CIENCIA DE LOS MATERIALES

SOLUCION SOLIDA
Una solución sólida es una solución en estado sólido de uno o más solutos en un disolvente.
El soluto puede incorporarse dentro de la estructura cristalina del disolvente bien mediante sustitución, reemplazando cada átomo del disolvente por un átomo del soluto (y formará una solución sólida sustitución), o bien de forma intersticial, encajándose los átomos de soluto dentro delespacio que hay entre los átomos del disolvente. Ambos tipos de solución sólida afectan a las propiedades del material ya que distorsionan, aunque sea poco, la estructura cristalina y porque perturban la homogeneidad física y eléctrica del material disolvente.
SOLIDIFICACIÓN DE UN METAL PURO Y DE UNA ALEACIÓN. Los metales puros mantenidos en condiciones isobáricas solidifican a temperatura constantecomo vemos en la figura 1 A en el que se presenta la solidificación para el caso de un metal que presenta varias formas alotrópicas en estado sólido como el hierro, fases , y . Observamos que no aparece la fase . Antiguamente se denominaba fase beta a la fase cuando cambia su magnetismo, pasa de ferromagnético a paramagnético. Como esta transformación no supone un cambio de fase, sino unaorientación de los spines de los átomos, se decidió eliminar este nombre de fase beta. La justificación del distinto comportamiento la vamos a realizar mediante la regla de las fases. En un sistema de un componente a presión constante solo podría haber dos fases en equilibrio y en ese caso sin grados de libertad.
La justificación del distinto comportamiento la vamos a realizar mediante la regla de lasfases. En un sistema de un componente a presión constante solo podría haber dos fases en equilibrio y en ese caso sin grados de libertad.









Figura 1. A) Curva de enfriamiento del hierro puro.
B) Curva de enfriamiento de una solución sólida.
En el caso del Fe puro a 1539ºC comienza la solidificación. El sistema pierde calor pero la temperatura permanece constante. El calor sustraído por elexterior es igual al cedido por el metal al pasar del estado líquido al sólido (calor de solidificación), por lo que la temperatura permanece constante, tramo BC en el diagrama durante un tiempo t. En el punto B comienza la solidificación y en C el Fe es totalmente sólido.
La forma sólida de este hierro se denomina Fe cuya estructura cristalina es cc con parámetro de red a = 0,293 nm medido a1425ºC. A 1400ºC vuelve a estabilizarse la temperatura durante un periodo de tiempo t obteniendo el tramo DE, en el punto D comienza la transformación de Fe Fe y en el punto E la transformación se ha completado.
El Fe tiene una estructura ccc con parámetro de red a = 0,363 nm. Al seguir extrayendo calor el Fe enfría hasta la temperatura de 910ºC que se transforma en Fe , de estructura cc conparámetro de red a = 0,286 nm. La fase y la fase del hierro tienen la misma estructura cristalina. Si calentáramos la fase , sin que se transformara en fase , los parámetros de red de la fase serian los que tendría la fase cuando alcanzase la temperatura de estabilidad de la fase . Este tipo de transformación se denomina polimorfismo o alotropía. Es por todos conocido, que el agua en estado sólido(hielo) puede mostrar 7 formas alotrópicas. De la misma forma algunos metales tienen una o varias formas alotrópicas, siendo el cambio alotrópico un cambio de estado.
En el caso de la solidificación de las aleaciones, tenemos que al menos la aleación está formada por dos elementos A y B, siendo un sistema de dos componentes. En este caso la aplicación de la regla de las fases establece que si existendos fases, puede haber un grado de libertad, por lo que la solidificación no es isoterma como en el caso de los metales puros. Cuando la temperatura es elevada, la fase estable es la fase líquida L, figura 1 B. En esas condiciones los dos componentes forman una mezcla homogénea monofásica. Al enfriar, la curva de enfriamiento T - t sigue el curso exponencial AB, descendiendo la temperatura al...