Diagramas de fase

Diagramas de fases en equilibrio

Diagramas de Fase y Microestructura
• Las Microestructuras son descritas y se entienden usando diagramas de fase en equilibrio y las teorías de nucleación y crecimiento de precipitados en sólidos y líquidos. • Es necesario considerar tanto el equilibrio termodinámico como la cinética de la transformación de fases.

Ductile Cast iron Cast Cu-10wt% AlMicrostructura
• La microestructura de • Estas técnicas, en paralelo con el los metales puede ser análisis técnico y observada usando metalografía. También evaluaciones se pueden utilizar termodinámicas son microscopía electrónica usadas para y técnicas de difracción determinar los diagramas de fase. de rayos X.

Diagramas de Fases
• Un diagrama de fases se puede usar para predecir lacomposición en equilibrio termodinámico y la proporción de las fases en un material de una composición química dada, a una temperatura particular. • La microestructura de un material se puede predecir usando la información de los diagramas de fases y su historial termomecánico. • El diagrama de fases es una importante herramienta en la Ingeniería y Ciencia de Materiales.

Diagramas de FasesDefiniciones I
• Componentes
– Un componente es un elemento puro o compuesto.

• Sistema
– Un sistema generalmente se refiere tanto a un cierto material o a una aleación formada por la combinación de elementos.

Definiciones II
• Límites de Solubilidad.
– La solubilidad límite es la máxima concentración de átomos solutos que pueden ser disueltos en un solvente a una cierta temperatura.

• Fase.– Una fase es una parte homogénea de un sistema con características físicas y químicas uniformes.

Definiciones III
• Equilibrio
– Un sistema está en equilibrio cuando su energía está en su nivel mínimo. Los diagramas de fases muestran las fases en equilibrio estable.

• Metaestable.
– Los procesos requeridos para cambiar un sistema a un estado más estable (ej. difusión), pueden serextremadamente lentos. Un estado en no-equilibrio o metaestable puede conservarse.

Estabilidad y Metaestabilidad (Ashby)

Sistema Solubilidad Total
• El diagrama de fases Cu-Ni es un diagrama de fases isomorfo o de solubilidad total. • La estructura cristalina de la aleación en la fase sólida es la misma para todas las composiciones. • Es una solución sólida sustitucional.

Soluciones SólidasMuchos materiales de ingeniería son soluciones sólidas, por ejemplo, aleaciones: solvente y soluble. Reglas de HUME-ROTHERY Sustitucional Intersticial

Ni/Cu

C/Fe

Efecto de las Soluciones
Effect of Alloying Elements on Copper
40000

Be
35000

Metal Cu Zn

Radio (A) 1.278 1.332 1.432 1.509 1.243 1.176 1.143

(r-rCu)/rCu *100 +4.2% +12.1% +18.1% -2.7% -8.0% -10.6%

30000Yield Strength (psi)

25000

Si

Sn

Be Si Sn

Al Sn Ni Si Be

20000

Al Ni

Al Ni Zn

15000

Zn
10000

5000

0 0 5 10 15 20 Percent Alloying Element

Sistema Solubilidad Total
• Partes importantes de un diagrama de fases:
– – – – Eje de temperatura Eje de composición Línea Liquidus Línea Solidus

Interpretación de un Diagrama de Fases
• ¿Qué fases están presentes?
–Dada una temperatura y composición la intersección define el campo de las fases.

• ¿Cuáles son sus composiciones?
– En una región de dos fases se usa una línea de unión.

Interpretación de un Diagrama de Fases
• ¿Cantidad de las fases presentes?
– En una región de dos fases se usa la regla de la palanca y la línea de unión.

WL Cα − C0 S = = Wα C0 − CL R

Desarrollo de laMicroestructura
• La evolución de la microestructura durante la solidificación se puede determinar del diagrama de fases.
Solidificación en equilibrio de una aleación 35Ni - 65Cu

Segregación
• Las velocidades de la difusión son en ocasiones tan lentos para evitar la segregación (coring). • No se mantiene el equilibrio entre el sólido y el líquido, excepto en la , y la composición del sólido no es...