufrir transformaciones físico-químicas, las cuales pueden
ser estudiadas.
Tipos de sistemas:
•Homogéneos: prop. físicas se mantienen (sal común en agua)
•Heterogéneos: prop. físicas varían (agua-hielo)
•Isótropos: prop.físicas las misma en todas direcciones (acero forjado)
1. DISOLUCIONES SÓLIDAS. ALEACIONES.
Aleación: producto que resulta de la unión de dos o más elementos
químicos, uno de los cuales tiene carácter metálico. En la misma se mejoran
propiedades como tenacidad, dureza o conductividad.
Las aleaciones pueden ser binarias o de más elementos. Todas han de
cumplir:
• los componentes sean totalmente miscibles en estado líquido
• el producto resultante tenga carácter metálico.
Disolvente: componente que entra en mayor proporción ó elemento que
conserva la red cristalina.
Soluto: componente que entra en menor proporción ó que pierde su
estructura cristalina.
Proporciones de ambos , en forma de concentración:
C = (ms/ (ms+mD) ) . 100
Las aleaciones metálicas son disoluciones sólidas entre dos o mas
elementos:
Solución sólida por
Sustitución. Los átomos
de B se disuelven al
sustituir a los de A en
su estructura cristalina
Solución sólida por
Inserción. Los átomos
de B se disuelven al
insertarse entre los de
A en su estructura
cristalina
Solución por sustitución: los
átomos de disolvente y soluto
tienen red cristalina similar ,
pudiendo ser sustituidos los
átomos del disolvente por los
del soluto.
Solución por inserción: los
átomos de soluto son muy
pequeños frente a los del
disolvente y se pueden colocar
entre los de disolvente.
2. CRISTALIZACIÓN DE LOS METALES PUROS Y ALEACIONES
La cristalización es el paso de líquido a sólido por reducción de la
energía libre, se produce en la solidificación.
En metales puros se produce a una temperatura constante, mientras
que en aleaciones se produce durante un intervalo de temperaturas.
Elementos Puros: cambio de estado a tª fija
Llamaremos
Aleación Eutéctica
a aquella cuya
composición hace
que se comporte
como un metal
puro
en
su
solidificación.
Aleaciones: el cambio de estado se produce
en un intervalo de temperaturas
Energía necesaria para llevar un metal al estado líquido:
Energía para elevar la temperatura desde 25ºC hasta la tª de fusión
Q = m.c.∆ t
Siendo Q: energía , m: masa metal , c: calor específico metal,
Δt: variación de temperatura
Energía necesaria para el cambio
de estado:
Q = m.C
Q: energía , m: masa , C: calor latente de fusión
Etapas de solidificación:
a) Nucleación o formación de núcleos estables
b) Cristalización o crecimiento del núcleo, en dentritas para dar origen a los
cristales.
c) Formación del grano. Los cristales dan lugar a una estructura granular
que se junta con la que proviene de otro lugar en los límites de grano. En
metalurgia interesa que los granos sean pequeños para favorecer las
propiedades mecánicas.
3. REGLA DE LAS FASES DE GIBBS
Cada sustancia o elemento químico que forma un sistema material se llama
Componente. (Acero: hierro (Fe) + carburo de hierro (Fe3C) ).
Fase es cada una de las partes homogéneas de un sistema que se diferencia
físicamente del resto. En elementos puros fase es sinónimo de estado.
Grados de libertad: es el número de variables que podemos modificar
libremente (temperatura, presión, concentración…)
Regla de las fases de Gibbs : número de fases que pueden coexistir en
equilibrio dentro de un sistema material.
F+ N = C+ 2
F: nº de fases que pueden
coexistir
N: grados de libertad o
variables de estado
C: nº de componentes de un
sistema material
Para que dos elementos se disuelvan completamente se deben satisfacer
cuatro reglas:
1. La estructura cristalina de ambos elementos debe ser la misma
2. El tamaño de los átomos debe ser semejante
3. Los elementos no deben estar próximos en la tabla de electronegatividades
4. Los elementos deben tener la misma valencia
4. DIAGRAMAS DE FASES O EQUILIBRIOS
Es una representación gráfica del estado estable (mínimo de energía libre)
de una aleación en unas ciertas condiciones.
Para observar los cambios de fase y la microestructura final a temperatura
ambiente de una aleación se utiliza el enfriamiento lento en equilibrio.
Estudiaremos las aleaciones binarias (dos metales)
1. ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL DE LOS DOS METALES QUE
LAS COMPONEN EN LOS ESTADOS SÓLIDO Y LÍQUIDO
•TA y TB son los puntos de solidificación de los metales puros A y B
•Por encima de la línea de liquidus toda la aleación será una solución líquida homogénea.
•Por debajo de la línea de solidus toda la aleación será una solución sólida homogénea.
•Entre la línea de liquidus y solidus toda la aleación será bifásica, formada por líquido y sólido.
1. ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL DE LOS DOS METALES QUE
LAS COMPONEN EN LOS ESTADOS SÓLIDO Y LÍQUIDO
• Punto 1. Sol.líq homogénea, composición 60% A, 40%B
• Punto 2. Dos fases: liquida y sólida. Composición:
Líquido X (% A,%B) y Sólido Y (%A, %B)
• Punto 3. Soluc. Sólida homogénea, composición 60%A, 40%B
1. ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL DE LOS DOS METALES QUE
LAS COMPONEN EN LOS ESTADOS SÓLIDO Y LÍQUIDO
1. ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL DE LOS DOS METALES QUE
LAS COMPONEN EN LOS ESTADOS SÓLIDO Y LÍQUIDO
2. ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL DE LOS DOS METALES QUE
LAS COMPONEN EN ESTADO LIQUIDO E INSOLUBILIDAD EN ESTADO
SÓLIDO
2. ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL DE LOS DOS METALES QUE
LAS COMPONEN EN ESTADO LIQUIDO E INSOLUBILIDAD EN ESTADO
SÓLIDO
2. ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL DE LOS DOS METALES QUE
LAS COMPONEN EN ESTADO LIQUIDO E INSOLUBILIDAD EN ESTADO
SÓLIDO
2. ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL DE LOS DOS METALES QUE
LAS COMPONEN EN ESTADO LIQUIDO E INSOLUBILIDAD EN ESTADO
SÓLIDO
3. ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL DE LOS DOS METALES QUE
LAS COMPONEN EN ESTADO LIQUIDO E INSOLUBILIDAD PARCIAL EN
ESTADO SÓLIDO
3. ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL DE LOS DOS METALES QUE
LAS COMPONEN EN ESTADO LIQUIDO E INSOLUBILIDAD PARCIAL EN
ESTADO SÓLIDO
Aleación 1:
-A T1 comienza a solidificar
-De T1 a T4 se forman cristales de α (ricos
en A) y el líquido se enriquece en B.
-Por debajo de T4 solución sólida α
homogénea hasta Tª ambiente
Aleación 2:
-líquida hasta Te
-Por debajo de TE se forma la Mezcla
Eutectica (dos fases α y β) . (Donde se
puede aplicar la regla de la palanca)
En la práctica no es posible diferenciar si
la mezcla eutéctica está formada por dos
soluciones α y β o por dos metales puros
A y B.
3. ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL DE LOS DOS METALES QUE
LAS COMPONEN EN ESTADO LIQUIDO E INSOLUBILIDAD PARCIAL EN
ESTADO SÓLIDO