Modificacion De Las Propiedades De Los Metales

BLOQUE I: Materiales
TEMA 4: MODIFICACIÓN DE LAS PROPIEDADES DE LOS METALES (i). ALEACIONES

Los metales puros, como se obtienen de los minerales, tienen poca utilidad en la industria y sus propiedades raras veces cumplen las condiciones que han de cumplir en servicio. Uno de los procedimientos más empleados para mejorar las prestaciones de éstos es elaborar aleaciones. En ellas se utilizanlas buenas propiedades de algunos de los elementos que las forman u otras que puedan surgir de la combinación de éstos. Con las aleaciones se amplía enormemente la oferta de materiales con propiedades muy específicas, capaces de soportar en buenas condiciones la mayoría de los trabajos. Como condiciones previas para la formación de aleaciones, se puede citar la formación de enlace metálico entre loscomponentes que la forman y que éste permanezca después de realizada la mezcla. Además, entre los elementos constituyentes, se debe establecer una solubilidad suficiente en estado sólido para formar una masa uniforme.

1. 2.

Conceptos previos 1.1. Fases de un sistema. Regla de las fases Tipos de aleaciones 2.1 Solución sólida 2.1.1 Soluciones sólidas de sustitución 2.1.2 Soluciones sólidasde inserción 2.2 Solución eutéctica 2.3 Compuesto intermetálico Solidificación de las aleaciones Diagramas de equilibrio 4.1. Diagrama de equilibrio para solubilidad total 4.2. Diagrama de equilibrio con insolubilidad parcial 4.3. Diagrama de equilibrio para solubilidad parcial 4.4. Regla de la palanca

3. 4.

5. Diagrama hierro-carbono

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1. Conceptos previos Antes de hacer un estudiomás exhaustivo de las aleaciones, es necesario tener claros algunos conceptos que aunque se han estudiado con anterioridad, sin su manejo correcto se incurriría en errores graves. En primer lugar, ha de quedar claro que una aleación es una unión íntima de al menos un elemento metálico con otro u otros, metálicos o no, y que en estado sólido conservan la estructura y propiedades de los metales. Enuna aleación hay que tener presente que el elemento que entra en mayor proporción o que conserva su red cristalina se llama disolvente, mientras que el que se encuentra en menor proporción o pierde su estructura cristalina se llama soluto. La cantidad de cada uno de los componentes que forman una aleación se llama concentración y lo más frecuente es expresar esta cantidad en porcentaje de peso decada uno de los elementos. El cálculo de la concentración de los diferentes elementos, en el caso de una solución de dos elementos (solución binaria), se puede realizar por medio de la siguiente expresión:

sólidos suele contener tantas fases como elementos puros lo forman, mientras que, por ejemplo, en una mezcla de gases, únicamente existe una fase. Otro ejemplo muy ilustrativo lo representa elsistema “agua”, en el que pueden existir tres fases: sólida, líquida y gaseosa.

Figura 4.2. Diagrama presión-temperatura de las diferentes fases del agua Para calcular el número de fases de un sistema, el físico norteamericano Josiah Willard Gibbs (1839-1903) estableció el teorema (o regla) de las fases, que se expresa de la siguiente forma: V = C + 2 - ϕ [1] En esta expresión, V es el grado delibertad, es decir, el número de condiciones que pueden modificarse libremente o el número máximo de factores (presión, temperatura, etc.) que pueden darse. C es el número mínimo de elementos puros por medio de los cuales puede expresarse la composición de cada una de las fases del sistema, y Φ es el número de fases. En Tecnología, la aplicación del cálculo de fases se restringe a las operacionesmetalúrgicas, que en la mayoría de las ocasiones se hacen a presión atmosférica, con lo que la expresión [1] queda de la siguiente forma: V=C+1-Φ

Para indicar la concentración, en porcentaje de peso, de los dos componentes de una aleación binaria, se recurre frecuentemente a la representación gráfica. Para hacerlo, se toma un segmento dividido en cien partes. En un extremo se sitúa el 100%...