03 DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO 1

UNIDAD 4
INTERPRETACIÓN DE DIAGRAMAS DE
EQUILIBRIO BINARIOS
(Diagramas de fases)

¿Cuándo se solidifica una aleación como el latón, cuál elemento se
solidifica primero?
¿Es posible que coexistan los estados sólido, líquido y gaseoso de un
material?
¿Por qué la adición de pequeñas cantidades de elementos de aleación
aumentan la resistencia de los materiales metálicos?

Fase
Una fase de unmaterial, en términos de su microestructura, es una
región que difiere en estructura y/o composición de otra región.

Aleación polifásica
Aleación monofásica

Definición de Fase
Parte de un sistema cuya composición (naturaleza y concentración de
constituyentes) y organización atómica (estructura cristalina o amorfa) son
fijas. Es decir, parte homogénea de un sistema cuyas características
físicas yquímicas son comunes.
Una fase tiene las siguientes características:


La misma estructura y ordenamiento atómico en todo el material.



Tiene en general la misma composición y propiedades en su interior.

Hay una interfase definida entre la fase y cualquiera de las otras
fases circundantes.


Agua líquida
agua

Hielo
Vapor de agua

Solubilidad y soluciones sólidas
Cuando se mezclan diversoscomponentes o materiales, como cuando
se agregan elementos aleantes a un metal, se pueden formar soluciones
sólidas o líquidas.

Solución sólida:
Fase sólida formada por la combinación de dos o más elementos que
están atómicamente dispersos, formando una única estructura (fase) y
de composición variable (por ser una solución, hay un rango de
solubilidad).

Solubilidad de soluciones sólidas:
Solubilidad total (completa)



Solubilidad parcial o limitada



Insolubilidad total

a) Solubilidad total b) solubilidad limitada c) insolubilidad total

a) y b) Cu y Ni líquidos son totalmente solubles entre sí, las aleaciones sólidas de
Cu y Ni tienen solubilidad completa c) En aleaciones Cu y Zn que contienen más de
30% de Zn se forma una segunda fase por la solubilidad limitada del Zn en elCu

Límite de solubilidad
Para una temperatura específica, existe una concentración máxima de
átomos de soluto que se disuelven en el disolvente para formar una
solución sólida.

Solubilidad del azúcar en un jarabe de agua azucarada

Tipos de soluciones sólidas

Solución sólida sustitucional:
los átomos de B ocupan
posiciones de la red A

Solución sólida intersticial: los
átomos B ocupanposiciones
intersticiales de la red A

Solución sólida sustitucional:
En las soluciones sólidas sustitucionales, los átomos de soluto sustituyen
en términos de posición, a los átomos de la matriz.
Para que un sistema de aleación, como el de Cu-Ni, tenga solubilidad
sólida ilimitada, deben satisfacerse ciertas condiciones conocidas como
las Reglas de Hume- Rothery:
El radio atómico de cada uno de los doselementos no debe diferir en
más del 15%,para minimizar la deformación de la red.


Los elementos no deben formar compuestos entre sí. Es decir, no
debe haber diferencias apreciables en la electronegatividad de cada
elemento.




Los elementos deben tener la misma valencia.

La estructura cristalina de cada elemento de la disolución sólida debe
ser la misma


Ejemplo:

Solución sólidaintersticial:
En las soluciones sólidas intersticiales, los átomos de soluto se
sitúan en los intersticios que hay entre los átomos del cristal.

Radio del mayor intersticio
Fe FCC: 0,053 nm
Radio del mayor intersticio
Fe BCC: 0,036 nm
Radio atómico C: 0,075 nm

Diagramas de fases
Son representaciones gráficas de las fases que están presente en un
sistema de materiales a varias temperaturas, presionesy composiciones.

De los diagramas de fases se puede obtener la siguiente información:
Mostrar que fases están presentes a diferentes composiciones y
temperaturas


Determinar la temperatura a la cual una aleación enfriada bajo
condiciones de equilibrio comienza a solidificar y el rango de temperatura
en el que se presenta la solidificación.




Conocer la temperatura a la cual fases...