Estructura y geometria cristalina

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Introducción a la Ciencia de Materiales

SOLIDIFICACIÓ DE ALEACIONES

2009

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Introducción a la Ciencia de Materiales -

Las aleaciones son materiales con enlace metálico formado por 2 o más elementos. Los elementos que la componen no son necesariamente todos metales -por ejemplo en las aleaciones Fe-C donde el carbono no es metal- pero si es de carácter metálico el materialresultante. Al alear dos o más elementos, éstos pueden presentar una o varias de estas afinidades: 1. Afinidad de solución sólida: tendencia a formar solución sólida total o parcial. Si no hay esta afinidad, serán totalmente insolubles en estado sólido. 2. Afinidad química: tienden a formar un compuesto químico con fórmula estequiométrica. 3. Afinidad eutéctica: tendencia a formar un “compuesto líquido”,es decir a mantener una relación estequimétrica constante en fase líquida. Se pueden dar las tres afinidades a la vez. El comportamiento de una aleación desde el estado líquido hasta la temperatura ambiente, queda determinado por su diagrama de equilibrio o diagrama de fases.

6.1 DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO Un sistema se define como una agrupación de elementos o compuestos químicos. Existe unarelación íntima entre las partes del sistema de modo que el estado de una influye en las otras. Componentes del sistema: es el número mínimo de elementos o compuestos que nos permiten establecer todas las relaciones de equilibrio del sistema. Los componentes del sistema forman fases que son porciones del sistema que deben cumplir tres condiciones: 1. Que sean químicamente homogéneas. 2. Que seanFísicamente homogéneas. 3. Que estén delimitadas por una intercara ( superficie neta y totalmente definida) Una fase puede estar constituida por todos los componentes del sistema, por algunos o sólo por uno. Por otra parte, un mismo componente puede aparecer en varias fases.

6.1.1 Diagrama de fase Es la representación gráfica, a varias temperaturas, presiones y composiciones, de las fases que estánpresentes en un sistema. También se llama diagrama de

Dra. Ing. Rosalba Guerrero A. - Facultad de Ingeniería

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Introducción a la Ciencia de Materiales - Capítulo 6 equilibrio. En las figuras 6.1a y 6.1b, se muestran a manera de ejemplos los diagramas de fases del agua pura y del hierro puro.

P s o l i d o líquido



líquido vapor 1538
δ

1394 912

vapor

γ

α
Tº P

a)b)

Figura 6.1. Diagrama de fases de a) agua pura, b) hierro puro

6.1.2 Condiciones para que un sistema se encuentre en equilibrio Se dice que un sistema está en equilibrio cuando con el transcurso del tiempo no se origina una nueva fase ni desaparece ninguna de las existentes. En el equilibrio de un sistema pueden influir varios factores físicos externos a los componentes, como latemperatura, la presión, a éstos se le llama factores de equilibrio. Se dice que el equilibrio es inestable cuando no se puede variar ningún factor sin que aparezca o desaparezca una fase. El equilibrio es metaestable cuando se mantienen las condiciones de equilibrio que no debieran mantenerse. Se precisan dos condiciones para que un sistema esté en equilibrio: 1) Debe ser posible formular una ecuaciónde estado para cada fase, que exprese la relación de las concentraciones de los componentes con los factores de equilibrio del sistema. Suponiendo un sistema de “n” componentes y un número “φ” de fases, debe ser posible establecer “φ” ecuaciones: 1 1 - Fase 1 F1 (c1 , c1 , c3 ,....c1 , p, T ) = 0 , c1 : es la concentración del componente 2 en 2 2 n la fase 1 Dra. Ing. Rosalba Guerrero A. -Facultad de Ingeniería
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Introducción a la Ciencia de Materiales - Capítulo 6
2 2 2 - Fase 2 F2 (c12 , c 2 , c3 ,....c n , p, T ) = 0 3 3 3 - Fase 3 F3 (c13 , c 2 , c3 ,....c n , p, T ) = 0

. .
r r r - Fase r Fr (c1r , c 2 , c3 ,....c n , p, T ) = 0

. .
φ φ φ φ - Fase φ Fφ c1 , c 2 , c3 ,....c n , p, T = 0

(

)

2) La concentración de cada componente en una fase cualquiera debe...
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