METALES Y ALEACIONES

CIENCIA DE LOS MATERIALES
Unidad 1: Metales y aleaciones
Diagramas de fase

Agenda
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2013

Solubilidad
Diagramas sencillos
Componentes y fases
Reglas generales
Regla de la palanca

Ciencia de los Materiales

1.4.2

El límite de la solubilidad
• Límite de solubilidad:
Es la concentración máx.
en la cual puede existir la
solución.

• Ej.: Diagrama de fase deun
sistema agua-azúcar
Pregunta: ¿Cuál es el límite de
solubilidad a 20C?
65 % masa de azúcar
Respuesta: 65% de azúcar.
Si en el compuesto la composición de azúcar es < 65%: miel
Si en el compuesto la composición de azúcar es > 65%: miel + azúcar

• El límite de solubilidad se incrementa con T:
ej., si T = 100C, el límite de solubilidad = 80% azúcar.
2013

Ciencia de los Materiales1.4.3

Efecto de T en la composición (Co)
• Cada punto de este diagrama de fase esta en equilibrio
• Cambiando T se puede cambiar la fase: de A a B
• Cambiando Co se pude cambiar la fase: de B a C
B

C

A

2013

Ciencia de los Materiales

1.4.4

Diagrama de fase agua-sal

Límite de
solubilidad

Reducción del
punto de
congelamiento

2013

Ciencia de los Materiales1.4.5

Componentes y fases
• Componentes:
Los elementos o compuestos mezclados inicialmente
(ej., Al y Cu, o agua y azúcar)

• Fases:
son el resultado de distintas regiones físicas y químicas
(ej., a y b, o miel y azúcar)

b (en color claro)

Aleación
Cobre
Aluminio

a (en obscuro)

2013

Ciencia de los Materiales

1.4.6

Diagramas de fase
• Nos dicen algo acerca delas fases en función de T, Co, P
• Para este curso:
--sistemas binarios: solo 2 componentes.
--variables independientes: T y Co (siempre se usa P = 1 atm)
T(°C)
• Diagrama de
fase para un
sistema Cu-Ni
• Sistema
isomorfo: ej.,
solubilidad
completa de un
componente en
el otro
Nótese el cambio en
el punto de fusión
2013

• 2 fases:

160 0
150 0

L (líquido)
a (solución sólidaFCC)

L (líquido)

• 3 campos de fase:
L
L+ a
a

140 0
130 0

a

120 0

Solución
sólida FCC

110 0
100 0
0

20

40

60

80

Ciencia de los Materiales

100

% en masa de Ni
1.4.7

Diagrama de fases del agua

2013

Ciencia de los Materiales

1.4.8

Diagramas de fase: número y tipo de fases
• Regla 1: Si conocemos T y Co, entonces conocemos:
--elnúmero y tipo de fases presentes.

• Ejemplos:
A:
1 fase (a)
B:
2 fases (L + a)
Diagrama de
fase Cu-Ni

2013

Ciencia de los Materiales

1.4.9

Diagramas de fase: composición de las fases
• Regla 2: Si se conoce T y Co, entonces podemos conocer:
--la composición de cada fase.

Ejemplos:

Sistema
Cu-Ni

• C0 = 35 % Ni
• A 1300 C:
– Solo líquido (L)
– CL = C0 (= 35 % Ni)

•A 1150 C:
– Solo sólido (a)
– Ca = C0 (= 35 % Ni)

• A TB:

– Ambos a y L
– CL = Cliquidus (= 32 % Ni)
– Ca = Csolidus (=43 % Ni)

2013

Ciencia de los Materiales

1.4.10

Diagramas de fase: fracción de masa en las fases
• Regla 3: Si conocemos T y Co, podemos conocer:
--la cantidad de cada fase (dado en %).
• C0 = 35 % Ni
• A 1300 C:

Sistema
-Ni

– Solo líquido (L)
–WL = 100 %, Wa = 0 %

• A 1150 C:
– Solo sólido (a)
– WL = 0 %, Wa = 100 %

• A TB:
– Ambos a y L
– WL = S/(R+S) =
(43-35)/(43-32) = 73 %
– Wa = R/(R+S) =
(35-32)/(43-32) = 27 %
2013

La regla de la palanca
Ciencia de los Materiales

1.4.11

La regla de la cadena
• La suma de las fracciones:WL  Wa  1
Co  WL CL  Wa Ca
• Conservación de masa:

• Combinando las ecuaciones:• Interpretación geométrica:
Equilibrio de momentos:

WLR  WaS
1 - Wa
Al resolver se tiene al regla de la cadena
2013

Ciencia de los Materiales

1.4.12

Enfriamiento de un binario Cu-Ni
• el sistema es:
--binario
ej., 2 componentes:
Cu y Ni.

--isomorfo
ej., completa solubilidad de
un componente en otro; el
campo de al fase a se extiende
de 0 a 100% Ni.

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